Солодовников, страница 3

Книга может быть рекомендована также инженерам, 'Мнимающимся проектированием систем управления технически- МЦ объектами н технологическими процессами, как содержа- 4йая новые подходы в этой области. Доктор техн. наук, проф, В. В. С ол одов ников 11 ВВЕДЕНИЕ Теория автоматического управления техническими системами (ТЛУ ТС) охватывает идеи, принципы и методы информатики, а также основы теории автоматического регулирования и управления в области техники. ТАУ ТС как прикладная научная дисциплина имеет свою историю. ХЧП вЂ” Х!Х века были начальным периодом в развитии машиностроения и машинных технологий, когда человек управлял энергетическими машинами и ходом технологических процессов ва основе своего опыта и интуиции.

Этот период можно еще усаговно назвать и «веком измерений». Ои характеризовался тем, что управление машинами и процессами осуществлялось при помощи мускульной силы человека, ориентировавшегося иа показания немногочисленных в то время приборов, являвшихсн придатками машин.

По мере развития технического процесса такой элементарный способ управления оказался неэффективным. Появились первые системы автоматического регулирования, основанные иа принципе отрицательной обратной связи. К ним следует отнести такие, например, как системы, регулирующие уровень воды в паровом котле (изобретатель И. И. Ползуиов, 1766) и стабилизирующие частоту вращения вала паровой машины при помощи центробежного регулятора (Д. Уатт, 1768). Эти изобретения положили начало «веку автоматики», когда устранялась необходимость применения мускульной силы человека для управления техническими объектами и процессами.

Параллельно с техническими средствами автоматики развивалась и наука об автоматике. Истоки формирования теории автоматического регулирования как 'начальной научной основы управления в технических системах связаны с 80 — 90-ми годами Х1Х в. Так, проф. Д. С. Чижов опубликовал курс теории регуляторов (СПб., 1888).

Ястржемский Н. Ф. в курсе лекций по теоретической механике изложил основы выбора параметров регуляторов непрямого действия (СПб., 1846), В 1872 г. И. Л. Вышнеградский сделал сообщение о своей работе по теории регуляторов, которая была опубликована под названием «Об общей теории регуляторов» (Париж, 1876). Первая работа по вопросам нели. нейной ТЛР— «О регуляторах непрямого действия» также принадлежит И. Л.

Вышнеградскому (СПб., 1878). Профессор Московского Высшего императорского учили- 12 ~~а — Н. Е. Жуковский разработал теорию регулирования хода "„:Мювшин (М., 1909). Несколько раньше вышла в свет работа ~~' М, Ляпунова «Об устойчивости движения» (Харьков, 1892), ::",:»оторая явилась в то время математическим обоснованием всей эв»вгрии систем автоматического регулирования (СЛР). Роль других отечественных ученых в развитии теории авто9аатического регулирования достаточно известна' „'-' Что касается иностранных ученых, то их работы в этой ~~власти довольно полно представлены„ например, в одном из '~равочниковя.

;.-'«:',:,'"Теория автоматического управления техническими система-"н»в(г:агачала развиваться несколько позже'. Научной базой ТЛУ яются прежде всего теории автоматического регулировании ",',,))агформации, а также информатика и техническая киберне- :,~)(1в. .;!:;:", Управление в принятом нами смысле отличается от регули~3фания тем, что его задачей является формирование на осно)ф.,цели управления и имеющейся информации управляющего "=-' "'" ала (или уставки), отрабатываемого автоматическими регу(ррами (или следящими системами) на требуемом уровне '-~)~(Цности.

Другими словами, автоматические регуляторы пре:;.,1~~1азуют уставки в управляющие воздействия на объект, вхо-';"~((ф(ий в систему, так, чтобы этот объект реализовал заданную "~~3(ь управления. Таким образом, ТАР представляет собой "-:;:,~ф)йь часть или раздел более общей теории управления. '";""„."„'3 связи с этим более существенным стал вопрос о различии ,'~((ду терминами ТАУ и ТЛР, так как во многих научных пуб'"«е)(муациях дается неточное их определение. -;:.".",~".)сновной задачей ТЛР является воспроизведение (обработ"(гйгу,с. наименьшей погрешностью некоторого произвольного ';.~фщпого сигнала, причем цель регулирования состоит в свсде::~1)$'к минимуму функционала от ошибки между входным и 'кодным воздействиями.

Главное отличие ТАУ от ТЛР состо;, ' в том, что в ТЛУ решается задача верхнего уровня, на кои формируется входное для автоматического регулятора .рл))аавляющее воздействие (сигнал). Эта задача, удовлетворяю.)(1~йц некоторым техническим ограничениям, сводится к нахож- ''9(19»ню экстремума сложного функционала эффективности, в си- .'49."='чего решается с помощью мощной вычислительной техники. „:: Йсли СЛУ являются верхним уровнем в иерархии управле- В))п объектами, то СЛР играют роль нижнего уровня, на котоф.' РР Ц а Рю Р л ~ Техническая кнбернетнка: Теория автомат, регулнронання: В 3 кн.

/ гхоа ред. В. В. Солодоеннкова. Кн. 1. Мл Машино«тра«яке. 1967. 768 с. ".(гар. ннженер.'манографнй). " Смл Спраночннк по теории аятоматнческого упраалення / Под ред. ,~ А. Красовского. Мл Наука. 1987. " Смл О«ноны автоматического управления: Аетомат регуляторы н сле:49пше системы 1 Под ред. В.

В. Солодовникова. Т. 3. Мл Машгна, 1963. 13 соответствующей управляющему сигналу, из-за неопределенности описания объекта регулировавия, а также действия случайных возмущений и помех. В общем случае, характеризуя устойчивость САР, говорят, что система является кгрубой»„ если она защищена от таких неопределенностей в Объекте, которые,наверняка будут иметь место в любой реальной ситуации. В настоящее время в стадии интенсивного развития находятся теория и техника иерархических многоуровневых систем управления технологическими процессами и объектами.

Теория такого рода систем является дальнейшим развитием ТАУ. Одна. ко теория и техника систем автоматического регулирования, непосредственно связанные с процессами материального производства, по-прежнему являются базой для построения САУ. Основные понятия„принципы, задачи и методы ТАР и ТАУ сохраняют свою актуальность и получают развитие в современной теории, а также в подходах к проектированию сложных автоматизированных систем. Новым в этих подходах является существенное возрастание роли информации, а также компьютеризации процессов ее обработки, так как любая система управления выполняет поставленную перед ней цель прн помощи сбора, передачи, 'обработки и использования информации на основе принципа обратной связи.

1. ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРИИ :;.:;: ИНФОРМАЦИИ, ИНФОРМАТИКИ И КИБЕРНЕТИКИ .-„,;, Ц этом разделе, кроме указанных в заголовке, даны и ос,:,'йкаапяые понятия теории автоматического регулирования и уп. ения, Установлены связи между этими понятиями, являю ся фундаментальными в теории автоматического управ;:;.ф$)н техническими системами. :."'(,=.„-,,'Ф:.::$. Информация — одно из основных понятий кибернетики щей чертой процессов управлення вне зависимости от то- -':~!к какой области знаний они относятся (техническая, биоло""' ая, экономическая, социальная и др.), является их инацнонный характер.

Действительно, любой процесс управ- для достижения поставленной цели требует сбора, пере- и„ переработки и использования информации о его внеш- ': н внутренних условиях для приспособления к этим услови- -"-','~(()(йм эффективного воздействия на них. Получить информацию ;„'й1а1)йзяйствовать в соответствии с ней — су1цЕствЕнная фуНКЦИя .'(йййтймы управления от простой до наиболее сложной. ".'",~"-';:::;~ад информацией в широком смысле понимают те сведения '.!~)кружающем мире, которые получены в результате взаимо- вия с ннм, адаптации (приспособления) к нему и измене;";!й)))111:."'Его в п~роцессе этой адаптации, "';,,'.!.;;;:;:-'Сущность управления на основе информации заключается ' „-;.1)$мнно в том, что целенаправленное движение и действие зна":!а(м1ельных илерциониых масс, а также передача и преобразова- М больших количеств энергии, регулируются при помощи не'.,:::й)(а(йятельных масс и небольших количеств энергии.

Отсюда Рис. 1.1. Схема системы передачи информации ясно, что в теории информации энергетическая сущность процессов отступает на второй план по отношению к информационной. Информация передается при помощи сигналов, реализованных в изменениях той или иной физической переменной, характеризующей последовательность некоторых событий. Количество переданной информации и тем более ее эффект не определяются количеством энергии, необходимым для передачи информации. Процесс передачи информации в системах связи происходит сведующим образом (рис. 1.1).

Источ|шк информации формирует сообщение. Сообщение, содержанке в себе ши)юрмацяю„состоят ~из символов (букв, цифр, матемзтйческих знаков и т. д.). Таким образом, сообщение представляет некоторую упорядоченную последовательность символов, каждый нз которых выбирается системой нз всей имеющейся совокупности. Сообщение поступает на вход чувствительного элемента датчика (или передатчика информации). Датчик, в свою очередь, на основе того или нного кода преобразует данное сообщение в сигнал. Сигнал поступает в канал связи и затем на вход приемника ииформаЦии, где происходит обратное преобразование сигнала в сообп1ЕНИЕ, ипи, как говорят, декодирование сигнала.