Лекция 7
Основные подсистемы и функции управления предприятием, связанные с производством продукции
АСУ как система состоит из большого количества элементов различных уровней и различного назначения. К ним относятся подсистемы, модули, блоки управления, задачи, управленческие процедуры, функции и т.д.
Базовые системы типа ERP, как правило, представляют собой иерархические структуры, состоящие в итоге из элементарных управленческих процедур, предназначенных для включения в АСУТП.
Рисунок 1 - Объединение системы ERP ( система управления предприятием) с объектами и системами находящимися на предприятии,
Где CIM - интегрированное компьютерное производство;
CAМ - автоматизация производства;
CAD - автоматизация проектирования продукции и технологических процессов.
Рекомендуемые материалы
Интеграция предполагает такое объединение и согласование управленческих функций и процедур, чтобы в ходе процессов управления предприятием обеспечивалась оптимизация его поведения.
Интеграция проявляется во всех без исключения функциональных и обеспечивающих подсистемах.
АСУП строится с ориентацией на управление производственным процессом как единым целым, а не автоматизация деятельности отдельных подразделений занимающихся управлением.
Рисунок 2 - Схема интеграции подсистем ERP.
Схема управления Алюминиевым заводом.
![Concepts3[1]](/z.php?f=/uploads/lectures/avtomatizaciya/avtomatizirovannye-informacionnye-sistemy-tehnologicheskih-obektov/files/3-lekciya-7.jpg)
Модель объекта управления
Модель объекта управления должна состоять из следующих основных составляющих:
1. Модель преобразующих каналов объекта, отражающая влияние изменений всех входных (управляющих и внешних) воздействий на изменение выходных воздействий объекта (Рисунок 2):
Рисунок 1 - Модель преобразующих каналов объекта
Примером таких моделей, статических и динамических являются выражения (9)-(16).
2. Модель внешних воздействий, как контролируемых, так и неконтролируемых.
Моделируемый объект управления является составной частью собственной системы управления. Зачастую эта система управления является составной частью другой системы (более верхнего уровня), то модели предыдущих (по производственному циклу) объектов и систем можно использовать в качестве моделей внешних воздействий, при условии, если выходные воздействия этих предыдущих систем являются входными воздействиями моделируемого нами объекта. Если нет таких объектов или это сложно осуществить, то в данном случае речь идет о построении модели временных рядов данных. Модель временного ряда внешних воздействий должна отображать свойства натурного временного ряда, характеризующего изменения натурных внешних воздействий W. Один из вариантов формирования временного ряда внешних воздействий (модель внешних воздействий) имеет следующий вид (Рисунок 3):
Рисунок 2 - Модель внешних воздействий
МБ1,2 – масштабирующие блоки;
ГТФ – генератор типовых функций, реализующий детерминированные
составляющие временного ряда Wд(t);
ГСЧ – генератор случайных чисел, вырабатывающий отклонение
по заданному закону распределения вероятностей;
К1, К2 – ключи;
Ку – ключ управления.
Часто между ГСЧ и МБ ставят формирующие фильтры (фф) для придания временному ряду заданных статистических свойств.
В последнее время, в качестве моделей внешнего воздействия используют нелинейные рекуррентные модели динамического хаоса.
3. Модель измерений.
Поскольку процесс измерения всегда сопровождается погрешностью, то при построении модели объекта это необходимо учитывать.
В простейшем случае эту модель можно записать в виде следующей суммы:
Yu(t) = Yд(t) + 
и(t) , (1)
где Yu(t) – измеренное значение выходной величины;
Yд(t) – действительное значение выходной величины;
и(t) – погрешность измерения.
4. Модель исполнительных блоков, реализующих управляющие команды, поступающие с выхода управляющих устройств.
Структурно модель исполнительного блока выглядит как и модель измерения. В простейшем случае она выглядит также как и выражение (17).
Вернемся к модели внешних воздействий. Мы описали один из вариантов моделей контролируемых внешних воздействий. Возникает вопрос, можно ли и если можно, то как построить модель неконтролируемых внешних воздействий?
Установить наличие действующих на объект неконтролируемых возмущений возможно 2-мя путями.
1) Экспериментальный путь. Для этого необходимо установить все контролируемые входные воздействия (управляющие и внешние) на какой-то постоянный уровень, то есть провести активный эксперимент над объектом, зарегистрировать изменение выходных воздействий и проанализировать их. Наличие колебаний относительно установившегося режима функционирования объекта или относительно опорной траектории выходных воздействий (если объект не имеет установившегося состояния, в частности, обладает накопительными свойствами) характеризует действие на объект неконтролируемых возмущений.
При этом уровень отклонений от базовых траекторий характеризует и уровень наличия неконтролируемых возмущений. И чем больше этот уровень, тем выше степень неопределенности в оценке поведения такого объекта. Полученную таким образом оценку колебаний выходного воздействия обозначим ywн(t) и будем называть приведенным к выходу объекта возмущением.
Таким образом, приведенное к выходу объекта возмущение характеризует в масштабе изменения выходного воздействия интегральный эффект действующих на объект неконтролируемых возмущений. Однако практически провести такой активный эксперимент невозможно, поэтому используют второй путь.
2) Расчетный путь
Для этого используются следующие соотношения, записанные в общем виде. Предварительно примем следующие обозначения (рисунок 3):
Рисунок 3 - Расчетный путь установления наличия неконтролируемых возмущений
Y(i) = Y0(i) + y(i); (2)
y(i) = yu(i) + yw(i) + ywн(i); (3)
yu(i) = 
; 
(4) - модель в малом преобразующих каналов
yw = 
; 
(5)
u(i) = U(i) – U0(i); (6)
w(i) = W(i) – W0(i). (7)
Классическая схема расчета приведенных возмущений записывается следующим образом:
ywн(i) = Y(i) – Y0(i) – yu(i) – ywн(i); (8)
Y0(i) = 
; (9)
yu(i) = 
; (10)
yw(i) = 
; ; (11)
u(i) = U(i) – U0(i); (12)
wk(i) = Wk(i) – Wk0(i); (13)
где lu, lw – дискретное запаздывание по каналам преобразования регулирующих и внешних возмущающих воздействий;
j – фиктивная переменная, означающая память динамического объекта.
Ф{∙} – модель внутреннего механизма процесса или модель объекта в большом диапазоне изменения входных и выходных воздействий.
В общем случае можно указать следующие факторы, обуславливающие функционирование натурных объектов в условиях неопределенности:
- влияние неконтролируемых внешних воздействий;
- слабая изученность объекта (отсутствие математической модели внутренних механизмов процесса);
- погрешности измерений физических величин и передачи сигналов.
В рассматриваемой нами схеме расчета приведенных к выходу объекта возмущений предполагается, что объект хорошо изучен, то есть имеется адекватная математическая модель внутренних механизмов процессов.
Для вычисления приведенных к выходу объекта возмущений, если отсутствует математическая модель внутренних механизмов процесса 
можно предложить:
1 Согласованное выделение опорных уровней входных и выходных воздействий не с помощью математических моделей, а с помощью сглаживающих фильтров типа РЭС или ЭС с большой инерционностью. То есть выбирается 
достаточно малой величины, в пределах (0; 0,1]. Согласованное сглаживание здесь понимается так, чтобы имело место хотя бы приближенное соответствие между сглаженным (опорным) значением входных воздействий и сглаженными (опорными) значениями выходных воздействий.
Согласованное сглаживание здесь означает, что сглаживание выходных воздействий должно осуществляться фильтрами большей инерционности, чем для входных (с меньшим значением сглаживания 
). Причем это уменьшение должно осуществляться с учетом динамических свойств преобразующих каналов для соответствующих входных воздействий, а конкретнее, с учетом их инерционности. Другими словами, для этого необходимо располагать функциональными математическими моделями соответствующих преобразующих каналов (Рисунок 4).
Рисунок 4 - Функциональная математическая модель преобразующих каналов
2 В инженерной практике оценки эффектов неконтролируемых внешних возмущений можно использовать схемы аналогов приведенных к выходу возмущений, например, оценивать не приведенное к выходу возмущение, а приведенное выходное воздействие в виде:
Yпр(t) = Y0 + ywн(t) (14)
Принципы управления
Принцип управления по возмущениям
Рисунок 1 – Схема управления по возмущениям,
где y*(t) – желаемое выходное воздействие,
y(t) – выходное воздействие,
u(t) – управляющее воздействие,
w к(t) – контролируемые внешние воздействия,
wн(t) – неконтролируемые внешние воздействия.
Достоинство:
отсутствует запаздывание в принятии управляющих воздействий по отношению к моменту поступления возмущения.
Недостатки:
- ограниченность применения в силу неполного и недостаточно надежного контроля основных возмущений;
- высокая сложность регулятора при высоких требованиях к точности.
Данный принцип управления необходимо применить при следующей структуре объекта регулирования:
Рисунок 2 – Схема объекта регулирования при управлении по возмущениям.
Принцип управления по отклонениям
Рисунок 3 – Схема управления по отклонениям,
где y*(t) – желаемое выходное воздействие,
y(t) – выходное воздействие,
u(t) – управляющее воздействие,
W(t) –внешние воздействия,
Е(t) = y(t) – y*(t) - отклонение фактического значения от желаемого.
Недостаток:
инерционность системы (наличие запаздывания в принятии управляющих воздействий).
Данный принцип управления необходимо применить при следующей структуре объекта регулирования:
Рисунок 4 – Схема объекта регулирования при управлении по отклонениям.
Комбинированный принцип управления
Рисунок 5 – Схема комбинированного принципа управления,
Вместе с этой лекцией читают "Соединение костей (артрология)".
где y*(t) – желаемое выходное воздействие,
y(t) – выходное воздействие,
u(t) – управляющее воздействие,
W(t) –внешние воздействия,
Е(t) = y(t) – y*(t) - отклонение фактического значения от желаемого.
Объединение двух выше описанных принципов позволяет сохранить их достоинства и компенсировать недостатки.
