Лекция 5

Настройка оценочных параметров по Ротачу для стандартных законов регулирования

1. ПИД

;  

;  

;

;   Т_μ  = Т_и,

где k_p – коэффициент передачи;

Т_и – постоянная интегрирования;

Т_д – постоянная дифференцирования;

Рекомендуемые материалы

W_p – закон регулирования;

τ_μ – время запаздывания.

2. ПИ

;

.

3. И

;

;

.

4. ПД

;

;

;

Т_μ  = Т_д.

5. П

;

;

.

Проверка достоверности исходных данных.

Проверка достоверности исходных данных после их ввода включает как типовые логические операции, используемые практически в любых алгоритмах, так и не типовые, учитывающие конкретные задачи и особенности объектов прогнозирования. К числу типовых в частности относятся:

- проверка попадания текущих значений, например Z(t) в рабочий (допустимый) диапазон их изменения как по уровню:

Z^min  ≤ Z(i) ≤ Z^max                     (1),

так и по приращениям:

δZ^min  ≤ |Z(i)-Z(i-1)|≤ δZ^max                (2).

Условия (1), (2) могут осуществляться и по отношению к сглаженным значениям Z(i) и их приращениях δZ(i)= Z(i) - Z(i - 1). В качестве примера нетиповых операций приведем условие:

                              (3),

которое используется при аноде долевых соотношений компонент Di различных смесей или шихт, где l - число компонент.

Данные считаются достоверными и используются в дальнейших преобразованиях, если они прошли проверку типа (1), (2), (3). В противном случае они классифицируются, как недостоверные и может быть потребован повторный ввод либо осуществляется восстановление недостоверных данных. В последнем случае используется процедура экстраполяции соответствующих рядов данных. При многократном невыполнении этих условий целесообразно выдавать информацию обслуживающему персоналу для проверки каналов получения данных.

Процедуры фильтрации, экстраполяции, сглаживания.

1. Фильтрация

  (1).

При процедуре фильтрации результаты усреднения строятся на текущее значение (i).

Алгоритм фильтрации используется для обработки данных в темпе с протекающим процессом, т.е. тогда когда необходимо выделить полезную составляющую.

2. Сглаживание

        (2),

где l - окно форматирования.

При применении процедуры сглаживания результат усреднен, строится внутри предыстории, чаще в середине.

Алгоритм сглаживания используется в ретроспективной обработке данных, т.е. ряд полностью получен до обработки.

3. Экстраполяция

,

где h = 1..4.

При процедуре экстраполяции помимо процедуры усреднения используется процедура упреждения.

Алгоритм экстраполяции используется при оценивании будущих значений каких-либо переменных (частный случай прогнозирования).

Краткая  характеристика   структуры и основных компонентов АСУ

понятия и определения.

Основные принципы построения АСУ

Технология - совокупность способов и методов обработки, изменения состояния, свойств сырья в процессе производства продукции. Технология как наука выявляет основные закономерности с целью определения наиболее эффективных способов и методов, экономичных технологических процессов.

Технологии материальные – технологии преобразование материального сырья, энергии в конечный материальный продукт.

Технологии информационные – технологии преобразование исходного, информационного «сырья» в конечные информационные продукты.

В материальных технологиях – технологические агрегаты и оборудование.

В информационных технологиях – это различные средства информационной техники – вычислительные средства, средства коммуникации.

Процесс – ход, развитие какого либо явления, последовательная смена состояний в развитии чего-нибудь (Ожегов). Процесс – совокупность последовательных действий для достижения какого-либо результата (энциклопедический словарь).

Технологический процесс производства какой-либо продукции представляет собой последовательность действий (операций, стадий). На каждой из операций, стадий реализуется та или иная технология (или комплекс технологий). Все вместе образуют технологию производства.

Цель организации любого технологического процесса - получение какого либо продукта с требуемыми характеристиками. Это возможно только при соблюдении технологии на каждой операции, стадии процесса.

В реальности на любой технологический процесс (ТП) и его конечные результаты действует множество факторов, мешающих достижению поставленной цели.

Необходим контроль и целенаправленное воздействие на ТП для реализации технологии при воздействии мешающих факторов, то есть управление ТП.

Таким образом, необходимыми условиями реализации любых ТП является управление ими. Это касается как материальных, так и информационных ТП.

Система – совокупность взаимосвязанных элементов, функционирование которых подчинено единой цели.

Внешняя среда – все, что окружает систему, взаимодействует с ней в целом или с отдельными ее элементами.

Внешние воздействия – те воздействия внешней среды, которые оказывают существенное влияние на функционирование системы с точки зрения  стоящей перед системой цели, но не зависят от результатов функционирования  системы.

Цель – главный  системообразующий признак.

Возникновение задач управления связано с возникновением целенаправленной деятельности в материальном производстве, социально-экономической сфере.

Управление – совокупность действий, направленных на достижения определенной цели, т.е. протекание управляемого процесса в желаемом направлении.

Объект управления – система (техническая, биологическая, социально-экономическая) в которой протекает управляемый технологический процесс.

Система управления – совокупность объекта управления (ОУ) и управляющей системы (УС), совместное функционирование которых, обеспечивает достижение поставленной цели.

            Рисунок1.

Критерий качества управления -  некоторый показатель или соотношение показателей, характеризующее качество работы системы управления, числовое значение которого отражает степень достижения поставленной цели.

Автоматизированная система управления (АСУ) – это организационно-техническая система управления объектом в целом в соответствии с принятым критерием (критериями) качества управления, в которой сбор и обработка информации, формирование и реализация управляющих решений  осуществляются с применением средств вычислительной техники.

СИСТЕМНЫЕ принципы построения АСУ

Исходя из принципов системного подхода к решению задач (в том числе  задач управления) ОУ и УС могут быть в свою очередь представлены как сложные системы  в виде совокупности взаимосвязанных элементов.

Из неограниченного класса систем далее будем рассматривать системы (и соответствующие задачи) управления процессами промышленного производства. Общие принципы и методы построения систем других классов (например, социально-экономических) аналогичны.

Сравним два крайних случая:

1. Технологический процесс материального производства, реализуемый на совокупности технологических агрегатов и оборудования, заключающийся в определённой последовательности операций преобразования материальных и энергетических потоков в готовую материальную продукцию.

2. Технологический процесс производства информационной продукции (например, бухучёт, статистический учёт) состоящий из определённой последовательности операций по преобразованию информационных потоков в конкретную информационную продукцию – отчётные документы, сводки и т.д. для последующего принятия управляющих решений

В зависимости от степени механизации и автоматизации технологических операций, определяются доля ручного труда, а значит и степень участия человека в реализации этих операций. Например, в промышленных технологиях ручной труд может быть полностью исключён. В этой или иной мере исключается ручной труд и при реализации информационных технологиях (например, с внедрением автоматизированной технологии бухучёта).

Конкретизируем сказанное выше следующими основными положениями.

1. Любое предприятие, организация (или их подразделение) представляются в виде сложной иерархической структуры. Причём на каждом уровне иерархии можно выделить:

- объект (объекты) управления;

- управляющую систему.

2. Каждый из объектов управления в свою очередь представляет собой систему, состоящую из управляющей системы и объекта управления и т.д. Декомпозиция сложной системы может быть доведена до уровня системы управления непосредственно технологическими процессами, агрегатами и оборудованием, реализующим технологические процессы.

3. На каждом уровне иерархии совокупность объекта управления и управляющей системы представляет собой систему управления. Функционирование каждой из систем управления направлено на достижение стоящей перед ним целей. Эти цели формируются и задаются системой управления более высокого уровня иерархии, обеспечивающей согласование целей подчинённых систем и  организацию их совместного функционирования.

4. Цели – это конкретизация задач (миссии), системы управления в форме, доступной для управления процессом и их реализации. Цель должна быть: ориентирована на определённый интервал времени, конкретна и измерима. Задаётся в виде целевой функции, содержащей перечень характеристик (переменных) и ограничений; критериев, численные значения которых отражают степень достижения стоящих перед системой целей. Обычно критериев несколько и зачастую противоречивых.

5. Функционирование системы управления на любо уровне иерархии направлено на реализацию совокупности технологических процессов – материальных и информационных. В зависимости от специфики задач и целей системы, а соответственно её структуры и физической природы составляющих её элементов, будут преобладать материальные и информационные технологии.

СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Процесс принятия управляющих решений при управлении любым объектом связан с количественной оценкой внешних условий (внешних воздействий), состояния объекта и его выходов, и принятием на основе этих количественных оценок решений о численной величине управляющих воздействий  на объект.

Если рассмотреть идеализированный случай, когда цели системы не меняются, характеристики внешней среды не меняются (в том числе свойства материальных, энергетических и информационных потоков, перерабатываемых в данном технологическом процессе), и если не меняются свойства элементов, входящих в структуру системы, то, вероятно, нет нужды и управлять однажды запущенным технологическим процессом.

В реальности любой    технологический процесс (материальный или информационный) подвержен влиянию возмущающих воздействий, обусловленных как изменением свойств внешней среды (в виде изменений характеристик перерабатываемых материальных и энергетических потоков, характеристик информационных потоков (искажения, задания и т.д.), так и изменением характеристик элементов, входящих в структуру системы (износ агрегатов и технологического оборудования, сбои оборудования, реализующего информационную технологию, изменения настроений и отношений к работе персонала, реализующего те или иные технологические операции).

Возникает необходимость корректировок хода технологического процесса с тем, чтобы компенсировать влияние этих возмущений и обеспечить достижение стоящих перед системой целей. Для выполнения этих задач в систему вводятся элементы, обеспечивающие контроль за результатами выполнения технологического процесса в целом и по отдельным стадиям (операциям), за состоянием элементов, за изменением состояния внешней среды. По результатам контроля формируются управляющие воздействия, направленные на достижение целей системы. Эти воздействия могут иметь следующие разновидности:

- координатные воздействия, направленные на изменение тех или иных характеристик материальных или энергетических потоков (расходов, соотношений), и информационных потоков (например, частоту поступления данных, объем информации – количество разного рода сведений);

- параметрические воздействия, направленные на изменение характеристик тех или иных элементов, реализующих технологические операции.

Параметрические воздействия могут быть связаны с изменениями нормативов (в том числе допусков на режимные параметры), с изменениями пропускной способности элементов, в том числе и людей. В последнем случае эти воздействия называются мотивацией.

Когда ресурс координатных и параметрических воздействий исчерпан, формируются структурные управляющие воздействия – изменения схем соединений технологического оборудования и агрегатов (включая и замену части из них), изменения организационной структуры (реорганизация).

Таким образом, в функциональном плане нет принципиальных отличий в управлении технологическими, социально-техническими и социально-экономическими объектами. В любом случае приходится иметь дело с совокупностью материальных и информационно-технологических процессов (цех, завод, контора, банк, соцзащита…).

Любая управляющая система, независимо от её уровня иерархии, характера объекта управления и его организационной структуры, степени автоматизации, обречена на выполнение комплекса информационных и управляющих функций. Различия – чисто технические, связанные с физической и социальной природой процессов, способами и средствами контроля.

Принципы и способы управления объектом и, соответственно, функциональная структура систем управления в большой мере определяются возможностями получения информации о внешних условиях и состоянии элементов, реализующих технологический процесс, от результатов реализации этого процесса, нежели от физической природы процессов (технические, социальные и пр.).

Как уже отмечалось ранее (см. «Теорию информации»), процесс управления является информационным процессом. Рассмотрим основные этапы обращения информации в системе управления. Поскольку материальными носителями информации являются сигналы, то это будут этапы обращения сигналов. Детализируем рассмотренную на Рис. 1 схему системы управления.

В схеме на Рис.2 информационной системой ИС обеспечивается восприятие информации в процессе  взаимодействия с объектом управления с ОУ, формирование и анализ сигналов измерительной информации, формирование данных, поступающих в управляющую систему УС.

Управляющей системой принимаются управляющие решения, в соответствии с которыми формируются сигналы (команды) управления исполнительными органами ИО. Исполнительные органы, в свою очередь являются системами управления, но более низкого уровня иерархии.

Рисунок 2.

В зависимости от степени формализации и автоматизации процессов в ИС, УС, ИО, участия в них человека, системы подразделяются на автоматические и автоматизированные.

Общее представление о характере информационных процессов в системе управления дает  структурная схема на Рис. 3. Н этой схеме буквами W. P, Y, U и Q обозначены, соответственно, векторы:

- контролируемых внешних входных  воздействий объекта;

- переменных (параметров) состояния объекта;

- управляемых выходных воздействий объекта;

- управляющих входных  воздействий объекта;

- целевой функции, определяющей требования к результатам функционирования системы.

Содержательная сущность, структура, состав, связи, модели и алгоритмы функционирования каждого из элементов представленной структурной схемы определяются характером решаемой задачи управления, требований к свойствам системы.

Ещё посмотрите лекцию "Вопрос 1" по этой теме.

Один из основных системообразующих признаков это целевая функция Q, включающая в себя, в общем случае:

- критерий качества управления – некоторую расчетную характеристику (величину), чаще всего векторную, численное значение которой характеризует степень достижения стоящей перед системой цели;

- ограничения на величину и динамику изменения выходов и управляющих воздействий (на ресурсы управления).

Это -  один из ключевых моментов постановки и решения задач алгоритмизации управления. Поэтому далее этот вопрос будет рассматриваться  более детально на простейших примерах алгоритмизации задач контроля и регулирования при различных постановках задачи.

Рисунок 3.