Разоренов Г.Н., Бахрамов Э.А., Титов Ю.Ф. Системы управления летательными аппаратами (2003) (1246774), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Управление может оп ед предечяться из условия минимума энергетическихзатрат, иаксиматьно. го быс ""ысьропегьствия и т.п. Очевидно, что в зависимости от содержания и постановки задачи многие из перечисленных выше показателей могут игРать как роль ограничения,так и роль лритерня оптимизации. В злобом зти' случаен показатель качества играет активную Роль в решении задачи. Наряду с этим некоторые показатели качества могут играть и чисто пассивную роль в видесвободных параметров задачи, подлежащих определению пасяе ее решения. Однако и в этих случаях они полностью сохраняют свое значение как обьективныс характеристики свойств рассматриваелюй системы и степени ее технического совершенства.
Итак, нами проанализированы некоторые основные понятия теории управления. Приведенный выше перечень понятий, разумеется, далеко не полон и мы будем его наращивать по мере изложения последующего материала. Однако именно этн понятия образуют тот необходимый минимум, без которого не обходится рассмотрение практически любого вопроса управления. С помощью этих понятий формулируется ряд общих принципов теории управления, к рассмотрению которых чы и перейдем. )Л.2. Раль и место принцнпоа как основополагающих канцсптуальнык положений в науке и технике В естествознании и в философии термином принцип (от лат. рппсеряпервый, основной, главный) ооозначают исходное концептуальное положение теории, учения, науки, а в технике этим термином характеризуют основные особенности, определяющие сущность построения и функционирования приборов, механизмов и машин.
Степень общности того или иного принципа, его роль и место в познавательной и производительной деятельности человека, теоретическое н практическое значение могут быть весьма различными. В некоторых наиболее общих случаях принципы формулируются как основополагающие законы конкретной области науки, Напричер, в физике (в общей теории относительности) хорошо известны принцип постоянства скорости света в различных системах отсчета и принцип эквивалентности инертной и тяжелой масс. В силу своей общности и фундаментальности эти принципы не поддаются теоретическому доказательству на основе каких-либо более общих утверждений (которых вданнамслучаепростоиесуществует),носправелливость их иожетаыть проверена экспериментальным путем в пределах точности измерений, достижимой на современном уровне развития техника.
Основанием лля пастулирования этих принципов в качестве законов природы служит непротиворечивость их опытным фактам. Вдругих случаях принципы содержат строгодоказуемыеутверждения, на основе которых затем развиваются соответствующие методологические подходы к исследованию тех или иных процессов и явлений. Примером принципов подобного родя могут служить принципы аналитической динамики (принцип наименьшего действия, прщщип 20 иаимсиыиего ирину»в|ения. Принцип Гамильтона и др 1, доказательство кс.го;|ыь основано иа закон»х Ньютона. Высоте |.
тея! существуют прш|ципы. суг!. кото)эь|з составляет некая осиовополагщощая идея. предназначенная для тэз!.о, чтобы руководствоваться ею пэи изучсиш! определенного кру|а явлений. Подобные иришшпы »с трсбуютэксиерьмеитальиой проверки или теоретического доказательства. однако целесообразность пх применения подтвержда* ггся лостигпем ыш! при этом результатами. К числу подобных принципов относится извсстныи в общей теории систем принцип декомпозиции, рассэ|атриваемый лихе п[и|меиитгльио к вопросам построения систем .'правления.
Зтог принцип пр|дс|авляет собой методологическую ус!японку. 4ормирующук! характер мьиалекия исследователя и общее иаира влеш|е его дсятельиосз и ири анализе и синтезе слсгкиых систем. Наконец. а тесинке мы видим многочисленные примеры того, как разнообразным гсхиическим устройствам присущи одни и .ге жс особсииости их пастрое| ия и функционирования, имеющие общий зау||ктср и агля ю|ииеся выражс|шем обшей идеи или некоторого общего ф:|э!и!еского своЙстьа, что может рассматриваться в качестве общего принципа построения и ф! наци»пиров»иия целых классов подобиых устройств.
Так. в тех и иье ре»ктив по го движения 1ракегы разнообразных м|дов, реактивные самолеты, сули с водометнычи двигателями) реализован общий принцип реактивного движения, сосгоя щи й в создании движущей силы в виде реакции потока отбрась|васиых ог аппарата чесгиц массы. Пришшп ипгрциальиой и»наташ|и, подробно анализируемый во втором разлелг дэииой книги, лежит в основе построения систем »|з|ереш|я параметров лв|икеиия разнообразных подвижиь|х объектов 1иключая морские суда, самолеты. сухопутные средства передвижения) и яв»аггея основным в иавигашюниых система ! бвллисгических ракет.
В теории и практик» автоматического управления широко приь|сняется принцип образной связи, явльчо|цийся осиовоиолагаюи|им принципом построения и фуикц||онироваиия л|обой управляемой с|ктемы как в технике. так и в живой природе. Привсдеии||е примеры иллюстр:|руютто обсточтсльстпо, что при всем рятиообр»зии с |специ общности. уровня научно.логической мотиваш|и и содержательного смысла тех или иных положений, которые определя»пся как иеьоторью принц»пы.
ролы|х в конкретной науке или области ге!и|»ха весьма вак:иа. Нарядус первичными иоиятпями,определгииями, постулат|ми и законами принципы форм пру!с г концептуальные основы любой и»ую|, состаиля|от ее научный и ь|етодолоп|чсский фундамент. Форму:|»ров»кис принц»пса позволяет систематизировать знание о прс: чете и по|ма! ает специалисту, раоотаю.цену в соответству|ощей области науки и техники, уверенно ориентироваться в сфере своей деятельности и успешно решать поставленные задачи.
В качестве наиболее общих исходных принципов теории управления движением и построения соответствующих систем управления далее рассматриваются принцип обратной связи, принципы управления начальным, телущим и конечным состоянием объекта управления, а также принцип декомпомшни, включающий такие варианты ега реализации, как принцип управленияпо схеме "наведение-стабилизация" и привцнп независимого (развязаиного) управления.
1.1.3. Г!ринцип обратной связи Идея обратной связи при построении систем автоматического управления подсказана человеку самой природой, где в действиях любого :кивого организма, зверя, птицы, носящих целенаправленный характер (поиск и добывание пиши, вскармливание потомства, защита от естественных врагов и т.п.). набпюдается одна н га же устойчивая совокупность причинно.
следственных связей, определяющих механизм целенаправленнога повеления: наличие цели управления (ощущаемой рефлекторно на уровне инстинкта). получение информации о собственном состоянии и положении относительно окружающей среды (воспринимаемой через органы чувств), выработка с учетом этой информации сигналов управа«ния [в виде биотоков мозга у высших животных или импульсов возбуждения нервных волокон у низших), реализация управляющих возлействий (через мышцы, конечности). Целенаправленные действия человека подчинены той жс цепочке связей с тем только отличием, что цель управления воспринимается человекам осознанно.
Разрыв этой цепочки в любом ее звене нарушает процесс управления и целенаправленные действия (по крайней мере, с прежней эффелтивностью) становятся невозможными. Система автоматического управления любым техническим объектом реализует аналогичную цепь причинно-следственных и информационных связей. На рис. 1.! изображена схема подобной системы, включающая функциональные элементы (звенья) и связывающие их каналы передачи сигналов информации и управления. Как видно из приведенной схемы, информация о параметрах состояния объелта управления получается с помощью измерительного устройства (аналог органов чувств) и используется затем в устройство выработки команд управления (" мозг" системы управления).
Далее команды управления воздействуют на исполнительное устройство (" мышцы" ), которое в свою очередь приводит в действие органы управления ('*конечности") объекта управления, Е1а двиной схеме через 22 Гмс. нц Бяак сима САу с обрлпюп связью Х(() обозначены параметры состояния абьекта управления вега фазовом пространстве, )(г)-результаты измерениИ параметров состояния, У(с)— кол|анды управления, б(г)- перемещение органов управления, приводящее к изменению силового или иного управляющего воздействия на объект управления,4(г) -воздействия на объект управления со стороны внешней среды, имеющие характер случайных возмущений. В соответствии с общепринятой терминологией звенья т', 2 и 4 образу|от управляющий объект (называемый в теория автоматического регулирования регулятором), а совокупность управляющего обьекта и объекта управления составляет систему автоматического управления (САУ) или, лля краткости, систему управления.
Объект управления играет роль одного иэ ее звеньев. Под входной информацией понимаются лаииые, необходимые лля обеспечения целенаправленного функционирования системы управления в конкретных условиях ее использования. Этиданныелюгугвктючать инфорл~ацшооцели управления(параметры Ц), данные о начальном состоянии объекта управления (параметры Ха), данные, задающие режим работы устройства выработки комайд угравдения (в том числе и алгоритмы управления), а также другую иеобхолил~ую информацию. Характерной особенностью системы управления, схема которой приведена иа рис.
!Л, является наличие в ней замкнутого контура прохождения сигналов, соединяющего звенья 7, 2. 3 и 4. Такая система управления называется замкнутой или системой с обратной связью. Обратная связь реализуется здесь через измерительное устройство и служит для передачи информации с выхода системы управления на ее вход, позволяя осуществлять выработку команд управления с учетом реального состояния объекта управления, которое формируется при совместном влияли и управляющих и возмущающих воздействиГь Данная обратная связь называется главной.
Наряду с этим может использоваться 23 так называемая местная обратная связь, которой охватываются отдельные звенья СЛУ или совокупность звеньев. Если в системе управления замкнутый контур прохождения сигналов отсутствует,то такая система называется разомкнутой или систелюй без обратной связи. Разомкнутые системы автоматического управления нашли применение прежде всего в тех областях техники, где по условиям функционирования объекта управления влиянием внешних воздействий (возллущений) можно пренебречь.
Примералич таких систем являются станки с программным управлением в обрабатывающей промышленности,автоматическиероботы.манипуляторы. применяемые наавтосборочныхзаводах,и другие подобныссистемы, Управленцевнихвырабатывается в соответсгвии с заданной програмл1оГ| и не корректируется в процессе работы системы управления в зависимости от получаемого результата. Таким САУ получили название разомкнутых систем программного управления. Более сложным вариантом разомкнутых САУ являются такие, где имеется возможность измерения возмущений, воздействующих на объект управления, с последующим учетом этой информации при выработке команд управления (рис. Е2).
Соответствующая коррекция кол~анд управления по информации о величине действующих возмущений обеспечивает компенсацию возмущений. По этой причине такие системы получили название систем компенсации. Несмотря на наличие измерительного устроГлства, замкнутый контур прохождения сигналов в системах компенсации отсутствует, т.е, это системы без обратной связи. В чистом виде системы компенсации используются не часто, что объясняется главныл1 образол~ трудностью прямого измерения действующих на объект возмущений. Поэтому более распространеннылщ являются комбинированные замки)тые системы управления, где нарялу с основным замкнутым контуром управления имеется разомкнутый контур компенсации одного или нескольких возл~ущаюших воздействий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
