Лекция 2. Классификация систем управления. Тема 1. Системный подход в управлении

1.

Лекция 2 Классификация систем
управления
Дисциплина: Управление в технических
системах
Тема 1 – Системный подход в управлении

2.

• В зависимости от того, в какой системе
(простой, сложной, большой)
осуществляется управление, различают
системы автоматического управления (САУ)
и автоматизированные системы управления
(АСУ).

3.

1 Системы автоматического управления
• Совокупность автоматического
управляющего устройства и объекта
управления, связанных и
взаимодействующих между собой в
соответствии с алгоритмом управления,
называют системой автоматического
управления (САУ).

4.

Автоматическое управление
• осуществляется, как правило, в простых
системах, в которых заранее известны
описание объекта управления и алгоритм
управления им

5.

Система регулирования уровня воды
• Пример простейшей системы регулирования

6.

Классификация систем
автоматического управления
• по методу управления и функциональному
признаку.

7.

По методу управления все системы
делятся на два больших класса:
• обыкновенные (не самонастраивающиеся)
• самонастраивающиеся (адаптивные).

8.

Обыкновенные системы
• относящиеся к категории простых, не
изменяют своей структуры в процессе
управления. Они наиболее разработаны .

9.

Обыкновенные системы
автоматического управления
подразделяют на три подкласса:
• разомкнутые,
• замкнутые
• комбинированные

10.

Разомкнутые системы
автоматического управления в свою
очередь делят на
• системы автоматического жесткого
управления (САЖУ)
• системы управления по возмущению.

11.

Системы автоматического жесткого
регулирования
• регулятор воздействует на объект
управления независимо от полученного
результата, т. е. значения регулируемой
величины и внешнего возмущения.

12.

Системы управления по
возмущению
• работают по принципу, когда управляющее
воздействие вырабатывается в зависимости
от внешнего возмущения, оказывающего
влияние на объект управления.

13.

Пример
• В качестве примера можно рассмотреть
систему отопления литейного или
термического цеха. В этом случае расход
горячей воды в теплотрассе цеха зависит от
внешних погодных условий. Чем холоднее
на улице, тем больше подается горячей
воды в батареи отопления, и наоборот.

14.

Замкнутые системы
автоматического управления
работают по принципу отклонения, называют
также системами автоматического
регулирования (САР). Их отличительной
чертой является наличие замкнутого
контура прохождения сигналов, т. е.
наличие обратного канала, по которому
информация о состоянии регулируемой
величины передается на вход элемента
сравнения.

15.

Классификация САР

16.

Системы автоматического
регулирования предназначены для
решения трех задач:
• стабилизации регулируемой величины
(стабилизирующая САР),
• изменения регулируемой величины по
известной программе (программная САР)
• неизвестной программам (следящая САР).

17.

В стабилизирующих САР
• заданное значение регулируемой величины
постоянно. Примером такой системы может
служить система регулирования
температуры в рабочем пространстве
термической печи. В программных САР
значение регулируемой величины
изменяется во времени по заранее
разработанной (известной) программе.

18.

В следящих системах
• заданное значение регулируемой величины
изменяется во времени по заранее
неизвестной программе. Следящие и
программные САР отличаются от
стабилизирующих принципом обработки
задающего сигнала.

19.

• Наиболее типичным примером следящего регулирования является
автоматическое поддержание заданного соотношения между
расходами топлива и воздуха при регулировании процесса горения в
топливных плавильных и нагревательных печах.

20.

Системы автоматического управления
а — разомкнутая, б — разомкнутая по отклонению, в — замкнутая, г —
комбинированная, д — самонастраивающаяся, Р — регулятор, ОУ — объект
управления, ЭС — элемент сравнения, УАВ — устройство анализа задающего
воздействия: ВУ — вычислительное устройство, ИУ — исполнительное устройство,
АУУ — автоматическое управляющее устройство, УАО — устройство анализа
объекта управления.

21.

Комбинированные системы
• сочетают в себе достоинства систем
управления по отклонению и по
возмущению, что повышает точность
управления. Действие неучтенных
возмущений в комбинированных системах
компенсируется или ослабляется
управлением по отклонению.

22.

Самонастраивающиеся
(адаптивные) системы
можно разделить на три подкласса:
• 1 экстремальные системы
• 2 системы с самонастройкой параметров
• 3 системы с самонастройкой структуры

23.

Системы экстремального
регулирования
• называют системы стабилизирующего,
следящего или программного управления,
у которых настройка, программа или закон
воспроизведения автоматически
изменяются в зависимости от изменения
внешних условий или внутреннего
состояния системы с целью создания
наивыгоднейшего (оптимального) режима
работы объекта управления.

24.

Системы экстремального регулирования
• В таких системах вместо постоянной настройки
или программы устанавливается устройство
автоматического поиска, которое проводит
анализ какой-либо характеристики объекта
(коэффициента полезного действия,
производительности, экономичности и т. п.) и в
зависимости от полученного результата подает в
управляющее устройство требуемое значение
регулируемой величины так, чтобы данная
характеристика получила экстремальное значение
при непрерывном изменении различных
возмущающих воздействий, оказывающих
влияние на условия работы системы.

25.

В системах с самонастройкой
параметров
• при изменении внешних условий или
характеристик объекта регулирования
происходит автоматическое (не по заранее
заданной программе) изменение
варьируемых параметров управляющего
устройства с целью обеспечения
устойчивой работы системы и поддержания
регулируемой величины на заданном или
оптимальном уровне.

26.

В системах с самонастройкой
структуры
• при изменении внешних условий и
характеристик объекта управления
происходит переключение элементов в
схеме соединений или введение в нее
новых элементов. Целью таких изменений
(отбора) структуры является достижение
лучшего решения задачи управления.

27.

Системы с самонастройкой структуры
• Отбор структуры осуществляется путем
автоматического поиска с применением
вычислительных и логических операций. Такие
системы должны не только приспосабливаться ко всем
изменениям внешних условий и характеристик
объекта, но и функционировать нормально даже при
наличии неполадок или отказов отдельных элементов,
создавая новые цепи взамен нарушенных. Системы с
самонастройкой структуры можно заставить
самосовершенствоваться, "приобретать опыт" путем
быстрого опробования нескольких вариантов, отбора и
"запоминания" лучшего из них.

28.

Согласно классификации по функциональному
признаку все автоматические системы управления
подразделяют на четыре класса:
• системы для координации работы
механизмов,
• системы регулирования параметров
технологических процессов,
• системы автоматического контроля,
• системы автоматической защиты и
блокировки.

29.

Системы автоматического жесткого
управления (САЖУ).
• Предназначенные для координации работы
отдельных механизмов установки или
установки в целом

30.

Системы автоматического
регулирования (САР) технологических
процессов
• обеспечивают
поддержание
регулируемой
величины на
заданном
уровне или
изменение ее
по заданной
программе.

31.

Системы автоматического контроля (САК)
• содержат средства и методы для получения информации о
текущих значениях параметров технологических процессов
(температуры, давления, запыленности или загазованности
воздуха и др.) без непосредственного участия человека.

32.

Системы автоматической защиты
(САЗ) и блокировки (САБ)
• предотвращают возникновение, аварийных
ситуаций в работе оборудования при
установившемся режиме.

33.

Элементы системы автоматического
управления
• Типовая схема содержит: 1- задающее устройство, на
вход которого поступает управляющее воздействие x(t),
I и II – сравнивающие устройства; 2,4,5 – усилительные
элементы, 6 –исполнительный элемент;
корректирующие устройства 3- последовательного
действия и 8 – параллельного действия; 7 –объект
регулирования; 9-измерительный элемент

34.

Элементы системы автоматического
управления
• Устройства 1,2,9 – образуют датчик
• Устройства 3-6, 8 – образуют регулятор

35.

Взаимосвязи в системе
автоматического управления
• Все устройства образуют между собой
линии связи
• Усилители осуществляют не только
усиление сигнала, но и его преобразование
(например непрерывного сигнала в
дискретный)

36.

37.

2 Автоматизированные системы
управления
• (сокращённо АСУ) — комплекс аппаратных и
программных средств, а также персонала,
предназначенный для управления различными
процессами в рамках технологического процесса,
производства, предприятия. АСУ применяются в
различных отраслях промышленности, энергетике,
транспорте и т. п. Термин «автоматизированная», в
отличие от термина «автоматическая», подчёркивает
сохранение за человеком-оператором некоторых
функций, либо наиболее общего, целеполагающего
характера, либо не поддающихся автоматизации. АСУ
с Системой поддержки принятия решений (СППР)
являются основным инструментом повышения
обоснованности управленческих решений.

38.

Важнейшая задача АСУ
повышение эффективности управления
объектом на основе роста производительности
труда и совершенствования методов
планирования процесса управления. Различают
автоматизированные системы управления
объектами (технологическими процессами —
АСУТП, предприятием — АСУП, отраслью — ОАСУ)
и функциональные автоматизированные
системы, например, проектирование плановых
расчётов, материально-технического снабжения
и т. д.

39.

В сфере промышленного производства сегодня
практический интерес имеют системы управления
трех категорий:
• локальные
• централизованные
• автоматизированные системы управления
технологическими процессами.

40.

К первой категории относятся локальные (местные) средства
контроля, регулирования и управления.
• Эти системы находят широкое применение на
хорошо изученных «простых» объектах управления с
числом измерительных величин, не превышающих
десятка,
• например, для котельных установок малой
мощности, кондиционеров, холодильных агрегатов и
других объектов. Они эффективны при
автоматизации технологически независимых
объектов с компактным расположением основного
оборудования и несложными целями управления
(стабилизация, слежение, программное и логическое
управление, контроль и измерение) при хорошо
отработанной технологии и стационарных условиях
эксплуатации.

41.

Централизованные системы
• Появление централизованных систем автоматики
связано с ростом количества контролируемых
параметров, с территориальным размещением
объектов управления.
• Они разрешают реализовать новые функции по
вычислению комплексных показателей
эффективности работы отдельных агрегатов и
технико-экономических показателей всего
технологического процесса, вычислению на этой
основе оптимальных управляющих действий и
реализации этих действий или в виде вставок
локальных регуляторов, или в виде непосредственного
действия на исполнительное устройство.

42.

системы третьей категории - АСУТП.
Предъявляются более высокие требования к качеству
управления
• за счет повышения количества контролируемых
параметров
• осуществления более точного и комплексного
контроля сырья и промежуточных продуктов,
• оптимального управления объектами на основе их
математической модели
• В этих системах объединяются решения задач
контроля и регулирования технологических
процессов, выбора оптимальных режимов и
алгоритмов управления.

43.

Несмотря на численное разнообразие систем
управления, общим для них является наличие
элементов:
• объекта управления,
• устройства управления,
• устройства связи с объектом,
• устройства получения и использования
информации (датчики).

44.

Типичная структура системы
управления
Показанные на ней аппаратные средства, которые составляют систему, можно разделить на следующие основные
части:
устройство управления (УУ);
устройство связи с объектом (УСО);
периферийные устройства (датчики (Д));
исполнительные устройства, органы (ИО).