Введение. Историческая справка. Термины в теории управления.

ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ ЭКЗАМЕНА ПО ТАУ

Введение. Историческая справка. Термины в теории управления.

Историческая справка.

Основы теории управления - одна из дисциплин, образующих науку об управлении.

Эта наука в последние годы распространила свое влияние не только на системы управления технического характера (станки, роботы, самонаводящиеся ракеты, беспилотные самолеты, космические аппараты), но и на объекты производственного, экономического, биологического и социального характера.

Теория управления сформировалась из основ теории регулирования в первую очередь механическими, а затем электрическими объектами.

Две тысячи лет назад арабы снабдили поплавковым регулятором водяные часы. Точность хода часов повысилась за счет постоянства давления воды.

В 1675 году Гюйгенс встроил в часы маятниковый регулятор хода.

В 1765 году Ползунов в Барнауле применил поплавковый регулятор питания котла паровой машины.

В 1784 году Джеймс Уайт получил патент на центробежный регулятор скорости паровой машины.

Вскоре появились регуляторы с воздействием по производной братьев Симменсов, по нагрузке инженера Понселе, сервомоторы с жесткой обратной связью инженера Фарко, регуляторы с гибкой ОС, импульсные регуляторы, вибрационные электрические регуляторы и т.д.

Все эти практические новшества побуждали к проведению теоретических исследований. Вначале в теоретических исследованиях рассматривались лишь идеальные безынерционные регуляторы, затем стали учитываться их динамические свойства, но без учета инерционности объектов управления.

Серьезным прорывом в науке об управлении стали три работы:

- работа Джона Максвелла “О регуляторах” (1866 г.) ,

- две работы Вышнеградского “Об общей теории регуляторов” (1876г.) и “О регуляторах прямого действия” (1877 г.).

В этих работах авторы осуществили системный подход к проблеме, рассмотрев регулятор и объект управления как единую динамическую систему. Они перешли к исследованию малых колебаний в системе, впервые применили линеаризацию сложных нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих системы регулирования, дав тем самым общий методологический подход к исследованию самых различных по конструкции и принципам действия системам автоматического регулирования (САР).

По предложению Максвелла Раус разработал алгоритм для оценки устойчивости САР по расположению корней характеристического уравнения на комплексной плоскости. Несколько позже Гурвиц вывел критерий устойчивости по детерминантам характеристического уравнения, что позволило определять устойчивость без решения уравнений высокого порядка.

Крупный вклад в теорию автоматического регулирования внес Н.Е. Жуковский, - автор труда “О прочности движения”. Этот труд является классическим для самолетостроителей.

В 20-ом веке теория автоматического регулирования формируется как общая дисциплина благодаря работам Толле (1905 г.) , Тома (1914 г.), Штейна, Кулебакина (1926 г.), Лебедева, Боголюбова (1932 г.), Найквиста (1932 г.), Корнилова, Щегляева (1933 г.), Вознесенского (1922 - 1949 гг.), Михайлова (1938 г.), Боде (1946 г.) и других ученых.

Одно из важных направлений исследования устойчивости в нелинейных системах автоматического регулирования (САР) развивалось в работах Ляпунова (1896 г.), Лурье (1944 - 1951 гг.), Летова (1955 г.), Постникова (1944 г.), Айзермана (1949 г.), Попова (1959 г.).

Переходные процессы в САР с использованием фазовых пространств исследовались в работах Андронова (1930 - 1940 гг.), Емельянова (1960 г.).

Импульсные и релейные САР глубоко и всесторонне исследованы в работах Цыпкина. Цикл этих работ был удостоен Ленинской премии в 1960 г.

В последние годы область науки о теории управления внедрилась в биологические объекты, экономические и даже социальные системы. Широкое развитие получила отрасль науки об управлении, базирующаяся на применении в качестве регуляторов и решающих устройств современных ЭВМ и новейших программных продуктов. Благодаря ЭВМ появилась теория оптимального управления по различным критериям оптимальности (работы Понтрягина, Красовского, Винера, Калмана и др.).

Теория автоматического управления в области радиотехники сформировалась в науку под названием “Радиоавтоматика”.

В сложных системах типа живых организмов, организационных человеко-машинных экономических и социальных системах законы динамики не являются основными и определяющими само управление, но их влияние существенно, поэтому отказ от их учета приводит к неверным результатам, крупным экономическим потерям, авариям, социальным взрывам и катастрофам.

Весьма характерные в этом плане вопросы промышленной динамики рассмотрены в работе Дж. Форрестера “Индустриальная динамика” (1976 г.). Перевод на русский “Основы кибернетики предприятия”.

В настоящее время создаются сложные телекоммуникационные сети и сети ЭВМ для управления крупномасштабными системами. В ракетных войсках стратегического назначения, в войсках ПВО, в МВД, в банковских структурах, у энергетиков, у железнодорожников, в почтовой связи такие сети создаются или уже созданы.

В таких сложных системах роль ЭВМ, сетей взаимодействия и программ управления с помощью ЭВМ приобретает первостепенную роль.

Основные термины.

Рабочие операции - это действия, необходимые при выполнении какого-либо технологического процесса.

Механизация - это замена физического труда человека машинами.

Операции управления - это действия, определяющие начало, порядок следования и конец рабочих операций.

Программы управления - это команды, обеспечивающие последовательность выполнения операций.

Автоматизация - это замена труда человека в операциях управления.

Автоматические устройства - это совокупность технических средств и программ управления, обеспечивающих автоматическое выполнение рабочих операций.

Объект управления - это устройство, подвергаемое воздействию в процессе выполнения рабочих операций.

Устройство управления - это устройство, формирующее воздействие на объект управления.

Системы автоматического управления - это совокупность объектов, устройств и программ управления, обеспечивающих автоматическое выполнение технологических процессов.

Управление первого уровня или элементарное управление - это управление устройствами, где обеспечивается автоматическое выполнение рабочих операций. Примером 1-го уровня управления является управление отдельными механизмами, устройствами, блоками /1,2/.

Управление второго уровня или системное управление - это управление системами, состоящими из нескольких автоматических устройств и обеспечивающими автоматическое выполнение всего технологического процесса.

Управление третьего уровня или сложное управление - это управление системами, состоящими из нескольких взаимосвязанных систем со вторым уровнем управления.