Воздействие на ОУ или любой другой элемент системы затрудняющее управление или уводящее ОУ от цели управления (ошибки, отказы, помехи) – определяются как возмущения.

Автоматизированная система(AC): Система, состоящая из персонала и комплекса средств автоматизации его деятельности, реализующая информационную технологию выполнения установленных функций в соответствии с заданной целью.

В зависимости от вида деятельности выделяют, например, следующие виды АС: автоматизированные системы управления (АСУ), системы автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) и др.

В зависимости от вида управляемого объекта (процесса) АСУ делят, например, на АСУ технологическими процессами (АСУТП), АСУ предприятиями (АСУП) и т.д.

В современном понимании автоматизированная система немыслима без персонала, взаимодействующего с компьютерами и телекоммуникациями.

Системы управления делятся на два больших класса: системы автоматического управления (САУ) и автоматизированные системы управления (АСУ). В САУ управление объектом или системой осуществляется без непосредственного участия человека автоматическими устройствами. Это, как правило, замкнутые системы с обратной связью, но имеются и чисто программные системы управления. Основные функции САУ: автоматический контроль и измерения, автоматическая сигнализация, автоматическая защита, автоматические пуск и остановка различных двигателей и приводов, автоматическое поддержание заданных режимов работы оборудования, автоматическое регулирование, автоматическое управление СТС от встроенных компьютеров по вычисляемым в процессе работы критериям для достижения поставленных целей;

В отличие от САУ в АСУ в контур управления включен человек, на которого возлагаются функции принятия наиболее важных решений и ответственности за принятые решения. Классификация АСУ и САУ может осуществляться по различным признакам: функциональному, структурному, по сфере применения, по характеру используемой информации и др.

Классификацию по сфере применения проводить затруднительно из за огромного разнообразия и практически повсеместного применения в настоящее время компьютерных технологий. Примерная и далеко не полная классификация:

-управления предприятием (АСУП);

-производственные системы;

-автоматическое управление СТС от встроенных компьютеров по вычисляемым в процессе работы критериям для достижения поставленных целей;

-административные системы (человеческих ресурсов);

-финансовые и учетные системы;

-системы маркетинга;

-системы научных исследований;

-автоматизации проектирования;

-системы моделирования;

-системы проведения медицинских исследований,

-системы для проведения научных исследований.

Компьютерные технологии и управление производством. Три базовых иерархических уровня ПО управления производством и СТС.MES технологии

Сейчас в автоматизации производственных процессов с использованием компьютерных технологий произошел переход от попыток автоматизации отдельных технологических процессов и процессов управления к общесистемной сквозной интегральной автоматизации, направленной на выпуск новой продукции в максимально сжатые сроки.

В связи с этим разрабатываются программные пакеты, обеспечивающие планирование производства, составление оптимальных производственных графиков, управления запасами и складами. Эти пакеты получили название MES (Manufacturing Execution System – производственные исполнительные системы).

Анализ предметной области комплексной автоматизации работы предприятий приводит к трем иерархическим уровням управления предприятием, и к трем уровням соответствующего ПО.

1. Управление предприятиями. На этом уровне решаются стратегические задачи, в частности, финансы, маркетинг, бухгалтерия, кадры, сбыт, долгосрочное планирование производства в масштабах года, квартала, месяца. АСУ предприятием (АСУП) предназначены для автоматизации функций управленческого персонала.

2. Оперативное управление производством – разработка детальных планов использования сырья и ресурсов, производственных заданий в масштабах месяца, дня, смены (MES пакеты).

3. Управление технологическими процессами и установками(АСУ ТП). Управление в масштабах часов, секунд, миллисекунд, Управление осуществляется в реальном масштабе времени (РМВ). Именно с этими системами связывают термин системы промышленной автоматизации.

Аналогичную трехуровневую структуру мы увидим, рассматривая автоматическое компьютерное управление сложными техническими системами (СТС): планирование общее работы СТС; детальное планирование и управление совокупностью процессов управления – управление совместной работой подсистем в процессе решения функциональных задач СТС; и, наконец, управление отдельными процессами в подсистемах СТС. Основные понятия теории управления.

Система управления, объект управления.

Система управления – это система, состоящая из управляющего устройства (УУ) и объета управления (ОУ). Понятия объект управления ,цель управления, управляющие воздействия взаимосвязаны и не могут быть определены отдельно друг от друга. Объект управления (ОУ)- объект (или система объектов), для которого необходимо достичь желаемые цели управления.

ОУ могут быть как отдельные объекты, так и системы взаимосвязанных объектов – тогда мы говорим о распределенном объекте управления.

Цели управления – это значения координат или соотношение значений координат процессов, происходящих с/в ОУ, а так же их изменение во времени, которые надо получить в процессе управления для достижения желаемых результатов функционирования ОУ.

Например, целью управления системы автоматической посадки самолета является :

Получить в заданной точке, координаты которой известны( начало посадочной полосы) скорость полета не менее 250 км. /час и высоту над поверхностью земли в этой точке H=0.

Т.е. управление должно вестись сразу по нескольким координатам в заданном соотношении. В более простых случаях управление проводится по одной координате, например, управление температурой в холодильной камере.

Управляющее устройство – устройство, предназначенное для воздействия на ОУ для достижения цели управления.

Виды управления.

Классификацию управления и СУ можно проводить различным образом:

Во-первых, имеются виды управления по концепции его применения:

1. Координация – согласование временное и логическое процессов, протекающих в различных объектах, элементов сложного ОУ;

2. Управление – регулирование – поддержание значений координат ОУ в требуемых пределах, отслеживание изменений приходящих извне или вычисляемых в системе требований к значениям координат;

3. Стабилизация – поддержание постоянных значений требуемых координат ОУ;

4. Терминальное управление – перевод ОУ в процессе управления из заданного начального состояния координат в заданное конечное состояние координат за заданное время.

Прямое управление (в разомкнутом контуре)

Схема разомкнутого управления(прямого управления, управления без ОС).

В разомкнутой системе фактическое состояние ОУ (выходных координат ОУ) не известно и используется априорная или расчетная информация об состоянии ОУ. Измерения выходных координат не проводятся.

Прямое управление ведется с большими некомпенсированными ошибками от воздействий возмущений и неточности знания характеристик УУ и ОУ системы

Управление с обратной связью

Система в этом случае имеет ОС по состоянию ОУ (значений координат ОУ). При этом проводятся измерения действительного значения управляемых координат ОУ(всех или части), которые сравниваются с желаемыми значениями. Разница используется для управления координатами ОУ с целью устранения этой разницы.

Управление, при котором управляющее воздействие вырабатывается с учётом измеренного фактического состояния ОУ, обусловленного предыдущем управлением называется управлением с обратной связью. Управление с ОС резко уменьшает влияние возмущений, повышает точность управления, однако, возникают проблемы с устойчивостью.

Пример прямого управления и управления с ОС.

Управление скоростью вращения диска (компакт диска).

Требуется постоянная заданная скорость вращения диска. Решение этой задачи на первый взгляд возможно путем настройки скорости вращения электродвигателя подбором регулирующего сопротивлении в его цепи возбуждения на специальном стенде при производстве данного устройства

Однако, в процессе эксплуатации сохранить эту настройку не представляется возможным из-за разброса питающего напряжения сети, изменения сопротивления вращения по причине нарастающего со временем износа. Введение системы управления скорости вращения диска с обратной связью позволяет стабилизировать скорость вращения с очень незначительной ошибкой, несмотря на колебания питающего напряжения и изменения сопротивления вращения из-за износа.

В теории управления принято системы управления представлять в виде структурных схем управления, где объект управления, датчики, управляющие устройства (исполнительные органы) изображаются в вид соответствующих прямоугольников и указываются связи между этими элементами.

Возмущения. Управление по возмущению.

Воздействие на ОУ или любой другой элемент системы затрудняющее управление или уводящее ОУ от цели управления (ошибки, отказы, помехи) – определяются как возмущения.

Изменение характеристик системы, вследствие неточного изготовления или износа, силовые воздействия (ветер), разброс питающего напряжения, разброс температуры- все это возмущения, действующие на систему.

Можно попробовать измерять действующие на систему возмущения, например, изменения напряжения в сети и учитывать их в разомкнутом управлении.

Однако, погрешности измерения возмущений, не полностью известный состав возмущений не позволят кардинальным образом повысит точность стабилизации скорости вращения диска.

Измерив возмущения возможно в УУ рассчитать компенсирующие эти возмущения воздействия. Но здесь отсутствует ОС по выходной переменной и выходная переменная по прежнему не измеряется.

Компенсация случайных и систематических погрешностей измерения возмущений в УУ позволяют только частично повысить точность управления. Неполная компенсация множества действующих возмущений приводит по прежнему к большим ошибкам в управляемой координате.