и иг-

.X, и

Рис. 1.1

ключения). Различные аспекты этих видов операций рассмат-. рившотся в теории переключающих устройств и отчасти в теории расписаний, составляющих предмет других курсов.

Другая группа операций связана с контролем за координатами с целыо установления, не вышли ли они за допустимые границы. Эта группа операций состоит в измерении значений координат и выдаче результатов измерения & удобной длячело. века-оператора форме. Операции этой группы рассматриваются в теории автоматического контроля.

Для правильного и высококачественного ведения процесса некоторые из его координат - управляемые координаты - должны поддерживаться в определенных границах или изменяться по определенному закону. Поэтому третью группу операций управления - операции по поддерживанию заданного закона изменения координат - изучают в теории автоматического управления, которой посвящена эта книга.

Необходимость в управлении значениями координат возникает в том случае, когда нормальный ход процесса нарушается из-за различного рода возмущений, т. е. колебаний нагрузки, воздействий внешней среды или внутренних помех.

Пусть X = {xi, JCg, л; ) - совокупность управляемых координат процесса. В схеме, изображенной нарис. 1.1, а, б, объект представлен прямоугольником, а управляемые координаты, или, как их часто назыв ают, выходные величины объекта, - одиночными стрелками, если они Скалярные величины Хх, Xi,..., или двойными при изображении вектора х. На схеме показаны также возмущающие воздействия z = {z, Zi, г,} и управляющие воздействия и = {щ, щ, Um), прикладываемые к управляющему органу объекта УО, с помощью которого можно изменять координаты х. Величины х, и и Z в зависимости от природы объекта связаны различными математическими зависимостями. В общем случае

x = A(z,u), (I.I)

где А - оператор, определяющий вид зависимости.

в простейшем случае, когда это обычная функциональная зависимость

x=F(z,u). (1.2)

объект называют статическим или безынерционным, а зависимость (1.2) или ее графическое изображение - с/пйтыческой характеристикой объекта (рис. 1.1, в).

Если объект обладает инерцией, то изменения координат под воздействием возмуш,ений z или управлений и происходят не мгновенно и в этом случае объект назьюают динамическим. Величины X, U и Z в динамических объектах связаны дифференциальными, интегральными или разностными уравнениями.

Изменения координат в нормальном требуемом ходе процесса определяются совокупностью правил, предписаний или математических зависимостей, называемой алгоритмом фун-ционирования системы. Алгоритм функционирования составляется на основании технологических, экономических и других требований без учета динамических искажений. В теории автоматического регулирования алгоритм функционирования считают заданньм.

Алгоритм управления будет зависеть как от алгоритма функционирования, так и от динамических свойств системы.

§ 1.2. Фундаментальные принципы управления

Зная статические и динамические свойства управления системы, можно построить математическую модель системы и найти такой алгоритм управления, который обеспечивает заданный алгоритм функционирования при известных, заданных воздействиях. Однако модель всегда приближенно выражает свойства оригинала, а возмущающие воздействия могут изменяться не известньм заранее образом, поэтому и при найденном алгоритме управления фактическое поведение системы будет отличаться от желаемого, определяемого алгоритмом функционирования.

Чтобы приблизить поведение к требуемому, алгоритм управления нужно увязать не только со свойствами системы и алгоритмом функционирования, но и с фактическим функционированием системы.

В основе построения системы автоматического управления лежат некоторые общие фундаментальные принципы управле-

Рис. 1.2

ния, определяющие, каким образом осуществляется увязка алгоритмов функционирования и управления с фактическим функционированием или причинами, вызывающими отклонение функционирования от заданного. В настоящее время в технике известны и используют три фундаментальных принципа: разомкнутого управления, компенсации и обратной связи.

Принцип разомкнутого управления. Сущность принципа состоит в том, что алгоритм управления вырабатьтается только на основе заданного алгоритма функционирования и не контролируется другими факторами - возмущениями или выходными координатами процесса. Общая функциональная схема системы показана на рис. 1.2, а. Задание лго (О алгоритма функционирования может вырабатываться как специальным техническим устройством - задатчиком программы 1, так и выполняться заранее при проектировании системы и затем непосредственно использоваться при конструировании управляющего устройства 2. В последнем случае блок I на схеме отсутствует. В обоих случаях схема имеет вид разомкнутой цепочки, в которой основное воздействие передается от входного эле-,мента к выходному элементу 3, как показано стрелками. Это и дало основание названию принципа. Близость л; и лго в разомкнутых системах обеспечивается только конструкцией и подбором физических закономерностей, действующих во всех элементах .

Несмотря на очевидные недостатки, этот принцип используют очень широко. Элементы, представляемые разомкнутой цепью, входят в состав любой системы, поэтому принцип пред-г.тян.пдртря-няс.тодымм11(й)йМм. ЧТО его не всегда выделяют как