среда, 26 февраля 2014 г.

Конспект

Система управления — систематизированный (строго определённый) набор средств сбора сведений о подконтрольном объекте и средств воздействия на его поведение, предназначенный для достижения определённых целей. Объектом системы управления могут быть как технические объекты, так и люди. Объект системы управления может состоять из других объектов, которые могут иметь постоянную структуру взаимосвязей.
Системы управления с участием людей как объектов управления зачастую называют системами менеджмента.
Техническая структура управления — устройство или набор устройств для манипулирования поведением других устройств или систем.
Объектом управления может быть любая динамическая система или её модель. Состояние объекта характеризуется некоторыми количественными величинами, изменяющимися во времени, то есть переменными состояния. В естественных процессах в роли таких переменных может выступать температура, плотность определенного вещества в организме, курс ценных бумаг и т. д. Для технических объектов это механические перемещения (угловые или линейные) и их скорость, электрические переменные, температуры и т. д. Анализ и синтез систем управления проводится методами специального раздела математики — теории управления.
Структуры управления разделяют на два больших класса:
Автоматизированная система управления (АСУ) — с участием человека в контуре управления;
Система автоматического управления (САУ) — без участия человека в контуре управления.

Типы систем автоматического управления[править | править исходный текст]

Система автоматического управления, как правило, состоит из двух основных элементов — объекта управления и управляющего устройства.

По цели управления[править | править исходный текст]

Объект управления — изменение состояния объекта в соответствии с заданным законом управления. Такое изменение происходит в результате внешних факторов, например, вследствие управляющих или возмущающих воздействий.

Системы автоматического регулирования[править | править исходный текст]

  • Системы автоматической стабилизации. Выходное значение поддерживается на постоянном уровне (заданное значение — константа). Отклонения возникают за счёт возмущений и при включении.
  • Системы программного регулирования. Заданное значение изменяется по заранее заданному программному закону f. Наряду с ошибками, встречающимися в системах автоматического регулирования, здесь также имеют место ошибки от инерционности регулятора.
  • Следящие системы. Входное воздействие неизвестно. Оно определяется только в процессе функционирования системы. Ошибки очень сильно зависят от вида функции f(t).

Системы экстремального регулирования[править | править исходный текст]

Способны поддерживать экстремальное значение некоторого критерия (например, минимальное или максимальное), характеризующего качество функционирования данного объекта. Критерием качества, который обычно называют целевой функциейпоказателем экстремума или экстремальной характеристикой, может быть либо непосредственно измеряемая физическая величина (например, температуратокнапряжениевлажностьдавление), либо КПД,производительность и др.
Выделяют:
  • Системы с экстремальным регулятором релейного действия. Универсальный экстремальный регулятор должен быть хорошо масштабируемым устройством, способным исполнять большое количество вычислений в соответствии с различными методами.
    • Сигнум-регулятор используется как аналоговый анализатор качества, однозначно характеризующий лишь один подстраиваемый параметр систем. Он состоит из двух последовательно включенных устройств: Сигнум-реле (D-триггер) и исполнительный двигатель (интегратор).
    • Экстремальные системы с безынерционным объектом
    • Экстремальные системы с инерционным объектом
    • Экстремальные системы с плавающей характеристикой. Используется в случае, когда экстремум меняется непредсказуемым или сложно идентифицируемым образом.
  • Системы с синхронным детектором (экстремальные системы непрерывного действия). В прямом канале имеетсядифференцирующее звено, не пропускающее постоянную составляющую. Удалить или зашунтировать по каким-либо причинам это звено невозможно или неприменимо. Для обеспечения работоспособности системы используется модуляция задающего воздействия и кодирование сигнала в прямом канале, а после дифференцирующего звена устанавливают синхронный детектор фазы.

Адаптивные системы автоматического управления[править | править исходный текст]

Служат для обеспечения желаемого качества процесса при широком диапазоне изменения характеристик объектов управления и возмущений.

По виду информации в управляющем устройстве[править | править исходный текст]

Замкнутые САУ[править | править исходный текст]

В замкнутых системах автоматического регулирования управляющее воздействие формируется в непосредственной зависимости от управляемой величины. Связь выхода системы с его входом называется обратной связью. Сигнал обратной связи вычитается из задающего воздействия. Такая обратная связь называется отрицательной.

Разомкнутые САУ[править | править исходный текст]

Сущность принципа разомкнутого управления заключается в жёстко заданной программе управления. То есть управление осуществляется «вслепую», без контроля результата, основываясь лишь на заложенной в САУ модели управляемого объекта. Примеры таких систем: таймер, блок управления светофора, автоматическая система полива газона, автоматическая стиральная машина и т. п.
В свою очередь, различают:
  • Разомкнутые по задающему воздействию
  • Разомкнутые по возмущающему воздействию

Характеристика САУ[править | править исходный текст]

В зависимости от описания переменных системы делятся на линейные и нелинейные. К линейным относятся системы, состоящие из элементов описания, которые задаются линейными алгебраическими или дифференциальными уравнениями.
Если все параметры уравнения движения системы не меняются во времени, то такая система называется стационарной. Если хотя бы один параметр уравнения движения системы меняется во времени, то система называется нестационарнойили с переменными параметрами.
Системы, в которых определены внешние (задающие) воздействия и описываются непрерывными или дискретнымифункциями во времени, относятся к классу детерминированных систем.
Системы, в которых имеет место случайные сигнальные или параметрические воздействия и описываются стохастическими дифференциальными или разностными уравнениями, относятся к классу стохастических систем.
Если в системе есть хотя бы один элемент, описание которого задается уравнением частных производных, то система относится к классу систем с распределенными переменными.
Системы, в которых непрерывная динамика, порождаемая в каждый момент времени, перемежается с дискретными командами, посылаемыми извне, называются гибридными системами.

Примеры систем автоматического управления[править | править исходный текст]

В зависимости от природы управляемых объектов можно выделить биологические, экологические, экономические и технические системы управления. В качестве примеров технического управления можно привести:

Конспект

Киберне́тика (от др.-греч. κυβερνητική — «искусство управления»[1]) — наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных системах, будь то машиныживые организмы или общество.

Сфера кибернетики[править | править исходный текст]

Объектом кибернетики являются все управляемые системы. Системы, не поддающиеся управлению, в принципе, не являются объектами изучения кибернетики. Кибернетика вводит такие понятия, как кибернетический подход,кибернетическая система. Кибернетические системы рассматриваются абстрактно, вне зависимости от их материальной природы. Примеры кибернетических систем — автоматические регуляторы в технике, ЭВМ, человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество. Каждая такая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов (элементов системы), способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею. Кибернетика разрабатывает общие принципы создания систем управления и систем для автоматизации умственного труда. Основные технические средства для решения задач кибернетики — ЭВМ. Поэтому возникновение кибернетики как самостоятельной науки (Н. Винер, 1948) связано с созданием в 40-х гг. XX века этих машин, а развитие кибернетики в теоретических и практических аспектах — с прогрессом электронной вычислительной техники.
Кибернетика является междисциплинарной наукой. Она возникла на стыке математики, логики, семиотики, физиологии, биологии, социологии. Ей присущ анализ и выявление общих принципов и подходов в процессе научного познания. Наиболее весомыми теориями, объединяемыми кибернетикой, можно назвать следующие:
Кроме средств анализа, в кибернетике используются мощные инструменты для синтеза решений, предоставляемые аппаратами математического анализалинейной алгебрыгеометрии выпуклых множествтеории вероятностей иматематической статистики, а также более прикладными областями математики, такими как математическое программированиеэконометрикаинформатика и прочие производные дисциплины.
Особенно велика роль кибернетики в психологии труда и таких ее отраслях, как инженерная психология и психологияпрофессионально-технического образования. Кибернетика — наука об оптимальном управлении сложными динамическими системами, изучающая общие принципы управления и связи, лежащие в основе работы самых разнообразных по природе систем — от самонаводящих ракет-снарядов и быстродействующих вычислительных машин до сложного живого организма. Управление — это перевод управляемой системы из одного состояния в другое посредством целенаправленного воздействия управляющего. Оптимальное управление — это перевод системы в новое состояние с выполнением некоторого критерия оптимальности, например, минимизации затрат времени, труда, веществ или энергии.Сложная динамическая система — это любой реальный объект, элементы которого изучаются в такой высокой степени взаимосвязи и подвижности, что изменение одного элемента приводит к изменению других.

Направления[править | править исходный текст]

Кибернетика — более раннее, но всё ещё используемое общее обозначение для многих предметов. Эти предметы также простираются в области многих других наук, но объединены при исследовании управления системами.

Чистая кибернетика[править | править исходный текст]

Чистая кибернетика, или кибернетика второго порядка изучает системы управления как понятие, пытаясь обнаружить основные её принципы.
ASIMO использует датчики и интеллектуальные алгоритмы, чтобы избежать препятствий и перемещаться по лестнице

В биологии[править | править исходный текст]

Кибернетика в биологии — исследование кибернетических систем в биологических организмах, прежде всего сосредотачиваясь на том, как животные приспосабливаются к их окружающей среде, и как информация в форме генов передаются от поколения к поколению. Также имеется второе направление — киборги.
Термический снимок холоднокровноготарантула на теплокровной руке человека

Теория сложных систем[править | править исходный текст]

Теория сложных систем анализирует природу сложных систем и причины, лежащие в основе их необычных свойств.
Способ моделирования сложной адаптивной системы

В вычислительной технике[править | править исходный текст]

В вычислительной технике методы кибернетики применяются для управления устройствами и анализа информации.

среда, 19 февраля 2014 г.

Управление и кибернетика. Управление с обратной связью

1. В приведённом ниже списке найдите соответствие между управляющим и управляемым объектами и заполните таблицу: оркестр, лошадь, тренер, наездник, актёр, дирижёр, водитель, режиссёр, спортсмен, автобус.

Управляющий объект
Управляемый объект
тренер
спортсмен
наездник
лошадь
дирижер
оркестр
водитель
автобус
режиссер
актер


 
2. Первоклассник пришёл домой и увидел, что мама оставила ему записку с информацией о том, как разогреть обед:
- открой холодильник,
- достань из холодильника жёлтую кастрюлю,
- поставь кастрюлю на газовую плиту,
- зажги газ,
- подожди 5 минут,
- выключи газ,
- налей из кастрюли суп в тарелку.
К какому типу относится данный алгоритм (с обратной связью или без обратной связи?) Поясните свой ответ.


Это тип без обратной связи, так как первоклассник не смотрит на то, чтобы действие было выполнено. Например, поставить суп на газовую плиту на 5 минут, но это не значит, что суп будет теплый.





3. Внесите изменения в алгоритм, приведённый в задаче 2, таким образом, чтобы мама предусмотрела следующие ситуации, когда: а) в холодильнике две жёлтых кастрюли, б) дома нет спичек и нечем зажечь газ, в) газ вообще отключен из-за аварии, г) часы остановились.
1)    Открой холодильник
2)    Достань из холодильника желтую кастрюлю, в которой суп
3)    Зажги газ
4)    Поставь на плиту на 5 минут
5)    Убери с плиты суп
6)    Выключи газ
7)    Налей суп в тарелку
8)    Если нет спичек, сразу налей суп в тарелку
9)    Поставь в микроволновку на 5 минут
10) Вытащи из микроволновки







4. Приведите примеры использования встроенных в бытовые приборы микропроцессоров (3-4 примера).
Стиральная машина, пылесос, обогреватель, холодильник.





5. Какие из приведённых ниже систем относятся к САУ, а какие  - к АСУ:
- система противопожарной сигнализации,
- компьютеризированная система «Метеоролог»,
- компьютеризированная система управления предприятием,
- станок с числовым программным управлением,
- «автопилот» в самолёте,
- компьютеризированная система управления электроснабжением.
АСУ:
- компьютеризированная система «Метеоролог»
- компьютеризированная система управления предприятием
- станок с числовым программным управлением

САУ:
- система противопожарной сигнализации
- «автопилот» в самолёте
- компьютеризированная система управления электроснабжением.