Основні поняття автоматичного керування
Теорія автоматичного керування (ТАК) з'явилася в другій половині
19 століття, спочатку як теорія регулювання. Широке застосування парових машин викликало потребу в регуляторах, тобто в спеціальних пристроях, що підтримують стійкий режим роботи парової машини. Це дало початок науковим дослідженням в області керування технічними об'єктами. Виявилося, що результати й висновки даної теорії можуть бути застосовні до керування об'єктами різної природи з різними принципами дії. У цей час сфера її впливу розширився на аналіз динаміки таких систем, як економічні, соціальні й т.ін. Тому колишня назва “Теорія автоматичного регулювання” замінена на більш широку – “Теорія автоматичного керування”.
Керування будь яким об'єктом (ОК) є вплив на нього з метою досягнення необхідних станів або процесів. У якості ОК може служити літак, верстат, електродвигун, система освітлення і та ін. Керування об'єктом за допомогою технічних засобів без участі людини називається автоматичним керуванням. Сукупність ОК й засобів автоматичного керування називається системою автоматичного керування (САК).
Основним завданням автоматичного керування є підтримка певного закону зміни однієї або декількох фізичних величин, які характеризують процеси, що протікають в ОК, без особистої участі людини. Ці величини називаються керованими величинами. Якщо в якості ОК розглядається хлібопекарська піч, то керованою величиною буде температура, що повинна змінюватися по заданій програмі відповідно до вимог технологічного процесу. Якщо в якості ОК розглядати освітлювальну установку, то керованою величиною є освітленість Е, яка повинна змінюватися у відповідності до вимог людини.
Структура системи – це сукупність її елементів і зв'язків між ними, по яким можуть проходити сигнали й впливи.
Сигнали, подані елементами системи, можуть надходити за межі системи, у цьому випадку вони називаються вихідними сигналами системи. У свою чергу, на елементи можуть надходити сигнали ззовні системи, вони називаються вхідними. Аналогічним образом визначаються вхідні й вихідні впливи.
Входами називаються елементи системи, до яких прикладені вхідні впливи або на які надходять вхідні сигнали.
Вхідними показниками називаються ті показники системи, які змінюються в результаті вхідного впливу або сигналу.
Виходами називаються елементи системи, які здійснюють вплив або передають сигнал в іншу систему.
Вихідними показниками називаються ті показники системи, зміни яких викликають вихідний вплив або вихідний сигнал, або самі є таким впливом або сигналом.
Функціонування системи – це прояв функцій системи в часі, який означає перехід системи з одного стану в інший, тобто рух у просторі станів.
Керування – це такий вхідний вплив або сигнал, у результаті якого система працює з заданими характеристиками за заданим образом. Звичайне керування спрямоване на те, щоб система перебувала у стаціонарному режимі (рівноважному або періодичному). Керування завжди має певну мету. Звичайно вона формулюється як обмеження на безліч можливих станів системи, або який-небудь показник системи, який потрібно підтримувати в заданих межах, або максимізувати. Якщо відома залежність зазначеного показника від вхідних впливів на систему, або її стану, то він називається цільовою функцією.
Для здійснення процесу керування потрібна наявність як мінімум трьох елементів:
- об'єкту керування;
- органу керування;
- виконавчого органу.
Об'єкт керування - це технічний пристрій або технологічний процес, деякі фізичні величини якого підтримуються незмінними або підлягають цілеспрямованим змінам.
Орган керування - це система, на вхід якої надходять сигнали про стан керованого об'єкта й середовища, а на виході - сигнал необхідний у даній ситуації керуванні.
Виконавчий орган - це система, на вхід якої надходить сигнал про необхідне керування, а на виході виробляється керуючий вплив на керований об'єкт.
Керуючий вплив формується регулятором і прикладається до об'єкта керування для того, щоб останній перейшов у потрібний стан. Отже завдання керування й полягають у формуванні керуючого впливу.