Теория автоматического управления — это научная дисциплина, предметом изучения которой выступают информационные процессы, происходящие в системах управления техническими и технологическими объектами.
Автоматические системы
Непременным условием технического прогресса считается автоматизация процессов управления, заключающаяся в использовании специальных технических средств, которые освобождают людей от непосредственного участия в этих процессах. Необходимость автоматизации обуславливается ограниченными физическими возможностями людей по восприятию и обработке значительных информационных объемов на большой скорости, что требуется, например, при решении задач по управлению современной авиационной техникой.
Научной базой автоматизации считается кибернетика, которая является наукой об управлении и связи живых организмов, машин и общества. Общие законы управления и связи в машинах исследуются технической кибернетикой. Составным компонентом технической кибернетики выступает автоматика, то есть, отрасль науки, которая охватывает теорию автоматического управления, а также принципы формирования автоматических систем и образующих их технических средств. Главной задачей автоматики является построение самых лучших, при определенных условиях, систем управления, что считается задачей синтеза, а также в изучении свойств этих систем, что считается задачей анализа.
В передовых радиотехнических устройствах разного предназначения и системах радиоуправления повсеместно используются автоматические системы, именуемые радиоэлектронными автоматическими системами. Отличительной чертой таких систем может считаться тот факт, что в них переносчиком управляющей информации выступает радиосигнал в непрерывной или импульсной форме. В радиосигналах должна содержаться требуемая информация, которая обеспечивает работу автоматических систем. Радиоэлектронные автоматические системы способны извлекать необходимую информацию за счёт автоматического измерения параметров радиосигналов, а именно, амплитуды, частоты и фазы радиосигналов, направления и времени их поступления. Самыми важными радиоэлектронными системами считаются системы автоматического регулирования усиления (АРУ), системы автоматического слежения за частотой (АЧС), и фазой, системы автоматического слежения за направлением прихода радиосигнала (АСН), системы автоматического слежения за временем прихода импульсов (АСВ). В настоящее время применяются радиоэлектронные автоматические системы, выполненные как на аналоговой, так и на цифровой основе.
Основы теории автоматического управления
Любой процесс управления подразумевает наличие цели управления, объекта управления и управляющего им устройства. Целью управления является итоговый результат, который следует получить в процессе управления или по его завершении. Объектом управления является устройство, реализующее технический процесс, при наличии специально организованного управления, которое позволяет достичь цели управления.
Управляющим устройством является устройство, которое осуществляет воздействие на объект управления, чтобы достичь поставленной цели управления. Обычно это набор устройств, которые включают в свой состав измерительные модули, усилительные и преобразовательные устройства, а также исполнительные устройства.
Объект управления и управляющее устройство, которые взаимодействуют друг с другом, составляют систему управления. В каждом процессе автоматического управления можно выделить следующие основные этапы:
- Получение информации о задаче управления.
- Получение информации о результатах управления.
- Выполнение анализа поступающей информации.
- Осуществление воздействие на управляемый объект.
Чтобы реализовать процесс управления, система управления должна обладать:
- Источниками информации о задаче управления.
- Источниками информации о результатах управления, то есть, разными датчиками, измерительными устройствами, детекторами и так далее.
- Устройствами для анализа поступающей информации и формирования решения.
- Исполнительными устройствами, воздействующими на объект управления, которые могут содержать регуляторы, двигатели, усилительно-преобразующие устройства и так далее.
В случае, когда система управления (СУ) имеет в своём составе все перечисленные выше компоненты, она считается замкнутой. Управление техническим объектом с применением информации об итоговых результатах управления именуется принципом обратной связи.
В общем виде структура системы управления представлена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Структура системы управления. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Когда система управления обладает приведённой выше структурной схемой и способна работать без участия человека, то она именуется системой автоматического управления (САУ). Если система управления работает с непосредственным участием людей, то такая система именуется автоматизированной системой управления.
Когда управление реализует требуемый закон изменения объекта во времени вне зависимости от результатов управления, то значит данное управление осуществляется по разомкнутому циклу, а сам принцип управления именуется программным управлением. К числу систем, которые работают в разомкнутом цикле, можно отнести промышленные автоматы (конвейерные линии, роторные линии и т.д.), станки с числовым программным управлением (ЧПУ) и так далее.
Автоматические системы управления делятся на следующие типы:
- Системы автоматического управления (САУ).
- Системы автоматического регулирования (САР).
- Следящие системы (СС).
Автоматическая система управления, которая обеспечивает постоянство какой-нибудь физической величины или набора величин в объекте управления является системой автоматического регулирования (САР). Системы автоматического регулирования считаются самым распространенным типом систем автоматического управления.
