Понятие системы управления

Системы управления (регулирования) используются в различных областях народного хозяйства: в энергетике, металлургии, химии, машиностроении и других областях, включая сельское хозяйство, а также бытовую аппаратуру. Роботы, робототехнические системы и комплексы вообще немыслимы без систем управления.

Системой управления называется система, которая служит для обеспечения требуемой функциональной связи между вектором (сигналом) управления и вектором (сигналом) состояния объекта (процесса) посредством их сравнения. Любая система управления (регулирования) состоит из трех основных частей: управляющего блока (регулятора), объекта управления (процесса) и сравнивающего (чувствительного) элемента. На рис. 1.1. показана простая одноконтурная система управления, где ЗД – задатчик; СЭ – сравнивающий элемент; Р – регулятор (управляющий блок); объект регулирования (управления); − задающее воздействие; − ошибка регулирования; − регулирующее воздействие; − выходная регулируемая величина; − сигнал главной (отрицательной) обратной связи; и − внешние возмущения.

Рис. 1.1. Структурная схема системы управления

В исходном состоянии и ошибка регулирования (с учетом зоны нечувствительности регулятора). При изменении выходной величины на , на входе регулятора изменяется на величину (так как ). Регулятор отрабатывает возникшее рассогласование и возвращает выходное значение в заданное .

Согласно ГОСТу такие системы (без участия человека) называются автоматическими системами регулирования (управления) — АСР и АСУ, а с участием оператора - автоматизированными.

АСР и АСУ могут быть аналоговыми, цифровыми и гибридными. В настоящее время для управления технологическими процессами широко используются микропроцессорные системы управления. Однако на действующих предприятиях большинство составляют электронные аналоговые АСР, которые еще длительное время будут оставаться в качестве основных систем. В большинстве случаев такие системы уже не справляются с задачами качественного ведения технологических процессов, требования к которым значительно возросли. Что касается робототехнических систем управления, то, несмотря на то, что они строятся на базе микропроцессорной техники, алгоритмы управления являются примитивными, когда речь идет о программируемых роботах 1-го и 2-го поколений.

Большинство технологических объектов работают в условиях внутренних и внешних возмущений. Особенно трудным становится управление при изменении нагрузки, когда процесс претерпевает сильные изменения. В таких условиях параметры регулятора должны подстраиваться, то есть оптимизироваться с целью получения высококачественного управления (точность и быстродействие при технологических ограничениях).

Наилучшим выходом из таких ситуаций является разработка и внедрение таких систем, которые способны сами определять, как и каким образом изменяются параметры объекта (производить количественную и качественную оценку параметров), и производить самонастройку параметров регулятора (блока управления) в соответствии с заданным критерием качества. Таким образом, речь идет о создании приспосабливающихся АСР (АСУ), которые принято называть адаптивными и адаптивными оптимальными.