Рис. 1. Система управления и ее элементы
Субъекты и объекты управления. В каждой стране как хозяйственная, так и нехозяйственная (военная, религиозная, спортивная и пр.) деятельность общества сознательно управляются. Суть всякого управления состоит в организации и реализации целенаправленного воздействия на объект управления и представляет собой процесс выработки и осуществления операции воздействия на объект в целях перевода его в новое качественное состояние или поддержания в установленном режиме. Субъект управления – это тот, кто управляет. Объект управления – это тот, кем управляют.
Под объектом управления (ОУ) понимается любой объект или процесс, выделенный из окружающего нас мира (среды) по определенным признакам (коллектив людей, производственная организация, технологическое устройство и пр.) и представляющий собой динамическую систему произвольной природы, изменяющую свое состояние под влиянием внешних воздействий. Для достижения определенных желаемых результатов функционирования ОУ необходимы и допустимы специально организованные воздействия. В зависимости от свойств и назначения объектов управления могут быть выделены технические, технологические, экономические, организационные, социальные и другие объекты и комплексы объектов.
Объект управления выделяется из окружающей среды таким образом, чтобы выполнялись минимум два условия:
- на объект можно воздействовать,
- это воздействие изменяет его состояние в определенном направлении (желательно, в нужном для нас).
Внешние связи объекта управления показаны на рис. 1.1.1, где Х – канал воздействия среды на объект, Y – канал воздействия объекта на среду, U – канал воздействия управления на объект. Понятие "воздействие" в теории управления рассматривается в информационном смысле.
Управление – это процесс, обеспечивающий необходимое при использовании по целевому назначению протекание технологических процессов преобразования энергии, вещества и информации, поддержание оптимальной работоспособности и безаварийности функционирования объекта путем сбора и обработки информации о состоянии объекта и внешней среды, выработки решений о воздействии на объект и их исполнении. Процесс управления подразумевает наличие умения и способности создавать целенаправленное воздействие на объект. Алгоритм управления, это инструкция о том, как добиваться поставленных задач (целей) управления в различных ситуациях. К наиболее часто встречающимся на практике задачам управления, определяющим соответствующие алгоритмы управления, относятся следующие:
Стабилизация объекта - поддержание постоянной величины y(t), равной заданному значению. Например, стабилизация скорости вращения генератора переменного тока.
Программное управление - изменение выходной величины по заданному закону (правилу, программе). Например, изменение тяги двигателей ракеты для движения по заранее рассчитанной траектории; управление токарным станком с числовым программным управлением при изготовлении определенных деталей.
Следящее управление – изменение выходной величины путем слежения за произвольно изменяемым во времени входным управляющим воздействием. Например, управление самонаводящихся ракет-перехватчиков.
Изменение выходной величины по заранее неизвестному закону (правилу). Например, изменение цены товара в магазине в зависимости от спроса и цены аналогичных товаров в ближайших окрестностях.
Рис.1.1.2. Система управления.
Операция управления реализуется управляющим устройством (УУ). Обобщенная структура взаимодействия управляющего устройства с объектом управления, образующая систему управления, приведена на рис. 1.1.2. Управляющее устройство системы на основании задающего воздействия g(t), определяющим закон (алгоритм) управления выходной величины объекта управления, вырабатывает управляющее воздействие u(t) на ОУ и поддерживает на заданном уровне или изменяет по определенному закону на выходе ОУ выходную величину y(t). На ОУ могут действовать внешние возмущающие воздействия x(t). Выделяют основные возмущения, существенно влияющие на регулируемую величину, и помехи (шумы), имеющие статистический характер и изменяющие u(t) в допустимых границах (по значению или по точности). Основные возмущения, как правило, в определенной степени учитываются (компенсируются) управляющим устройством. Система может иметь обратную связь уос(t) с выхода ОУ на вход УУ, которая при формировании сигнала управления u(t) учитывает предшествующие значения (состояния) y(t). Системы с обратной связью называют замкнутыми системами, без обратной связи – разомкнутыми.Типовая функциональная схема системы управления приведена на рис. 1.1.3. Цель и алгоритм управления по отношению к системе имеют внешний характер, так как определяются не данной системой, а системой (субъектом управления) с более высоким уровнем иерархии. При этом цель имеет универсальный характер, регламентирующий управление, так как охватывает как системы с заранее известным алгоритмом управления, так и системы, в которых управляющие воздействия формируются только на основе знания цели.
САУ производственных процессов, как правило, представляют собой замкнутую структуру. Выходной величиной ОУ САУ является обычно главный технологический параметр объекта (скорость, мощность, и т.п.).
3.1. Определение понятия «система»
Управление представляет элемент или функцию всех организованных
систем. Оно необходимо организованным системам, чтобы, во-первых,
сохранить свою организованность и, во-вторых, чтобы выполнять присущие
им функции.
Поэтому в организованных системах решаются два типа задач управления:
- задачи управления внутренней организацией системы и
- задачи управления ее функционированием.
Для решения этих задач система должна располагать соответствующими
органами, ответственными как за управление ее функционированием, так и
за поддержание системы в устойчивом, работоспособном состоянии.
Таким образом, управление может осуществляться только в том случае, если
существует реально действующая система, являющаяся органичной частью
организации, которую называют системой управления.
В общем виде систему управления можно представить состоящей из двух подсистем:
- управляющей (субъекта или органа управления) и
- управляемой (объекта управления),
которые связаны между собой информационными потоками.
Противоречие между субъектом и объектом является движущим началом управления и составляет его сущность.
Система управления – это совокупность управляемого объекта и органа
управления, действие которого направлено на поддержание или улучшение
работы объекта, это система, в которой реализуются функции управления.
Задача управления состоит в преобразовании внешнего воздействия на
объект управления в управляющее воздействие таким образом, чтобы на
выходе объекта управления было некоторое желаемое состояние.
