Система автоматичного керування
Систе́ма автомати́чного керува́ння (САК) — сукупність керованого об’єкта й автоматичних вимірювальних і керуючих пристроїв, яка без участі людини формує певні впливи на об’єкт керування (технологічний процес або установку), необхідних та достатніх для одержання цілеспрямованого його функціонування із заданою точністю.
Зміст
Історична довідка
Автоматичні системи керування розроблено понад 2000 років тому. Вважають, що першим відомим пристроєм керування зі зворотним зв’язком був водяний годинник Ктесібія (285–222) в м. Александрії близько 3 ст. до н. е. Автоматичні пристрої використовували протягом століть для виконання корисних завдань та розваг. У Європі в 17–18 ст. були популярними автомати з фігурами, які танцювали, повторюючи одні й ті ж рухи; ці автомати є прикладами керування без циклу. У 1620-х винахідник К. Дреббель (1572–1633; Нідерланди) винайшов пристрій зворотного зв’язку (автоматичного керування замкнутого циклу), що містив регулятор температури печі. 1799 Дж. Ватт аналогічний пристрій із відцентровим термостатом використав для регулювання швидкості парових двигунів.
1868 Дж. К. Максвелл пояснив нестабільність роботи регулятора, використовуючи диференціальні рівняння для опису системи керування, чим продемонстрував важливість математичних моделей і методів для розуміння складних явищ. Це заклало підвалини математичного керування та теорії систем.
Упродовж 20 ст. значних успіхів набула теорія автоматичного керування. Нові математичні методи містили розробки у сфері оптимального керування в 1950-х і 1960-х, прогрес у стохастичних, стійких, адаптивних, нелінійних методах управління — у 1970-х і 1980-х.
У 21 ст. досягнення в електронних і комп’ютерних технологіях уможливлюють управління все складнішими динамічними системами.
Операції
Автоматичне керування включає 3 групи дій (операцій):
- збирання інформації про стан об’єкта керування та / або зовнішні впливи;
- формування керувальних впливів;
- реалізацію керувальних впливів.
Класифікація та основні різновиди САК
Автоматичні системи керування класифікують за ознаками:
- інформативним принципом;
- кількістю керованих параметрів і контурів;
- виглядом статичних та динамічних характеристик;
- структурними особливостями тощо.
Відповідно до інформативного принципу виокремлюють системи з повною і неповною початковою інформацією (кібернетичні, або інтелектуальні). Перші називають звичайними. Вони мають початкову інформацію, достатню для розв’язання поставленого завдання на період усього часу роботи системи. САК із неповною (нечіткою) початковою інформацією для розв’язання поставлених завдань повинні у процесі роботи діставати додаткову інформацію, аналіз якої дає змогу сформувати потрібні команди керування. Серед таких САК за зростанням ступеня інтелектуальності виділяють системи із нечітким контролером, гібридні нечіткі, адаптивні нечіткі. Найбільш перспективним є розроблення інтелектуальних САК, побудованих на базі нечітких нейронних мереж, що дозволяє поєднувати методи роботи з нечіткою інформацією і знаннями зі здатністю систем до самостійної адаптації.
Звичайні САК за принципом керування і особливостями функціонування поділяють на 2 основні групи:
- замкнуті відносно вихідної (керованої) величини (діють на основі принципу керування за відхиленням керованої величин);
- розімкнуті відносно тієї ж величини (базуються на принципі керування за збуренням).
Статичні й астатичні САК виокремлюють за властивостями об’єкта керування: статичні володіють властивостями самовирівнювання, астатичні ними не володіють.
Одно- та багатовимірні САК. Ця ознака передбачає виділення класів систем за кількістю вихідних змінних об’єкта керування. Виокремлюють 2 підкласи багатовимірних систем:
- системи незв’язаного регулювання (коли є кілька регульованих координат х і відповідних автоматичних регуляторів, які не зв’язані між собою і утворюють сепаратні контури, тоді як регульовані координати можуть бути зв’язаними через об’єкт);
- системи зв’язаного регулювання (коли автоматичні регулятори для різних координат х об’єднані додатковими зв’язками, за рахунок чого досягається автономність регулювання за окремими каналами).
Лінійні та нелінійні САК. Лінійні можна описати лінійними залежностями. Для таких систем виконується принцип суперпозиції (накладання): реакція системи на будь-яку комбінацію зовнішніх діянь дорівнює сумі реакцій на кожне з них, прикладених окремо. Це відповідає адитивній функції: x(U, Z) = x(U) + x(Z). До складу нелінійних входить хоча б один елемент із нелінійними характеристиками. Для спрощення задач аналізу і синтезу часто виконують лінеаризацію нелінійних характеристик, що дає можливість замінити реальну нелінійну систему еквівалентною лінійною (лінеаризованою).
Стаціонарні й нестаціонарні САК. У стаціонарних системах параметри та характеристики не змінюються з часом. Динаміку таких систем описують диференціальними рівняннями з постійними коефіцієнтами.
У нестаціонарних системах характеристики та параметри змінюються з часом, а поведінку їх в динаміці описують диференціальними рівняннями із змінними коефіцієнтами, значення яких залежить від часу. У процесі дослідження цих систем необхідно враховувати не лише величину збурення, а й темпоральний момент його прикладання.
САК неперервної та дискретної дії. У системах неперервної дії (аналогових) усі сигнали є неперервними функціями часу. Системи дискретної дії (дискретні) містять елементи, що перетворюють неперервні сигнали в стрибкоподібні або в послідовність імпульсів.
Екстремальні, адаптивні та оптимальні САК. У системах керування функціонують об’єкти, статичні характеристики яких можуть мати точку екстремуму, в якій досягаються найвищі техніко-економічні показники роботи. За допомогою спеціальних керуючих дій САК підтримує режим роботи об’єкта навколо екстремальної точки, яка змінює своє положення з часом. Такі системи називають екстремальними. Адаптивні системи мають властивість пристосовування до змінюваних характеристик зовнішнього середовища та параметрів об’єкта. Це відбувається за рахунок змінювання структури системи та (чи) параметрів окремих її частин. Оптимальні системи призначені для досягнення найкращих результатів роботи протягом певного часу у відповідності з критерієм оптимальності (керування) в конкретних умовах з урахуванням існуючих ресурсів та обмежень.
Значення
САК застосовують для виконання операцій, що не можуть бути здійснені людиною у зв’язку з необхідністю перероблення значної кількості інформації в обмежений час; підвищення продуктивності праці; забезпечення необхідної якості й точності регулювання; звільнення людини від керування системами в умовах відносної недоступності чи небезпечними для здоров’я. Застосування методології керування уможливило технічний прогрес на етапі 5-го технологічного устрою, зокрема, космічні подорожі та супутники зв’язку, безпечніші та ефективніші літаки, чистіші автомобільні двигуни та ефективніші хімічні процеси тощо.
Додатково
Див. також Система автоматичного керування_Простір знань.
Джерела
- ДСТУ 2226-93 Автоматизовані системи. Терміни та визначення. Київ : Український науково-дослідний і навчальний центр проблем стандартизації, 1994. 92 с.
Література
- Енциклопедія кібернетики : в 2 т. / Відп. ред. В. М. Глушков. Київ : Головна редакція української радянської енциклопедії, 1973.
- Bennett St. A History of Control Engineering, 1930–1955. Stevenage : Peter Peregrinus ; Institution of Electrical Engineers, 1993. 250 p.
- Іванов А. О. Теорія автоматичного керування. Дніпропетровськ : Національний гірничий університет, 2003. 250 с.
- Kilian Chr. Modern Control Technology. 3rd ed. Boston : Cengage, 2005. 672 p.
- Zankl A. Milestones in Automation: From the Transistor to the Digital Factory. Erlangen : Publicis Corporate Publishing, 2006. 248 p.
- Попович М. Г., Ковальчук О. В. Теорія автоматичного керування. 2-ге вид., перероб. і допов. Київ : Либідь, 2007. 656 с.
- Franklin G., Powell J., Emami-Naeini A. Feedback Control of Dynamic Systems. 8th ed. Harlow : Pearson, 2020. 924 p.
Автор
Покликання на цю статтю: Білецький В. С. Система автоматичного керування // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Система автоматичного керування (дата звернення: 13.05.2024).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 15.12.2023
Важливо!
Ворог не зупиняється у гібридній війні і постійно атакує наш інформаційний простір фейками.
Ми закликаємо послуговуватися інформацією лише з офіційних сторінок органів влади.
Збережіть собі офіційні сторінки Національної поліції України та обласних управлінь поліції, аби оперативно отримувати правдиву інформацію.
Отримуйте інформацію тільки з офіційних сайтів
Офіс Президента України
Верховна Рада України
Кабінет Міністрів України
Служба безпеки України
Міністерство оборони України
Міністерство внутрішніх справ України
Національна поліція України
