Теорія автоматичного керування
Тео́рія автомати́чного керува́ння (ТАК) — розділ кібернетики, що вивчає і описує загальні закономірності функціонування систем автоматичного керування (САК).
Зміст
Характеристика
Предмет досліджень
ТАК досліджує статичні і динамічні характеристики класичних елементів САК, виділяючи типові ланки — пропорційні (підсилювальні), аперіодичні (інерційні), коливальні, інтегру вальні, диференціюючі, ланки транспортного запізнення.
Математичний опис САК виконують за допомогою диференційних рівнянь. Їх приводять до алгебраїчної форми із застосуванням Лапласа перетворення.
У процесі дослідження, зокрема, знаходять:
- перехідну функцію — реакцію САК і її ланок на одиничний сходинковий сигнал;
- вагову функцію — реакцію САК і її ланок на одиничний імпульс;
- передавальну функцію — відношення перетворення Лапласа вихідного сигналу до перетворення Лапласа вхідного за нульових початкових умов і нульових зовнішніх збурень;
- амплітудно-фазову частотну характеристику (АФЧХ) САК і її ланок.
АФЧХ — лінія, що з’єднує кінці радіус-векторів, довжина яких дорівнює відношенню амплітуд вихідної і вхідної величин, а кут, утворений з додатним напрямком дійсної осі дорівнює різниці фаз вихідної і вхідної величин для частот, що змінюються від нуля до нескінченності. АФЧХ дає повну інформацію про реакцію САК і її ланок на неорганізований стохастичний вхідний сигнал.
Методологія
Регулятори звичайних САК реалізують такі основні закони керування: пропорційний, інтегральний, пропорційно-інтегральний, пропорційно-інтегрально-диференціальний, а також пропорційно-диференціальний закон регулювання.
Роботоздатність звичайної САК оцінюють за її стійкістю (здатністю не допускати нескінченного відхилення регульованої величини від заданого значення за будь-якого реального збурення у системі), для перевірки якої застосовують алгебраїчні та графічні критерії.
Якість автоматичного керування (регулювання) визначають за видом перехідного процесу, тобто характером повернення регульованої величини до заданого значення після збурення (з боку навантаження або завдання).
Основні показники якості керування (регулювання)
- Максимальне динамічне відхилення — найважливіший показник якості перехідного процесу (максимальна амплітуда відхилення вихідного параметра).
- Залишкове відхилення; характеризує величину відхилення регульованої величини від заданого значення по закінченні перехідного процесу.
- Час регулювання — проміжок часу від моменту надходження на вхід системи ступінчастого впливу (завдання, збурення) до моменту, коли відхилення регульованої величини від заданого значення стає меншим деякого відносно малого числа δ (зона нечутливості регулятора). Вважають, що перехідний процес закінчується, коли відхилення регульованої величини відрізняється від сталого значення не більше, ніж на 5 %.
- Перерегулювання — максимальне відхилення керованої величини від нового заданого значення в бік, протилежний від початкового значення. У випадках, коли керована величина наближається до нового значення тільки з одного боку, перерегулювання відсутнє.
- Квадратичний інтегральний критерій якості — характеризує сумарну площу, обмежену кривою перехідного процесу.
- Стійкість САК (САР) і якість автоматичного керування (регулювання) — основні критеріальні оцінки функціонування цих систем.
Перспективи розвитку
Новітнім напрямом ТАК є теорія інтелектуальних САК. Вивчає нечітке управління (англ. fuzzy control), яке є однією з гілок теорії інтелектуальних систем. На початку 21 ст. застосовують для синтезу нечітких та гібридних регуляторів, нечітких пошукових систем автоматичної оптимізації, нечітких пристроїв оцінювання і фільтрації. Теорія інтелектуальних САК опирається на математичну теорію нечітких множин і побудовану на її основі нечітку логіку (англ. fuzzy logic), оперує нечіткою інформацією. У процесі керування складними процесами, які не мають точного кількісного математичного опису, нечіткі системи у порівнянні з традиційними мають кращу завадозахищеність, швидкодію і точність.
Додатково
Слід розрізняти САК і автоматизовану систему керування (АСК) — сукупність керованого об'єкта й автоматичних вимірювальних та керуючих пристроїв, у якій частину функцій виконує людина (див. Автоматизована система). САК належить до класу машинних систем, АСК — людино-машинних. АСК призначена для автоматизації процесів збирання та пересилання інформації про об'єкт керування, її перероблення та видавання керівних дій на об'єкт керування (ДСТУ 2226-93); сукупність економіко-математичних методів, технічних засобів (комп’ютерів, пристроїв відображення інформації, засобів зв'язку та інші) і організаційної структури, що забезпечують раціональне керування складними об'єктами і процесами. АСК дає змогу розв'язувати задачі перспективного та оперативного планування виробництва, оперативного розподілу завантаження обладнання, оптимального розподілу обладнання та використання ресурсів і інше.
Див. також: Теорія автоматичного керування Простір знань.
Джерело
- 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.
- Tanaka K., Wang H. Fuzzy Control Systems Design and Analysis: A Linear Matrix Inequality Approach. New York : John Wiley & Sons, 2001. 302 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. Теорія автоматичного керування // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Теорія автоматичного керування (дата звернення: 29.04.2024).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 19.12.2023
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
