лекция АПП. Тема введение в теорию управления золотая узда не сделает клячу рысаком
 Скачать 1.01 Mb.
|
|
принцип компенсации с использованием корректирую- щего устройства. Для задания параметров коррекции должно проводиться изучение соответст- Рис. 1.3.1. Рис. 1.3.2. 10 вующего возмущающего фактора или создаваться его математическая модель. Примеры систем компенсации: биметаллический маятник в часах, компенсационная обмотка машины постоянного тока и т.п. Принцип компенсации обеспечивает быструю реакции на возмущения и более высокую эффективность управления, но, как правило, используется для компенсации только определенных дестабилизирующих факторов и не может защитить от всех возможных возмущений. Наибольшее распространение в технике получило управление с обратной связью, при ко- тором управляющее воздействие корректируется в зависимости от выходной величины y(t). Если значение y(t) отклоняется от требуемого, то происходит корректировка сигнала u(t) с целью уменьшения данного отклонения. Для выполнения данной операции выход ОУ соединяется с вхо- дом устройства управления главной обратной связью (ОС). Это самый дорогой вид управления, при этом канал обратной связи является наиболее уязвимым местом системы. При нарушении его работы система может стать неустойчивой или полностью неработоспособной. Структура замкнутых систем управления представлена на рис. 1.3.3. Управляющее воздей- ствие u(t) формируется как функция рассогласо- вания (t) = g(t) - y(t) текущего значения управ- ляемой переменной от требуемого задающего воздействия. Эта фундаментальная идея лежит в основе принципа управления по отклонению, ко- торый реализуется замкнутыми системами. Принцип управления по отклонению универсален, т. к. позволяет достигать цели управления независимо от причин рассогласования - изменения внут- ренних свойств объекта и внешних воздействий. Замкнутые системы позволяют решать все задачи управления: стабилизации, слежения и программного управления. Неустойчивые объ- екты могут быть управляемы только системами с замкнутыми структурами. Обобщением рас- смотренных принципов управления является принцип комбинированного управления (рис. 1.3.4), который позволяет в замкнутой системе использовать и принцип управления по возмущению. Системы, способные изменять закон управления с целью осуществления наилучшего в некотором смысле качества управления неза- висимо от внешних воздействий (рис. 1.3.5), ис- пользуют принцип адаптации. Показатель каче- ства обрабатывается устройством адаптации 3 для изменения структуры управляющего уст- ройства или его параметров. Отметим, что при введении обратной связи система управления становится инерци- онной. Поэтому часто применяют комбинацию обратной связи с принципом компенсации, что по- зволяет объединить достоинства обоих принципов: быстроту реакции на возмущение при компен- сации и точность регулирования независимо от природы возмущений от обратной связи. Методы классификации систем. В настоящее время существует достаточно много ме- тодов классификации систем управления. Отметим некоторые из них. Наиболее общая классификация с позиций методов исследования систем, учитывающая способы математического описания, характер передачи сигналов, и характер протекания процессов в системах, приведена на рис. 1.3.6. Рис. 1.3.3. Рис. 1.3.4. Рис. 1.3.5. 11 Классификация систем по свойствам в установившемся режиме. По виду зависи- мости регулируемой величины от внешнего воздействия различают статические и астатические системы. В статических системах регулируемая величина y(t) при постоянном задающем (возму- щающем) воздействии по окончании переходного процесса принимает значение, пропорциональ- ное воздействию, т.е. между входной и выходной величинами устройства имеется строго опреде- ленная функциональная связь y=f(u), которую принято называть статической характеристикой. В режиме холостого хода управляемая величина пропорциональна значению задающего воздействия u з, а наклон статической характеристики не зависит от u з . Обычно u з выбирают таким образом, чтобы управляемая величина точно соответствовала требуемому значению при номинальной на- грузке. Примером статической системы автоматического управления может служить электронный стабилизатор напряжения источника питания. В астатических системах при внешнем воздействии по окончании переходного процесса значение регулируемой величины устанавливается равным заданному, т.е. система в установив- шемся режиме стремится к нулевому значению между заданным и текущим значением регулируе- мой величины. Если отклонение управляемой величины в установившемся режиме не зависит от возмущающего воздействия, то система является астатической к этому возмущающему воздейст- вию. Если оно не зависит от задающего воздействия, то система астатическая по отношению к за- дающему воздействию. По характеру работы функциональных узлов в составе систем управления выделяют линейные и нелинейные системы. В линейных системах между выходными и входны- ми величинами существуют функциональные зависимости и выполняется принцип су- перпозиции (реакция системы на сумму воздействий равна сумме реакций на каждое воздействие в отдельности). Процессы в системах описываются диффе- ренциальными уравнениями. В зависимости от вида дифференциального уравнения линейные сис- темы подразделяются на типы, приведенные на рис. 1.3.7. В нелинейных системах хотя бы в одном звене системы нарушается принцип суперпози- ции (линейность статической характеристики). В уравнениях динамики нелинейных систем при- сутствуют нелинейные функции (произведение переменных или их производных, степени пере- менных и т.п.). Возможности и качество управления в нелинейных системах значительно выше, чем в линейных. Рис. 1.3.6. Рис. 1.3.7. 12 Реальные системы управления обычно являются нелинейными и расчет систем достаточно сложен. С учетом хорошей разработанности теории линейных систем, нелинейные системы стре- мятся привести к линейным, используя методы линеаризации. По степени использования информации во входных воздействиях системы делятся на адаптивные и неадаптивные. Адаптивные системы обладают способностью приспосабливаться к изменению внешних условий и воздействий, а также повышать качество управления по мере накопления информации. Неадаптивные системы такими способностями не обладают и имеют постоянную настройку под определенные внешние условия и воздействия с ограниченным диапазоном их вариаций. В последние десятилетия интенсивно разрабатывается новый класс систем управления - ин- теллектуальные системы управления (ИСУ). ИСУ строятся как самообучающиеся, самонастраи- вающиеся системы с гибкими процедурами принятия решений. Они способны формировать новые знания в процессе управления и функционирования, выступать в качестве экспертных систем, встроенных в контур управления, и работать в интерактивном режиме с лицом, принимающим ре- шения. Классификация по типам управления приведена на рис. 1.3.8. Процесс управления без участия человека, называется автоматическим. Устройство, обеспе- чивающее автоматическое управление объектом, называется системой автоматического управления (САУ). В тех случаях, когда система обеспечивает стабилизацию управляемой величины в задан- ных пределах, она называется системой автоматического регулирования (САР). Под автоматизированным понимается управление объектом в системе с разомкнутой обрат- ной связью с участием человека в выработке управляющих воздействий. Системы, реализующие такое управление, называются автоматизированными системами управления (АСУ). Если объекты управления относятся к типу технических, то системы управления называются автоматизирован- ными системами управления технологическими процессами (АСУТП). Если объект управления является объектом производственно-экономического или социального характера, то система управления им относится к автоматизированным системам организационного управления (АСОУ). В последние годы все более широко внедряется интегрированное управление, реализуемое интегрированными автоматизированными системами управления (ИАСУ). В ИАСУ объектами управления являются технические, производственно-экономические, организационные и социаль- ные системы. ИАСУ создаются и функционируют на основе ЭВМ и экономико-математических методов, которые используются для управления техническими объектами, технологическими про- цессами, для планирования, контроля, анализа и регулирования производства в целом. Систему автоматизированного проектирования (САПР) можно определить как интегриро- ванную автоматизированную систему управления, объектом управления которой является процесс выбора проектно-конструкторских решений на основе экономико-математических моделей изде- лий, конструкций, архитектурно-планировочных вариантов и т. п. Классификация по алгоритмам функционирования. Каждая система характеризуется алгоритмом функционирования — совокупностью предписаний, определяющих характер измене- ния управляемой величины в зависимости от воздействия. По алгоритмам функционирования сис- темы делятся на стабилизирующие, программные, следящие и преобразующие системы. Стабилизирующие системы обеспечивают поддержание с необходимой точностью (ста- билизацию) одной или нескольких управляемых величин при произвольно меняющихся возму- щающих воздействиях. Задающее воздействие системы - постоянная величина, т. е. u(t) = const. Программные системы управляют изменением управляемой величины с необходимой точностью в соответствии с составленной программой, если она заранее известна в виде времен- Рис. 1.3.8. 13 ной функции. Изменение управляемой величины по программе достигается добавлением к ста- билизирующей системе программного устройства ПУ, изменяющего задающее воздействие u(t) во времени по определенному закону. Примерами программных систем являются системы управле- ния химическими процессами, программного управления станками, системы программного управ- ления выводом спутников Земли на расчетные орбиты. Следящие системы осуществляют изменение управляемой величины не по заранее задан- ной программе, а произвольно. Например, антенна радиолокатора поворачивается, следуя за само- летом, траектория движения которого заранее неизвестна, т. е. «следит» за ним. Задающие воздей- ствия и управляемые величины следящих систем могут иметь разнообразный характер по своей физической природе. Преобразующие системы. Алгоритм системы - преобразование с необходимой точностью задающего воздействия (совокупности задающих воздействий) в управляемую величину (сово- купность управляемых величин) в соответствии с некоторой функцией преобразования. Преобра- зующая система должна возможно более точно воспроизводить на своем выходе не само задаю- щее воздействие (как следящая система), а некоторую величину, связанную с управляющим воз- действием функций преобразования. К преобразующим системам относятся, например, интегриру- ющие, дифференцирующие, экстраполирующие и другие системы автоматического управления. 1.4. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ [4] Производственно-экономические и организационные системы являются сложными системами. Объекты и процессы в этих системах, как правило, не могут быть полно описаны ма- тематически. Функциональные зависимости содержат как непрерывные, так и булевы переменные для качественной оценки параметров или процессов по двухбалльной системе (ДА и НЕТ). При описании систем используются вероятностные функции, системы весов, экспертные оценки. Сложность математического описания производственно-экономических и организационных сис- тем вытекает из того, что это человеко-машинные системы, функционирующие в условиях трудно предсказуемых ситуаций. Поведение систем обусловливается огромным количеством переменных разной физической природы, а соотношения между ними отличаются исключительным разнообра- зием. Изменение отдельной связи или параметров какого-либо элемента, входящего в систему, мо- жет приводить к изменению всех других связей и параметров или большинства из них. Задача управления сложной системой сводится к тому, чтобы обеспечить такие функцио- нальные преобразования параметров, которые были бы оптимальными по выбранным критериям эффективности достижения цели управления. Для упрощения математического описания сложных систем их разбивают на подсистемы по принципу иерархии. Характерной особенностью проблемы управления сложными системами является необхо- димость системного подхода к управлению. Он заключается в том, что система должна рассматри- ваться как единое целое с позиций цели функционирования, общей для всех подсистем. Практиче- ски это приводит к тому, что недопустима (не имеет смысла) независимая оптимизация функцио- нирования отдельных подсистем, образующих систему, с позиций частных целей этих подсистем. При известной структуре сложной системы цель ее функционирования описывается некоторой скалярной целевой функцией W, достигающей экстремального значения при оптимальном управ- лении. Эффективность административно-хозяйственного управления в немалой степени определя- ется квалификацией и компетентностью "команды" высшего управляющего звена, что в первую очередь проявляется при создании организационных структур и механизмов управления, которые каждая "команда" предпочитает создавать "под себя". Этим определяется многообразие систем управления при практически полной непредсказуемости конечных результатов. Каждый человек в системе управления, а равно и каждое его решение по каждому конкретному вопросу – это либо дестабилизирующий, либо стабилизирующий фактор управления. Поэтому оценка управления обычно чисто субъективная и дается не системе управления, а ее руководителям: "хорошая коман- да" или "плохая команда". Виды организаций. Выделяют два вида организационных процессов – функционирование и развитие. Функционирование обеспечивает сохранение организации на основе обмена со средой ресурсами, энергией, информацией. Развитие предусматривает преобразование организации в со- ответствии с требованиями среды, переход к новому качественному состоянию. Организация– это структурированная общность людей с общими целями и общим руково- 14 дством. Это промышленные предприятия, организации сферы услуг, государственные и муници- пальные структуры управления, общественные организации, и т.п. Организации делятся на пер- вичные и вторичные. Первичная организация обладает собственными целями, имеет абсолютный постоянный приоритет над участниками и наделяет их ресурсами. Примером является любое государственное учреждение (прокуратура, муниципалитет, и пр.). Вторичная организация создается самими участниками и служит их целям. Среди вторич- ных организаций выделяют корпоративные и ассоциативные. Корпоративная имеет приоритет над участниками для решения текущих проблем (например, акционерное общество). В ассоциативной организации отношения являются партнерскими (клуб, коллектив ученых на семинаре, и т.п.). Правовой статус. Деление организаций на официальные и неофициальные связано с их правовым положением. Официальную организацию можно рассматривать как совокупность долж- ностей, связанных между собой производственными отношениями. Неофициальные организации образуют личности, а не должности. К таким организациям относятся, например, совокупность пользователей Интернета или организованная преступная группа. Функциональная структура организаций основана на объединении видов деятельности по родственным группам (функциям) и обычно имеет следующие элементы: А) Производственные подразделения – основные, вспомогательные, обслуживающие, экс- периментальные. Б) Управленческие подразделения – административные, информационные, сервисные, на- учно-исследовательские, совещательные (например, совет главных специалистов предприятия). В) Социальные подразделения – столовая, клуб, база отдыха, поликлиника. Подразделение – это официально созданная группа работников, выполняющая действия по достижении поставленной частной цели. Используют различные принципы выделения подразде- лений фирмы (предприятия): - количественный (по необходимости для осуществления данной деятельности); - временной (для выполнения работ за определенный период времени); - технологический (по необходимости для обслуживания технологического процесса); - профессиональный (одной профессии для выполнения данной работы). Примерами подразделений являются бригады в артели грузчиков, вахты внутри экипажа судна, цеха промышленного предприятия, кафедры высшего учебного заведения. Структура управления , основанная на выделении достаточно самостоятельных подраз- делений, называется дивизиональной (division – деление, разделение). Используются следующие принципы создания подразделений в рамках дивизиональной структуры: А) рыночный (удовлетворение потребностей определенной группы клиентов); Б) территориальный (удовлетворение потребностей на определенной территории); В) товарный (удовлетворение потребностей клиентов в продукции и услугах); Г) инновационный (освоение и производство новой продукции и услуг). Типы связей между предприятиями, входящими в дивизиональную организационную структуру, могут быть различными. В акционерном холдинге, когда материнская фирма владеет контрольными пакетами акций остальных фирм, связи являются финансовыми. В акционерном обществе с дочерними компаниями к финансовым связям добавляются технологические, а непо- средственно в акционерном обществе – еще и административные. Адаптивные организационные структуры - это структуры, которые быстро приспо- сабливаются к требованиям внешней и внутренней среды. Среди них обычно выделяют проект- ные, матричные, программно-целевые, фрагментарные. Проект – это группа видов деятельности, направленных на решение разовой задачи. Дос- тоинства проектных структур - высокая целевая ориентация, специализация, концентрация ресур- сов. Недостатки - связанность ресурсов до завершения работ, трудность нахождения применения высвобожденным ресурсам вследствие их уникальности. |