ВВЕДЕНИЕ

Задача разработки систем автоматического регулирования и систем управления состоит в том, чтобы, располагая некоторыми априорными сведениями об объекте и заданными требованиями к свойствам всей системы в целом (точности, надежности, коэффициенту усиления по мощности и т. д.), выбрать технические средства (а в случае необходимости сформулировать технические условия на разработку новых средств автоматики) и составить схему системы, обеспечивающую реализацию этих требований. Поэтому при выборе устройств, образующих систему управления, последние должны рассматриваться во взаимодействии друг с другом, а вся система в целом — обладать заданными свойствами.

Так как проектирование систем управления требует выбора технических средств прежде всего из уже имеющихся в наличии, то специалист, разрабатывающий такие системы, должен располагать достаточно полными сведениями об элементах и устройствах, из которых они могут быть синтезированы.

Изложению этих сведений и посвящен настоящий труд. В состав управляющих систем входят различные технические средства, которые можно подразделить на следующие четыре основных класса:

для восприятия и первичного преобразования информации;

для передачи и представления информации;

для переработки информации;

для получения управляющих воздействий.

К средствам, предназначенным для получения, сбора и преобразования первичной информации о внешних и внутренних условиях работы управляемых объектов (переменные на рис. 1), относятся измерительные устройства, чувствительные элементы, датчики, преобразователи, анализаторы, вычислительные устройства для первичной переработки информации.

К средствам для передачи и представления информации в форме, удобной для управления, относятся передатчики, каналы связи, кодирующие и декодирующие устройства, преобразователи информации, приемники и т. д.

Совокупность средств, предназначенная для восприятия, передачи и представления информации, называется информационной подсистемой (рис. 1).

Основная функций средств переработки информации состойт в выработке решений, необходимых для достижения цели управления на основе имеющейся в распоряжении информации. Эти решения могут реализоваться в форме управляющих или задающих сигналов.

К техническим средствам для переработки информации относятся вычислительные машины и устройства. Совокупность средств, предназначенная для переработки информации, называется логиковычислительной подсистемой.

Средства для формирования управляющих воздействий осуществляют непосредственное управление объектами в соответствии с целью управления. Они образуют исполнительную подсистему.

Рис. 1. Обобщенная схема системы управления

Техническими средствами для использования информации обычно являются сервомеханизмы автоматических регуляторов и следящих систем.

Итак, обобщенную схему системы управления можно рассматривать как состоящую из управляемых объектов и трех подсистем (рис. 1): информационной, логико-вычислительной, исполнительной.

Системы управления с большим числом взаимосвязанных объектов (или процессов) управления часто называют большими системами управления.

Информационные системы можно подразделить следующим образом:

1) измерительные информационные системы (ИИС), в которых восприятие и сбор информации (обычно в виде физических сигналов) производится чувствительными элементами — приборами;

2) автоматизированные информационные системы (АИС), в которых сбор и ввод информации (обычно в виде документов) осуществляется людьми — операторами.

Системы управления, в которых в процессе принятия оператором решений, обеспечивающих достижение цели управления, участвуют вычислительные машины, называются автоматизированными системами управления (АСУ).

Системы управления, в которых принятие решений осуществляется при помощи логико-вычислительных подсистем без участия оператора, называются системами автоматического управления (САУ).

Рис. 2. Типовая функциональная схема САР

Системы управления, в которых в процессе их эксплуатации все информационные этапы управления, включая принятие решений или выработку управляющих воздействий, производятся без участия человека, выполняющего лишь вспомогательные функции наблюдения, — называются системами автоматического управления (САУ).

Из четырех перечисленных выше основных классов средств, образующих любую управляющую систему, в настоящем труде рассматриваются лишь те технические средства, которые служат для восприятия информации, формирования и усиления по мощности сигналов управления. Их роль можно пояснить, в частности, при рассмотрении типовой функциональной схемы системы автоматического регулирования, изображенной на рис. 2. Она состоит из устройств, которые по функциональному признаку, т. е. по их назначению, могут быть классифицированы следующим образом:

чувствительный элемент 1, воспринимающий изменения регулируемой переменной

чувствительного элемента 2, придающее сигналу на выходе измерительного устройства 1 форму, удобную для его сравнения с управляющим сигналом

задающее устройство 3, преобразующее управляющий сигнал, выработанный человеком-оператором или вычислительной машиной, в форму, удобную для сравнения;

сравнивающее устройство 4, формирующее на основании сравнения управляющего сигнала и сигнала измерительного устройства сигнал ошибки

преобразующее устройство 5, трансформирующее сигнал ошибки в форму, удобную для его последующего использования;

последовательное корректирующее устройство 6, придающее системе требуемые динамические свойства; усилительные устройства 7;

вспомогательное сравнивающее устройство 8, сравнивающее сигнал в промежуточной точке прямой цепи с сигналом местной обратной связи;

корректирующая обратная связь 9, придающая системе требуемые динамические свойства;

исполнительное устройство 10, вырабатывающее регулирующее воздействие прикладываемое к объекту регулирования.

Следует подчеркнуть, что на рис. 2 приведена лишь одна из возможных типовых схем соединения перечисленных выше устройств. Необходимо также отметить, что каждое из этих устройств может представлять собой сложную систему, состоящую, в свою очередь, из многих элементов.