🗊Презентация Понятие управления

Часть 1. Введение

Понятие управления Управление — это процесс планирования, организации, мотивации и контроля, необходимый для того, чтобы сформулировать и достичь цель. Управление — в теории: наука о принципах и методах управления различными системами. Управление технической системой – создание условий, обеспечивающих требуемое протекание технологического процесса, то есть поддержание необходимого технологического режима с точки зрения качества получаемой продукции.

Современный этап развития промышленного производства характеризуется переходом к высоким технологиям, стремлением добиться высокой эффективности производства в условиях массовой и жесткой конкуренции. Высокие технологии подразумевают под собой часто протекание технологических процессов в условиях близких к критическим , отклонения от которых могут привести к аварийным ситуациям и тяжелым последствиям. То есть, современное производство является сложным и потенциально опасным. В связи с этим повышаются требования к точности и эффективности проведения процесса - то есть к управлению им – возрастает роль автоматизации производства. Современный этап развития промышленного производства характеризуется переходом к высоким технологиям, стремлением добиться высокой эффективности производства в условиях массовой и жесткой конкуренции. Высокие технологии подразумевают под собой часто протекание технологических процессов в условиях близких к критическим , отклонения от которых могут привести к аварийным ситуациям и тяжелым последствиям. То есть, современное производство является сложным и потенциально опасным. В связи с этим повышаются требования к точности и эффективности проведения процесса - то есть к управлению им – возрастает роль автоматизации производства.

Автоматизация – комплекс технических, методических, организационных и других мероприятий, позволяющих вести управление тем или иным объектом автоматически, то есть без непосредственного участия человека. Автоматизация – комплекс технических, методических, организационных и других мероприятий, позволяющих вести управление тем или иным объектом автоматически, то есть без непосредственного участия человека.

Процесс развития автоматизации прошел ряд стадий, связанных с соответствующим уровнем развития техники и производства. Процесс развития автоматизации прошел ряд стадий, связанных с соответствующим уровнем развития техники и производства. Первым этапом автоматизации явилось ручное управление. Человек первоначально решал сам все задачи и приводил в исполнение свои решения. Вручную открывал/закрывал задвижки изменяя потоки/количества вещества или энергии, оценивал состояние процессов/аппаратов «на глаз». Человек и принимает решения и приводит их в исполнение

Вторым этапом в развитии автоматизации стала механизация. Производство усложнялось, требовалось более точное и быстрое управление , появились приборы для определения состояния вещества (температуры, давления, массы, скорости и пр.). Рутинные действия (открытие/закрытие задвижек, кранов, перемешивание продуктов и пр.) стали осуществляться с помощью механических устройств. Вторым этапом в развитии автоматизации стала механизация. Производство усложнялось, требовалось более точное и быстрое управление , появились приборы для определения состояния вещества (температуры, давления, массы, скорости и пр.). Рутинные действия (открытие/закрытие задвижек, кранов, перемешивание продуктов и пр.) стали осуществляться с помощью механических устройств.

С дальнейшим усложнением производства (высокие температуры, скорости реакций и пр.) человек уже не в состоянии своевременно принимать верные решения. Часть функций управления стала возлагаться на автоматические устройства (регуляторы), которые без непосредственного участия человека не просто открывали и закрывали задвижки, клапаны, заслонки и пр., но и высчитывали степень закрытия и открытия. С дальнейшим усложнением производства (высокие температуры, скорости реакций и пр.) человек уже не в состоянии своевременно принимать верные решения. Часть функций управления стала возлагаться на автоматические устройства (регуляторы), которые без непосредственного участия человека не просто открывали и закрывали задвижки, клапаны, заслонки и пр., но и высчитывали степень закрытия и открытия. Современный этап развития автоматизации характеризуется широким применением вычислительной техники для управления производством. Однако, любая система управления предполагает участие человека в процессе управления.

1.1. Системы управления. Системы управления предприятием. Автоматизированные системы управления технологическими процессами.

Укрупненная схема организации производственного предприятия

Иерархическая структура системы управления предприятием

Технологический процесс – совокупность технологических операций, проводимых над исходным сырьем в одном или нескольких аппаратах с целью получения продукта, обладающего заданными свойствами. Технологический процесс – совокупность технологических операций, проводимых над исходным сырьем в одном или нескольких аппаратах с целью получения продукта, обладающего заданными свойствами. Технологический объект – совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующему регламенту технологического процесса производства. Технологический объект является составной частью технологического процесса. Задача управления технологическим процессом состоит в выработке оптимальных режимных параметров технологических аппаратов и оборудования для обеспечение желаемого протекания процесса, качества и количества продукции. Задача управления технологическим объектом – поддержание заданных режимных параметров (давление, температура, уровень, концентрация и пр.).

1.2. Основные функции АСУ ТП

информационно-измерительная: информационно-измерительная: -измерение, отображение и регистрация технологических параметров и состояния оборудования; -косвенные измерения; -обнаружение отклонений; -регистрация и анализ аварийных ситуаций; -прогноз протекания технологического процесса. управляющая: -поддержание заданных технологических параметров в условиях действующих возмущений; -изменение параметров по определенному закону; -распределение нагрузки между аппаратами; -управление в режимах пуска-останова; -управление в нестандартных условиях (аварийная защита и блокировка). вспомогательная: -архивирование событий; -обмен информацией с системами высших уровней иерархии.

Программно-техническое обеспечение АСУ ТП -технические средства и обеспечение (датчики, преобразователи, усилители, системы передачи сигналов на расстояние, регуляторы, контроллеры, исполнительные механизмы, клапаны, отсекатели, задвижки, устройства ввода-вывода сигналов, компьютеры, мониторы, принтеры и пр.). -программное обеспечение (общесистемное и специальное программное обеспечение).

1.3 Современная модель автоматизированной системы управления предприятием

1.4. Пример представления системы управления (регулирования) технологическим объектом.

Представление технологического объекта в виде функционального блока

Переход от физического понятия технологического объекта к понятию «объект управления»

Введение управляющего воздействия на технологическом объекте

Пример реализации системы регулирования температуры нагрева сырья

Построение функциональной схемы системы регулирования температуры нагрева сырья

Преобразование структуры функциональной схемы регулирования

2. Основные термины ТАУ

2.1. Основные понятия и определения ТАУ

2.2.Классификация АСР. Процесс управления возможен при достаточной информации: - о цели управления; - о состоянии объекта управления; - о характеристиках объекта; - о возмущениях среды. В зависимости от характера и полноты доступной информации реализуют различные принципы регулирования - принцип регулирования по отклонению; - принцип регулирования по возмущению; - комбинированное регулирование.

Принцип регулирования по отклонению

2.2.2. Классификация по виду задающего воздействия По виду задающего воздействия АСР делят на: - системы стабилизации ; - системы программного управления; - следящие системы.

2.2.5. По основным видам уравнений динамики

3.Математический аппарат ТАУ

В теории управления любые физические объекты и явления рассматриваются в виде математических зависимостей между входными и выходными величинами – математическими моделями. В теории управления любые физические объекты и явления рассматриваются в виде математических зависимостей между входными и выходными величинами – математическими моделями. Математическая модель – совокупность уравнений, позволяющих определить (рассчитать) выходной сигнал по известному входному сигналу.

Однако эти модели подразумевают операции интегрирования и дифференцирования, что значительно усложняет анализ и синтез систем в смысле расчетов. Однако эти модели подразумевают операции интегрирования и дифференцирования, что значительно усложняет анализ и синтез систем в смысле расчетов.

Во многих случаях при нахождении решения можно избежать вычисления этого оригинала воспользовавшись таблицей оригиналов и их изображений. Во многих случаях при нахождении решения можно избежать вычисления этого оригинала воспользовавшись таблицей оригиналов и их изображений. 3.2.2. Таблица простейших оригиналов и их изображений

Теория преобразования Лапласа включает в себя ряд теорем (свойств), опираясь на которые, можно достаточно просто переходить от оригиналов к изображениям. Теория преобразования Лапласа включает в себя ряд теорем (свойств), опираясь на которые, можно достаточно просто переходить от оригиналов к изображениям. Теорема линейности. Теорема дифференцирования при нулевых начальных условиях

Теорема интегрирования Теорема интегрирования при нулевых начальных условиях Теорема запаздывания (смещения) Теорема о начальных и конечных значениях

3.2.4. Обратное преобразование Лапласа На практике для нахождения оригинала по известному изображению часто используют метод разложения сложной дроби на сумму простых дробей. Пусть является рациональной функцией: Из курса математики сложную дробь можно разложить на сумму простых дробей

Тогда, переходя к оригиналу Тогда, переходя к оригиналу Из таблицы оригиналов и изображений: Можно записать

4.Понятие устойчивости в ТАУ

4.1. Дифференциальное уравнение. Характеристический полином. В дальнейшем будем понимать исходным математическим описанием систем и отдельных устройств линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами. Или Если ввести оператор дифференцирования исходное ДУ примет вид обозначим

Решение этого ДУ имеет вид Решение этого ДУ имеет вид где - свободная (переходная) составляющая, определяемая как решение однородного уравнения или Это однородное уравнение описывает свободное (автономное) движение системы при отсутствии внешних воздействий. Составляющая - вынужденная составляющая (установившийся процесс), определяется внешними воздействиями и является частным решением неоднородного дифференциального уравнения.

4.2. Понятие устойчивости. Звено или система называются устойчивыми если свободная составляющая с ростом времени стремится к нулю. Звено или система называются неустойчивыми если свободная составляющая с ростом времени неограниченно растет. Звено или система находятся на границе устойчивости если предел свободной составляющей с ростом времени равен константе или не существует.

Рассмотрим возможное расположение корней характеристического полинома

Для каждого из возможных корней рассмотрим соответствующую ему составляющую свободного движения Для каждого из возможных корней рассмотрим соответствующую ему составляющую свободного движения

Анализ рассмотренных случаев расположения корней характеристического полинома и соответствующих ему переходных составляющих позволяет сделать следующие выводы: Анализ рассмотренных случаев расположения корней характеристического полинома и соответствующих ему переходных составляющих позволяет сделать следующие выводы: если - свободное движение или переходная составляющая устойчива; если - свободное движение или переходная составляющая неустойчива; если - свободное движение или переходная составляющая находится на границе устойчивости

На основании вышеизложенного можно сформулировать следующее правило: На основании вышеизложенного можно сформулировать следующее правило: Для устойчивости звена или системы необходимо и достаточно, чтобы корни характеристического полинома имели отрицательные действительные части или лежали в плоскости левее мнимой оси (лежали в «левой» полуплоскости). В этом случае мнимая ось является «границей» устойчивости.

5. Понятие передаточной функции

Рассмотрим некоторый объект (звено) описываемый дифференциальным уравнением общего вида. Рассмотрим некоторый объект (звено) описываемый дифференциальным уравнением общего вида. Преобразуя это уравнение по Лапласу, получаем выражение через полиномы Исходя из этого выражения можно определить изображение выходной величины Передаточная функция – это отношение изображения выходной величины к изображению входной величины при нулевых начальных условиях.

Свойства передаточной функции. Свойства передаточной функции. Передаточная функция является полным аналогом дифференциального уравнения в области изображений. Знаменатель передаточной функции есть характеристический полином. Для звена или системы с несколькими входами передаточная функция определяется по каждому входному воздействию в отдельности.

Так же передаточная функция является инструментом для определения динамических характеристик звеньев и систем. Так же передаточная функция является инструментом для определения динамических характеристик звеньев и систем.

6. Динамические характеристики

Для оценки динамических свойств объектов, устройств, систем в целом широко используют динамические характеристики. Для оценки динамических свойств объектов, устройств, систем в целом широко используют динамические характеристики. Динамическая характеристика – реакция звена или системы на некоторое стандартное или типовое входное воздействие. По экспериментально полученным динамическим характеристикам можно определить с достаточной степенью точности передаточную функцию. Динамические характеристики делят на временные и частотные.

6.1. Временные характеристики. 6.1.1. Импульсная (весовая) характеристика. Импульсной (импульсной переходной) характеристикой называется реакция звена (или системы) на при нулевых начальных условиях. Импульсная характеристика может быть найдена с помощью обратного преобразования Лапласа: Тогда, изображение выходного сигнала есть сама передаточная функция, а импульсная характеристика является оригиналом передаточной функции.

6.1.2. Переходная характеристика.

6.2. Частотные характеристики. Частотными характеристиками называются формулы и графики, характеризующие реакцию звена или системы на синусоидальное входное воздействие в установившемся режиме, то есть вынужденные синусоидальные колебания. С помощью преобразования Фурье можно показать, что реакция линейного звена или системы на синусоиду есть так же синусоида той же частоты, что и входные колебания. Установившаяся выходная синусоида отлична от входных колебаний по амплитуде и имеет фазовый сдвиг. Эти изменения амплитуды и фазы выходной синусоиды относительно входной в зависимости от частоты (входной синусоиды) и описывают частотные характеристики.

Выражение Выражение носит название комплексной частотной характеристики или частотной передаточной функции и представляет из себя амплитудно-фазо-частотную характеристику (АФЧХ или АФХ) звена или системы. Комплексная частотная характеристика может быть получена путем подстановки в передаточную функцию .

Графически АФЧХ изображается на комплексной плоскости в координатах как годограф функции . Графически АФЧХ изображается на комплексной плоскости в координатах как годограф функции . Формально, АФЧХ есть вектор на комплексной плоскости с длиной и углом поворота относительно действительной положительной полуоси. С изменением частоты конец вектора описывает некоторую кривую, которую и называют АФЧХ. Амплитудно-частотная характеристика – это модуль . Представляет собой зависимость отношения амплитуды входной синусоиды к амплитуде входной от частоты. Фазово-частотная характеристика - это аргумент . Представляет собой зависимость фазового сдвига между синусоидами от входной частоты.

Связь частотных характеристик с декартовыми координатами: Связь частотных характеристик с декартовыми координатами: