21807

Основы построения автоматизированных систем управления

Лекция

Финансы и кредитные отношения

Рисунок 1 Блоксхема системы управления СУ Источником информации является объект управления ОУ посылающий по каналу связи информацию в своем состоянии. Управляющая система УС в зависимости от количества и содержания информации об объекте управления вырабатывает решение о воздействии на него. В реально функционирующих СУ на все элементы воздействует среда внося свои коррективы как в количество информации так и в качество. Основными группами функций являются: функции принятия решений функции преобразования содержания информации ...

Русский

2013-08-03

71.5 KB

10 чел.

Л.1  Основы построения автоматизированных систем управления

Вопросы:

1 Структура АСУ

2 Сущность автоматизации управления

1 Структура АСУ

Под управлением понимают процесс целенаправленного изменения поведения системы посредством информационных воздействий, вырабатываемых человеком или устройством.

К задачам управления относятся:

  •  целеполагание (определение требуемого состояния или поведение систем);
  •  стабилизация (удержание системы в существующем состоянии в условиях варьирующих воздействий);
  •  выполнение программы (перевод системы в требуемое состояние)
  •  слежение – обеспечение требуемого управления (удержание системы на заданной траектории) в условиях, когда законы изменения управляемых величин неизвестны или изменяются;
  •  оптимизация – удержание или перевод системы в состояние с экстремальными значениями характеристик при заданных ограничениях.

Рисунок 1- Блок-схема системы управления (СУ)

Источником информации является объект управления (ОУ), посылающий по каналу связи информацию в своем состоянии.

Управляющая система (УС) в зависимости от количества и содержания информации об объекте управления, вырабатывает решение о воздействии на него. Это решение в виде команд или сигналов управления по каналу прямой связи передается на объект управления.

После выполнения команд ОУ посылает на УС информацию об изменении своего состояния.

Таким образом, замыкается цикл обмена информацией в СУ. В реально функционирующих СУ на все элементы воздействует среда, внося свои коррективы, как в количество информации, так и в качество.

Основным элементом АСУ является лицо, принимающее решение (ЛПР) – индивидуум или группа индивидуумов, имеющих право принимать окончательное решение по выбору управляющих воздействий.

Основными группами функций являются:

  •  функции принятия решений (функции преобразования содержания информации) -
  •  функции обработки информации (вычислительные функции) -
  •  функции обмена информацией -

Функции принятия решений выражаются в создании новой информации в ходе анализа, прогнозирования (планирования) и оперативного управления (регулирования, координации действий). Это связано с преобразованием содержания информации о состоянии ОУ и внешней среды в управляющую информацию при решении логических задач и выполнении аналитических расчетов, проводимых ЛПР при порождении и выборе альтернатив. Эта группа функций является главной, поскольку обеспечивает выработку информационных воздействий по удержанию в существующем положении или при переводе системы в новое состояние. Без автоматизации этой функции информационная система не может считаться полноценной.

Функции обработки информации охватывают учет, контроль, хранение, поиск, отображение, тиражирование, преобразование формы информации. Эта группа функций не изменяет смысл информации, то есть это рутинные функции, не связанные с содержательной обработкой информации.

Группа функций обмена связана с доведением выработанных воздействий до ОУ и обменом информацией между ЛПР (ограничение доступа, получение или сбор, передача информации по управлению в текстовой, графической, табличной или иных формах, по телефону, системе передачи данных сети).

Совокупность функции управления, выполняемая в системе при изменении среды, принято называть циклом управления. Выполняя цикл за циклом, система приближается к сформулированной цели.

Цикл управления можно представить в виде (см. рисунок 2).

При этом от ОУ в СУ поступает информация о текущем состоянии ОУ. ЛПР контролирует ее истинность, анализирует в целях выявления отклонения от требуемого состояния и определяет необходимость изменения текущего состояния.

По результатам анализа осуществляется выбор одной из основных задач управления. При необходимости направляется доклад в старший орган управления.


Рисунок 2 – Обобщенный цикл управления


2 Сущность автоматизации управления

До недавнего времени технические средства применялись человеком для того, чтобы облегчить физический труд. Это направление применения технических средств известно как энергетическое, а сам процесс создания и внедрения механизмов, обеспечивающий повышения эффективности труда человека, называется механизацией.

По мере использования человеком все более мощных источников энергии значение его собственной мышечной силы понижалось, а значение интеллектуального труда, содержанием которого является преобразование информации, возрастало. Это привело к тому, что теперь ощущается необходимость в увеличении интеллектуальной мощи человека.

Появления вычислительной техники (ВТ) положило начало кибернетическому применению технических средств. Автоматизация явилась закономерным продолжением механизации.

Если механизация охватывает процессы получения, передачи, преобразования и использования энергии, то автоматизация – процессы получения, передачи, преобразования и использования информации. Говоря образно, если механизмы выступают продолжением человеческой руки, то ВТ – продолжение мозга.

При управлении ЛПР выполняет сложную последовательность функции из множества <>, <>, <>. Каждая из них может быть представлена рядом процессов.

Процесс управления, как процесс выработки управляющих воздействий является информационным процессом (ИП).

Любая информационная единица ИП (I), обладающая потребительской стоимостью (качеством), характеризуется содержанием (S), формат (F), пространственным расположением (L) и временем (T)

Отсюда 

I = <S, F, L, T>

Каждая из этих характеристик в процессе преобразования информации может изменяться.

При этом различают следующие виды преобразования информации

  •  содержательное (семантическая обработка)
  •  преобразование формы (кодирование, декодирование)
  •  преобразование в пространстве и времени (передача, хранение)

Элементарным действием в ИП является операция преобразования информации (см. рис.3). Основные атрибуты операции:

  •  информация (объект преобразования)
  •  оператор (субъект преобразования)
  •  цель (требования к преобразованию)

Рисунок 3

Операции по образованию информации могут быть разных типов (V), которые определяются оператором Q, сложность (U), зависит от типа преобразования и цели.

U = <V, C>

времени ее реализации (Т)                   Т = < U, I>

и ресурсоемкости (R).

Очевидно, что все реальные процессы и системы, их реализующие, уникальны.

Специфика функционирования реальных систем проявляется в содержании информации, составе и последовательности применения операторов по ее преобразованию и целей процессов системы управления.

Любой ИП в системе управления структурно можно представить как некоторую совокупность задач:

  •  сбор, прием, получение, восприятие информации;
  •  передача информации между отдельными подсистемами СУ;
  •  обработка, анализ, отбор информации, создание новой информации;
  •  использование информации;
  •  хранение информации.

Несмотря на многообразие ИП, протекающих в СУ, с точки зрения технологии обработки информации они имеют много общего. Это позволяет представить обобщенную схему обработки информации (см. рисунок 4).


Процесс сбора информации о состоянии объекта

Подпроцессы

Формирование (подготовка)

(F)

Передача

(L)

Формирование (прием)

(F, T)

Предварительная обработка

(обобщение)

(F, L, T, S)

Процесс выработки и принятия решения

Подпроцессы

Выработка

(F, L, T)

Анализ

(S, T)

Формирование альтернатив (S)

Выбор

решения

(S, F, L)

Процесс доведения управляющих воздействий

Подпроцессы

Формирование (подготовка) (F)

Передача (L)

Контроль за доведением ( L, F, T, S)

Рисунок 4 – Структура информационных процессов

Общей целью автоматизации управления является повышение эффективности использования возможностей объекта управления.

Направление повышения эффективности ОУ.

  1.  Повышение оперативности управления за счет автоматизации сбора, поиска, предварительной обработки и передачи информации, засекречивания и рассекречивания информации, проведения расчетов, формирование и размножение документов.
  2.  Снижение затрат ЛПР на выполнение вспомогательных процессов. Относительное распределение трудозатрат между процессами: информационные процессы – 65 – 70 %, расчеты – 20 – 25 %, творчество – 5 – 15 %.
  3.  Повышение степени обоснованности принимаемых решений. Процесс принятия решений строится на основе анализа и прогноза развития ситуации с применением математического аппарата моделирования.


Управляющ. система

Система связи

Система связи

Объект управления

реда

СУ

Внешняя среда

Информация о состоянии

Объект управления

Командная информация

Информация  состояния

Информация  состояния

Старшая СУ

Контроль и учет

Целеполагание

Анализ

Командная информация

Изменить состояние

Удержать состояние

Прогнозирование

Определение треб. состояния

Определение траектории перевода системы в новое состояние

Решение задачи оптимизации

Решение задачи слежения

Решение задачи выполнения программы

Решение задачи стабилизации

Оперативное управление

Система управления

Система

(Ресурс – R)

Операция преобразования

Цель (С)

Оператор

Q(S, L, F, T)

Инф 1

Инф 1

СУ

Объект управления


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35837. Реализация переключательных функций на логических элементах 794.5 KB
  В нашем примере нужен элемент ИЛИ с двумя входами 2 элемента И с двумя входами каждый рисунок 1. Рисунок 1. 3 Конъюнкции образованные одной переменной отсутствуют поэтому данное выражение является исходным для реализации схемы рисунок 2. Рисунок 2 Реализация ПФ 3.
35838. Эконометрика 771.13 KB
  Модель парной регрессии. Условия нормальной линейной регрессии ГауссаМаркова. Задачу определения парной регрессии можно сформулировать так: по наблюденным значениям одной переменной X нужно оценить или предсказать ожидаемое значение другой переменнойY. В модели линейной регрессии теоретически предполагается существование между переменными X и Y связи след вида: Простейшая регрессионная модель: y = βx U 1 y зависимая объясняемая переменная результирующий признак; х независимая объясняющая переменная...
35839. Менеджмент 783 KB
  Классическая школа организации управления Школа научного менеджмента самая первая по времени возникновения школа в теории организации. Теоретики этой школы впервые постулировали что объект управления в организации человек и только им можно управлять. Рассматривая организацию как единый организм Файоль определил что для любой деловой организации характерно наличие шести видов деятельности или шести функций: техническая деятельность производство: техника технология инженеры коммерческая деятельность закупка сбыт и обмен...
35840. Линейное программирование. Задачи линейного программирования 769.1 KB
  Симплексный метод решения задачи линейного программирования ЛП Симплексный метод СМ алгебраический метод позволяющий решить задачу ЛП с помощью итераций. Идея СМ начиная с некоторого исходного опорного решения начальной точки с учетом ограничений осуществляется последовательно направленное перемещение по опорным решениям задачи к оптимальному к точке глобального оптимума угловая точка такая что при перемещении в любую другую точку допустимой области решений значение ЦФ не убывает для задач на mx и не возрастает на min....
35841. Методы расчета линейных электрических цепей постоянного тока 682 KB
  После нахождения контурных токов токи которые протекают в совместных ветвях находят как разности соответствующих контурных токов Метод узловых потенциалов Ток в любой ветви схемы можно найти по закону Ома для участка цепи содержащей ЭДС. Ток в данной цепи не изменяется если ветвь b включает в себя 2 разные и противоположно направленные ЭДС Ток протекающий через данную цепь можно представить как сумму двух токов где I ток вызванный ЭДС E1 и всеми источниками ЭДС и тока активного двухполюсника; I ток вызванный одной ЭДС E2 Можно...
35842. Акушерство и общая медицинская теория 586.08 KB
  Особенности вскармливания недоношенных детей в неонатальном периоде и грудном возрасте. Искусственные смеси в питании недоношенных детей. Предупреждение холодового стресса в группе маловесных детей имеет для них жизненное значение. Принципы первичного туалета недоношенного аналогичны таковым у доношенных детей за исключением купания: купать можно только здоровых недоношенных родившихся с массой более 2000 г.
35843. Математические методы анализа экономики 565 KB
  Этот метод называют также методом последовательного улучшения решения плана. Решить задачу методом больших штрафов РЕШЕНИЕ: Для построения первого опорного плана систему неравенств приведем к системе уравнений путем введения дополнительных переменных переход к канонической форме. Из уравнений выражаем искусственную переменную: которую подставим в целевую функцию: Или Базисные переменные х4 х6 Свободные переменные х1 х2 х3 х5 Полагая что свободные переменные равны 0 получим первый опорный план: X1 = 0008010 Базисное...
35844. Функция полезности: определения свойства 538.06 KB
  Самая распространенная функция КоббаДугласа: g = fLK = 0 Одна из задач фирмы заключается в определении количества продукции и в расчете необходимых для ее выпуска затрат с учетом технологической связи между ними и заданными ценами на затраты и продукцию. Модель фирмы в условиях совершенной конкуренции. Неоклассическая теория фирмы построена на предположении что цель фирмы заключается в максимизации прибыли путем выбора вида затрат при заданной ПФ и заданных ценах на продукцию и затраты. Модель фирмы в условиях олигополии.