Автоматическое
управление
в
технике, совокупность действий,
направленных на поддержание или улучшение
функционирования управляемого объекта
без непосредственного участия человека
в соответствии с заданной целью
управления. А.у. широко применяется во
многих технических и биотехнических
системах для выполнения операций, не
осуществимых человеком в связи с
необходимостью переработки большого
количества информации в ограниченное
время, для повышения производительности
труда, качества и точности регулирования,
освобождения человека от управления
системами, функционирующими в условиях
относительной недоступности или опасных
для здоровья (см. Автоматизация
производства,
Автоматизация
управленческих работ).
Цель управления тем или иным образом
связывается с изменением во времени
регулируемой (управляемой) величины —
выходной величины управляемого объекта.
Для осуществления цели управления, с
учётом особенностей управляемых объектов
различной природы и специфики отдельных
классов систем, организуется воздействие
на управляющие органы объекта —
управляющее воздействие. Оно предназначено
также для компенсации эффекта внешних
возмущающих воздействий, стремящихся
нарушить требуемое поведение регулируемой
величины. Управляющее воздействие
вырабатывается устройством управления
(УУ). Совокупность взаимодействующих
управляющего устройства и управляемого
объекта образует систему автоматического
управления.
Система
автоматического управления
(САУ) поддерживает или улучшает
функционирование управляемого объекта.
В ряде случаев вспомогательные для САУ
операции (пуск, остановка, контроль,
наладка и т.д.) также могут быть
автоматизированы. САУ функционирует в
основном в составе производственного
или какого-либо другого комплекса.
История
техники насчитывает много ранних
примеров конструкций, обладающих всеми
отличительными чертами САУ (регулирование
потока зерна на мельнице с т. н. «потряском»,
уровня воды в паровом котле машины
Ползунова, 1765, и т. д.). Первой замкнутой
САУ, получившей широкое техническое
применение, была система автоматического
регулирования с центробежным регулятором
в паровой машине Уатта (1784). По мере
совершенствования паровых машин, турбин
и двигателей внутреннего сгорания всё
более широко использовались различные
механические регулирующие системы и
устройства, достигшие значительного
развития в конце 19 — начале 20 вв. Новый
этап в А.у. характеризуется внедрением
в системы регулирования и управления
электронных элементов и устройств
автоматики и телемеханики. Это обусловило
появление высокоточных систем слежения
и наведения, телеуправления и телеизмерения,
системы автоматического контроля и
коррекции. 50-е гг. 20 в. ознаменовались
появлением сложных систем управления
производственными процессами и
промышленными комплексами на базе
электронных управляющих вычислительных
машин.
САУ классифицируются в основном
по цели управления, типу контура
управления и способу передачи сигналов.
Первоначально перед САУ ставились
задачи поддержания определённых законов
изменения во времени управляемых
величин. В этом классе систем различают
системы автоматического регулирования
(CAP), в задачу которых входит сохранение
постоянными значения управляемой
величины; системы программного управления,
где управляемая величина изменяется
по заданной программе; следящие системы,
для которых программа управления заранее
неизвестна. В дальнейшем цель управления
стала связываться непосредственно с
определёнными комплексными показателями
качества, характеризующими систему (её
производительность, точность
воспроизведения и т. п.); к показателю
качества могут предъявляться требования
достижения им предельных (наибольших
или наименьших) значений, для чего были
разработаны адаптивные, или
самоприспосабливающиеся
системы.
Последние
различаются по способу управления: в
самонастраивающихся
системах
меняются параметры устройства управления,
пока не будут достигнуты оптимальные
или близкие к оптимальным значения
управляемых величин; в самоорганизующихся
системах
с той же целью может меняться и её
структура. Наиболее широки, в принципе,
возможности самообучающихся
систем,
улучшающих алгоритмы
своего
функционирования на основе анализа
опыта управления. Отыскание оптимального
режима в адаптивных САУ может осуществляться
как с помощью автоматического поиска,
так и беспоисковым образом.
Способ
компенсации возмущений связан с типом
контура управления системы. В разомкнутых
САУ на УУ не поступают сигналы, несущие
информацию о текущем состоянии
управляемого объекта, либо в них
измеряются и компенсируются главные
из возмущений, либо управление ведётся
по жёсткой программе, без анализа
каких-либо факторов в процессе работы.
Основной тип САУ — замкнутые, в которых
осуществляется регулирование по
отклонению, а цепь прохождения сигналов
образует замкнутый контур, включающий
объект управления и УУ; отклонения
управляемой величины от желаемых
значений компенсируются воздействием
через обратную связь, вне зависимости
от причин, вызвавших эти отклонения.
Объединение принципов управления по
отклонению и по возмущению приводит к
комбинированным системам. Часто, помимо
основного контура управления, замыкаемого
главной обратной связью, в САУ имеются
вспомогательные контуры (многоконтурные
системы) для стабилизации и коррекции
динамических свойств. Одновременное
управление несколькими величинами,
влияющими друг на друга, осуществляется
в системах многосвязного управления
или регулирования.
По форме представления
сигналов различают дискретные и
непрерывные САУ. В первых сигналы, по
крайней мере в одной точке цепи
прохождения, квантуются по времени,
либо по уровню,
либо как по уровню, так и по времени.
Промышленность
выпускает универсальные регуляторы, в
том числе с воздействием по производной,
по интегралу,
экстремальные
регуляторы,
для
управления различными объектами.
Специализированные САУ широко применяются
в различных областях техники, например:
следящая система управления
копировально-фрезерным станком по
жёсткому копиру; САУ металлорежущих
станков с программным управлением от
магнитной
ленты, перфоленты или перфокарты
(преимущества такого управления
заключаются в относительной универсальности,
лёгкости перестройки программы и высокой
точности обработки деталей); система
программного управления реверсивным
прокатным станом, включающая в свой
контур управляющую вычислительную
машину. В относительно медленных
технологических процессах в химической
и нефтяной промышленности распространены
многосвязные САУ, осуществляющие
регулирование большого количества
связанных величин; так, при перегонке
нефти информация о температуре, давлении,
расходе и составе нефтепродуктов,
получаемая от нескольких сотен датчиков,
используется для формирования сигналов
управления десятками различных
регуляторов. САУ играют важную роль в
авиации и космонавтике, например
автопилот представляет собой САУ
связанного регулирования, а иногда и
самонастраивающуюся систему. В военной
технике применяются высокоточные
следящие системы, часто включающие
вычислительные устройства (например,
система углового сопровождения
радиолокационной станции). При анализе
многих физиологических процессов в
живом организме, таких как кровообращение,
регуляция температуры тела у теплокровных
животных, двигательные операции,
обнаруживаются характерные черты САУ.
Задачи
синтеза устройств А.у. и анализа процессов
в управляемых системах являются предметом
теории автоматического управления.