Читайте также:
|
При проектировании, разработке и создании сложных объектов, к которым относятся и объекты управления, требуются знания о количественных и качественных закономерностях, свойственных рассматриваемым объектам.
Объекты и системы представляют собой совокупность материальных тел, находящихся в непрерывном взаимодействии друг c другом и с окружающей средой.
Осуществить практическую проверку тех или иных закономерностей, присущих сложным объектам, не представляется часто возможным по ряду соображений. Кроме того, это потребовало бы больших материальных затрат и затрат времени. В связи с этим приобретает большое значение изучение свойств и закономерностей рассматриваемых сложных объектов на базе методов моделирования.
Модель - это такой материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе изучения заменяет объект - оригинал, сохраняя некоторые, важные для данного исследования типичные его черты.
Замещение одного объекта другим с целью получения информации о важнейших свойствах объекта оригинала с помощью объекта-модели называется моделированием. Моделирование может быть определено как представление объекта моделью для получения информации об этом объекте путем проведения экспериментов с его моделью.
Моделирование - это метод исследования свойств одного объекта путем изучения свойств другого, более удобного для исследования и находящегося в определенном соответствии с объектом – оригиналом.
Оригинал - это объект, у которого определенные свойства изучаются методом моделирования. В общем случае оригинал имеет более широкую интерпретацию. Оригинал - это объекты: реальные, проектируемые, явления, процессы, режимы.
Принцип моделирования заключается в наблюдении за системой, подверженной воздействию внешних или внутренних факторов при достижении системой определенного состоянии, которое может быть как задано, так и неизвестно из-за отсутствия информации или по каким-либо иным причинам. Моделирование позволяет определить сможет ли система функционировать при таких условиях или нет во время этого перехода. Определение качества функционирования сложной системы, выбор оптимальной структуры и алгоритма поведения, построение системы в соответствии с поставленной перед ней целью является главной задачей при проектировании современных сложных систем.
В теории автоматического управления объект управления – это устройство, машина или процесс, состояние и поведение которого характеризуется некоторыми физическими величинами. Эти величины могут быть измерены, то есть в принципе поддаются измерению, прямому или косвенному. В общем случае, объект описывается еще и некоторыми физическими величинами, которые не поддаются измерению. Объект управления способен воспринимать внешние воздействия и реагировать на них изменением значений выходных величин. Описание объекта управления состоит в выражении связи реакции объекта, как функции времени и ее причин, входных воздействий. Технологические объекты, как правило, имеют несколько входных и несколько выходных величин, которые в зависимости от поставленной задачи управления могут быть управляемыми, управляющими и возмущающими.
Управление техническим объектом состоит в выработке команд, реализация которых обеспечивает целенаправленное изменение состояния этого объекта при соблюдении заранее обусловленных требований и ограничений. В отношении выполняемых элементами системы функций всякая система управления в наиболее укрупненном виде должна состоять из двух основных элементов: управляемого объекта (в котором протекает подлежащий управлению процесс) и контроллера (осуществляющего функции управления этим процессом). Простейшая структурная схема представлена на рисунке 1. Здесь контроллер КН, получая информацию о цели управления в виде меняющегося во времени t сигнала x(t), формирует управляющее воздействие m(t) на объект ОБ таким образом, чтобы управляемая величина y(t) менялась в соответствии с изменением x(t), то есть так, чтобы достигалась цель управления y(t)=x(t). На схеме L(t) – возмущающие воздействия, число которых может быть любым (в том числе и неконтролируемые).
|
Рисунок 1 – Структурная схема с истемы управления
Подобная система управления может реально функционировать только тогда, когда между изменением y(t) и вызвавшим его изменением m(t) в объекте существует однозначное соответствие. Это соответствие отражается в математической модели объекта, которая предполагается заранее известной и может быть использована для определения алгоритма функционирования контроллера(алгоритма управления). Одним из условий функционирования рассмотренной структуры системы управления является то, что математическое описание объекта должно быть известно для любого момента времени с достаточно высокой точностью. То есть необходимо иметь выраженные в виде уравнений основные закономерности, присущие данному объекту и характеризующие статические и динамические связи между его входными и выходными величинами.
С давних времен при изучении сложных процессов, конструировании новых сооружений человек применял модели. Хорошо построенная модель более доступна для исследования. Некоторые объекты вообще не могут быть изучены непосредственно: большие размеры, недоступность (скважина); эксперименты с планетами Солнечной системы, с экономикой страны в целом и т.д. Другое назначение модели заключается в том, что она помогает:
1) выявлять наиболее существенные факторы, формирующие свойства объекта;
2) научиться правильно управлять объектом, апробируя различные варианты управления, когда на реальном объекте это недопустимо;
3) прогнозировать динамическое состояние объекта под действием различных факторов.
Итак, модель нужна для того, чтобы:
1) понять, как устроен конкретный объект, какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром;
2) научиться управлять и выбрать наилучшие способы управления;
3) прогнозировать прямые или косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействия.
Модель должна отвечать следующим требованиям:
1) возможность отображения реальной, либо потенциально реализуемой
ситуации;
2) наличие определенных правил, устанавливающих взаимно однозначное
соответствие между моделью и объектом – оригиналом;
3) простота и надежность отображения определенных, интересующих исследователя сторон оригинала с необходимой полнотой и достоверностью.
Модель первоначально выполняет отображающую функцию, далее сама становится объектом исследования.
Отличительной особенностью процесса проектирования систем управления является его совмещение во времени с разработкой и изготовлением технологических агрегатов. А это означает, что единственной возможностью получения информации о свойствах еще не созданной технической системы является аналитическое описание процессов, характерных для элементов такой системы. Привлечение теоретических положений физики (иногда и химии) в приложении к конкретным особенностям изучаемого объекта является основой таких аналитических методов. То есть аналитические методы учитывают структуру и все физико-химические особенности протекающих в объекте управления процессов.
Во многих случаях модель, принятая при проектировании, существенно отличается от реального объекта, что значительно уменьшает эффективность разработанной системы управления. В связи с этим возникло одно из направлений в теории управления, связанное с построением модели на основании наблюдений, полученных в условиях функционирования объекта по его входным и выходным переменным. Это направление известно как идентификация систем. В этом направлении разработаны свои принципы, подходы и методы, которые нашли широкое применение в различных областях науки и техники, и, в том числе в биологии, медицине, аэронавтике, экономике.
Ни одна модель не может быть исчерпывающе полной. Она всегда ограничена и должна соответствовать целям моделирования, отражая ровно столько свойств исходного объекта и в такой полноте, сколько необходимо для конкретного исследования. Вместе с тем, полученная модель должна отражать закономерности, действующие в реальном объекте, с точностью, определяемой требованиями решаемой задачи управления. От этого зависит качество управления.
Дата добавления: 2015-04-12; просмотров: 16 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |