В.3. Автоматизация. Автоматика. Информационный характер процессов управления
Внедрение автоматически действующих устройств в тот или иной процесс называется автоматизацией.
Устройство, агрегат, машина и вообще какая-нибудь система называется автоматическими, если они выполняют свои основные функции без непосредственного участия человека. Автоматические устройства иногда для краткости называют просто автоматами (от греч. - самодействующий).
Автомат (в технике) – устройство, которое без непосредственного участия человека выполняет процессы приёма, преобразования, использования и передачи энергии, материалов и информации, согласно заложенной в него программе.
Автомат (в математике, кибернетике) – это математическая модель реально существующих или принципиально возможных систем, которые принимают, хранят и перерабатывают в дискретные моменты времени дискретную информацию.
Понятие автоматизации тесно связанно с понятием механизации. Механизация освобождает человека от физической работы, сохраняя за ним функции управления работой машины и функции контроля за результатами этой работы.
При автоматизации функции управления и контроля также передаются машинам. За человеком остаются лишь функции наладки, настройки и общего наблюдения за работой машин (пример - ЭВМ). Автоматические устройства широко внедряются в различные отрасли техники, и, в первую очередь там, где человеку невозможно или опасно было бы точно и эффективно управлять работой созданных им машин (например, химические заводы, атомные электростанции, самолеты, корабли, средства связи и т.д.).
Выявлением и практическим использованием общих закономерностей, имеющихся в работе автоматических систем различной природы – механических, пневматических, гидравлических, электрических, электронных и др. – занимается научная дисциплина – автоматика.
Автоматика включает в себя теорию технических средств (элементов) автоматики и теорию автоматического управления (ТАУ).
Теория элементов автоматики занимается изучением принципов построения и методов расчета элементов автоматических систем (датчиков, усилителей, двигателей и т.д.).
Предметом ТАУ является изучение автоматических систем в целом.
Теория элементов автоматики и ТАУ тесно связанны друг с другом единством целей и применяемых методов исследования. Нельзя правильно разобраться в принципе действия современных автоматических устройств и систем, не обладая познаниями в области технических средств автоматики. Точно так же нельзя грамотно спроектировать и рассчитать какой-либо элемент автоматической системы, не зная основных особенностей её работы.
ТАРиУ является одной из научных дисциплин образующих в совокупности науку об управлении (кибернетику).
Вначале она создавалась для изучения статики и динамики процессов автоматического управления техническими объектами (производственными, энергетическими). В настоящее время её результаты распространяются на изучение систем управления экономическими, биологическими, организационными объектами, используются при построении АСУ ТП, АСУП на новой более сложной и современной основе.
Для осуществления автоматического управления создается система, состоящая из управляемого объекта и связанного с ним управляющего устройства.
Система управления (САУ) как и всякая техническая система должна выполнять свои функции (предписанную программу действий), несмотря на внешние воздействия и помехи среды. То есть система управления, как и всякое техническое сооружение, должна быть (в терминах механики) как бы конструктивно жесткой и динамически «прочной» (механические термины здесь условны). В этой связи в ТАУ изучаются такие основные проблемы, как:
- устойчивость;
- качество переходных процессов;
- точность;
- оптимальность;
- адаптивность.
Общим для процессов управления в системах является их информационный характер, т.е. всякий процесс управления для достижения цели требует сбор, обработку, передачу и использование информации.
Рис. В.1. Информационный характер процесса управления
Итак, при автоматизации важно изучить технологический процесс (объект, систему) – процесс преобразования материала, энергии и информации, выделить и изучить информационный процесс при управлении.
При изучении процессов управления в ТАУ абстрагируется от природы и конструктивных особенностей элементов САУ, вместо реальных объектов рассматривают их адекватные математические модели.
Основными методами изучения информационных процессов являются методы алгоритмизации и моделирования. Моделирование систем основано на изоморфизме функционирования различных систем (Многие системы описываются одинаковыми дифференциальными уравнениями). Математическим фундаментом теории управления и автоматизации является теория (обыкновенных) дифференциальных уравнений и исследование устойчивости их решений.