Реферат: Теория автоматического управления. (Управление техническими системами)

Теория автоматического управления. (Управление техническими системами)


Характеристика, актуальность и аудитория дисциплины:

Теория автоматического управления (ТАУ) составляет базовую основу кибернетики как науки об управлении. Классическая ТАУ решает задачи оптимизации и адаптации для малых отклонений параметров разрешенных режимов работы системы управления.

Предметом современной ТАУ применительно к сложным объектам управления является оптимизация в целом. В этом смысле современная ТАУ это совокупность методов и средств интеллектуального управления. При этом характерной чертой соответствующих методов и средств ТАУ является максимальная эффективность использования возможностей объекта управления, посредством многокритериальной оптимизации основных процессов, при условии частичной неопределенности информации, как о свойствах объекта управления, так и внешней среды его функционирования. Наиболее важными в ТАУ являются понятия системы и модели системы. При этом модель системы понимается как конкретная математическая абстракция, характеризующая процесс любой природы (физический, биологический, экономический и т.п.). Фактически, модель это процесс, выраженный через установленные связи между параметрами входа, выхода и параметрами состояния объекта управления. Для описания динамики объекта управления обычно используется векторное и матричное представление в пространстве всех возможных состояний.

Структура курса соответствует отмеченным выше соображениям. В целом, курс включает в себя как вопросы теории систем, их основных детерминантах и характеристиках, так и вопросы собственно теории управления техническими системами. В качестве лабораторного практикума предусмотрено изучение программной модели автоматизированной системы оценки механического состояния объектов техники (на примере парка газоперекачивающих агрегатов), а также некоторые практические вопросы работы с указанной моделью.

Курс предназначен для студентов старших курсов в соответствии с утвержденной программой обучения.


Цель и задачи дисциплины:

Цель курса состоит в предоставлении студентам необходимых знаний по основам общей теории и методологии систем и общим вопросам управления техническими системами.

Задачей курса является освоение современных методов общей теории и методологии систем, основ управления техническими системами, а также практических способов анализа и решения отдельных общих вопросов управления системами.


Содержание дисциплины:

Понятие системы. Предварительный анализ. Существующие определения и их основная закономерность. Основные понятия и определения. Виды и компоненты систем. Понятие состояния системы. Критерии оценки состояния и принятие решений.

Структура системы. Определение и особенности. Нормальные и динамические структуры. Виды структур. Системы и окружение. Виды систем относительно окружения. Границы системы. Ориентация и взаимоположение систем.

«Величина» и сложность систем. Понятие «большая система». О сложности систем. Простая система и её усложнения. Система и подсистема. Равенство и подобие систем.

Модель автоматизированной системы (АС) оценки состояния механического оборудования на примере парка газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорных станций (КС). Структура системы. Основные задачи и функции по структуре АС. Математические модели, алгоритмы и технология обработки измерительной информации.

Задающее воздействие. Выходная величина. Управление или управляющий сигнал. Замкнутые системы. Виды регуляторов. Уравнение замкнутой системы. Передаточная функция.

Устойчивость линейных управляемых систем. Критерии устойчивости. Точность линейных управляемых систем. Статические и астатические системы. Точность управляемых систем в установившемся режиме. Задача о накоплении возмущений.

Импульсное управление. Передаточные функции импульсных систем. Уравнение импульсной системы. Устойчивость линейных импульсных систем. Критерии устойчивости. Точность линейных импульсных систем.

Управляемые системы с запаздыванием. Устойчивость систем с запаздыванием. Критерии устойчивости.

Понятие устойчивости по Ляпунову (уравнение, система уравнений). Асимптотическая устойчивость (уравнение, система уравнений).


Требования к уровню освоения:

Знание целей и методологии создания систем различных классов. Умение сформулировать и поставить конкретную задачу управления линейной системой, определить и сформулировать основные этапы решения задачи. Знание методов решения отдельных задач и условий устойчивого управления.


Базовые вопросы по курсу:

Техническая диагностика. Цель, назначение и основные задачи.

Стратегии эксплуатации и их основные характеристики. Что такое «техническое состояние? Структура задач оценки технического состояния.

Основные характеристики состояния и общие способы их оценки.

Построение функции для автоматической оценки технического состояния.

Системное движение. Условия возникновения.

Системное движение. Основные причины актуальности.

Методологические противоречия системной проблематики.

Лексический анализ и его выводы.

Определение системы по Анохину и его особенности.

Структура и особенности функциональной системы по Анохину.

Формальная схема поиска определения понятия «система» и её обоснование.

Универсальные детерминанты деятельного акта. Символическая формула знания.

Причинные соотношения в структуре деятельного акта.

Основные особенности цели. Предварительное определение понятия «система» и его неточности.

Универсальное понятие функционирования. Понятие состояния.

Критерий достижения результата. Виды результатов (по соотношению цели и характера деятельности).

Качество функционирования.

Исполнительная часть деятельного акта. Эффект системы.

Определение понятия «система» на настоящее время.

Три основные принципа систем. Системы 1-го и 2-го рода.

Понятие элемента. Норма состояния. Норма существования и норма поведения.

Связи элементов. Понятия среды и окружения.

Связи как функциональные образования.

Внутренний элемент и внутренняя подсистема. Пример внутренней подсистемы и её возможных состояний.

Структура системы. Функциональная структура системы.

Нормальные и динамические структуры.

Понятия простых и сложных систем. Понятие «большая система».

Задающее воздействие. Выходная величина. Управление. Физический смысл понятий.

Замкнутые линейные системы и их особенности.

Примеры простейших регуляторов.

Передаточная функция. Физический смысл.

Понятие устойчивости линейных систем с постоянными коэффициентами. Физический смысл.

Критерий устойчивости Гурвица.

Критерий устойчивости Льенарда-Шипара.

Критерий устойчивости Рауса.

Критерий устойчивости Найквиста.

Понятия статических и астатических систем.

Точность управляемых систем в установившемся режиме (при полиномиальных воздействиях).

Точность управляемых систем в установившемся режиме (при косинусоидальных воздействиях).

Понятие импульсного управления.

Понятие передаточной функции импульсных систем.

Понятие устойчивости импульсных систем.

Критерии Рауса и Гурвица.

Критерий Найквиста.

Понятие точности линейных импульсных систем.

Управляемые системы с запаздыванием.

Понятие устойчивости системы с запаздыванием.

Понятие устойчивости по Ляпунову (уравнение, система уравнений).

Асимптотическая устойчивость (уравнение, система уравнений).


Литература:

А) Основная:

Лекции.

Толстов А.Г. Учебное пособие. Введение в методологию теории систем. –М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004.

Л.С. Гноенский, Г.А. Каменский, Л.Э. Эльсгольц. Математические основы теории управляемых систем. - М.: Наука, 1969.

А.А. Ерофеев. Теория автоматического управления. –М.: Политехника, 2003.

В.Г. Болтянский. Математические методы оптимального управления. –М.: Наука, 1969.

Сазонов Г.Г. Основы теории автоматического управления. –М.: НППА «Истек», 2003.



В) Дополнительная:

В.Д. Большаков. Теория ошибок наблюдений. - М.: Недра, 1983.

Вентцель Е.С. Теория вероятностей. –М.: Высшая школа, 1998.

В.А. Карташев. Система систем. - М.: Прогресс-Академия, 1995.

К. Спиди, Р. Браун, Дж. Гудвин. Теория управления. - М.: Мир, 1973.

Д. Табак, Б. Куо. Оптимальное управление и математическое программирование. - М.: Наука, 1975.

Эйдерман В.Я. «Основы теории функций комплексного переменного и операционного исчисления». -М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.

Филлипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью.