С. П. Макаревич, М.Қ. Қылышқанов Автоматты реттеу теориясы бойынша лекциялар
жүктеу/скачать 10,8 Mb.
|
КіріспеКеңестік энциклопедиялық сөздікте 1983 ж автоматтандыру ұғымы былай анықталған: «Автоматтандыру – энергияны, материалдарды және ақпаратты алу, түрлендіру, тасымалдау және пайдалану процесіне тікелей қатусудан адамды толығымен немесе жартылай босататын техникалық жабдықтарды, басқарудың экономикалық-математикалық әдістері мен жүйелерін қолдану». Автоматтандыру бастауын 1765-1784 жылдардан алады. Бұл жылдарда орыс механигі И.И.Ползунов Барнаул зауыдында бу қазанындағы су деңгейінің реттегішін құрастырып шығарған, ал ағылшын механигі Дж. Уатт бу машинасының центрден тепкіш жылдамдық реттегішін патенттеген. Атқаратын міндеттерінің және құрылымдық орындалуының әр түрлі болуына қарамастан И.И.Ползунов пен Дж. Уаттың реттегіштерінің жұмыс принциптері ұқсас болып шықты. Осыған байланысты бұл принцип Ползунов-Уатт принципі немесе реттелетін шаманы ауытқу бойынша реттеу принципі деген атауға ие болды. Кейіннен осы принцип техниканың әр түрлі саласында кеңінен таралды. Принциптің мәні мынада: нысанның қажетті күйі оның нақты күйімен салыстырылады және алынған қателік осы ауытқуды минимизациялау үшін қолданылады. Адам әр түрлі тапсырмалар, бағдармалар және басқа да басқару сигналдары түрінде қабылдаған шешімдерді қарастыру мәселесі кіретін жүйені автоматты реттеу жүйесі АРЖ деп атайды. Автоматтандыру нысанының қызмет етуін жүзеге асыратын жеке жергілікті АРЖ-лерінің жиынтығы автоматтандырудың төмендегі деңгейін құрайды. Бұл төменгі деңгей автоматтандырылған технологиялық процестер мен өндірістерді құрудың негізгі техникалық жабдығы болып табылады. Автоматтандырудың жоғарғы деңгейі – автоматты басқару жүйелері АБЖ арқылы жүзеге асырылатын кешенді автоматтандыру. Автоматты басқару жүйелерінің АРЖ-нен айырмашылығы мынада: АБЖ-лерінде басқару сигналдарын қарастыру функциясы ғана автоматтандырылмайды, сонымен қатар басқару мақсатына байланысты осы басқару сигналдарын жасап шығарудың өзі де автоматтандырылады. Ендеше автоматты реттеу теориясы басқару процесінің көп деңгейлі иерархиялық құрылымының төменгі деңгейлік жүйелерін жасаудың негізі болып табылады. Ал басқару процесінің көп деңгейлі құрылымын жасау автоматты басқару теориясының мәселесі болып табылады. Нақты жағдайларда нысан мен автоматты реттегіштен тұратын және тұтас динамикалық жүйе құратын АРЖ орнықпаған динамикалық режимдерде жұмыс істейді. Бұл режимдерді сипаттау жүйелі қарастыру мен едәуір күрделі математикалық аппаратты талап етеді. Сондықтан автоматтандырудың басталу дәуіріндегі инженерлер неліктен машинаға қосылған, осы машинаның қосымша тетігі деп қарастырылған реттегіштің конструкторлардың ойлағанындай әрекет етпей немесе кейде мүлдем машинаны басқармай қоятындығын түсіндіре алмағандығы түсінікті болып шығады. Сондықтан 18 ғасырдың 70-ші жылдарында шапшаң дамып жатқан машина өндірісіне реттегіштер кеңінен енгізіле бастаған кезде реттеу процесін ғылыми тұрғыдан зерттеу және реттегіштің орнықсыздығынан қалай құтылуға болады, реттеу сапасын қалай арттыруға болады деген сұрақтарға жауап беру қажеттігі туындады. Осындай тұңғыш жұмыстың авторы Дж. Маковелл болды. Ол реттегіштердің жұмысының орнықтылығының кейбір теориялық сұрақтарын қарастырады. Бұл жұмыс қажетті деңгейде нәтиже бермегенімен жаңа ғылымды – автоматты реттеу теориясын жасаудағы алғашқы қадам болды. 1887 жылы Петербург техникалық институтының профессоры И.А.Вышнеградский «Тікелей әрекетті реттегіштер жайлы» деп аталатын жұмысын жариялады. Бұл жұмыста ол реттеу жүйесінің теңдеуін құрастырды және оның шешуін берді. И.А.Вышнеградскийдің жұмысы бүкіл әлем бойынша реттеу саласындағы келесі жұмыстарға шешуші әсер етті және сондықтан И.А.Вышнеградскийді ғылыми негізде алдын-ала қойылған талаптарды қанағаттандыратын реттегіштер мен АРЖ-лерін жасауға мүмкіндік беретін классикалық автоматты реттеу теориясының негізін қалаушы деп санайды. Автоматты реттеу теориясының дамуына оның маңызды тарауларының бірі – автоматты жүйелерінің орықтылығын қатаң негіздеген белгілі орыс ғалымы А.М.Ляпунов 1857-1918 үлкен үлес қосты. Кәсіпорын өндірісінің интенсивті дамуы және өндірістік қондырғылардың жұмысының сапасы мен дәлдігіне қойылатын талаптардың жоғарылауы автоматты реттеу теориясының одан әрі дамуына ықпал етті. Аналитикалық және графикалық тәсілдерді, зерттеудің теориялық және тәжірибелік әдістерін қамтитын жиіліктік әдіс дами бастады. Теріс кері байланысты радиотехникалық күшейткіштердің орнықтылық критерийі ұсынылған Х.Найквисттің (1932 ж) жұмысы жарық көрді. Бұл критерий тұйық емес жүйенің жиіліктік сипаттамасының қасиеттеріне негізделді. Реттеу теориясында жиіліктік әдістерді қолданудың тиімділігін негіздеген және реттеу тізбегін ажыратуды талап етпейтін жаңа орнықтылық критерийін ұсынған А.В.Михайловтың жұмыстары жарық көрді. 1946 жылы Г.Боде мен Л.Мак-Кол логарифмдік жиіліктік сипаттамаларды енгізді. АРЖ-сінің сапасын зерттеу үшін Флойд заттық жиіліктік сипаттаманы трапециялар қосындысы арқылы аппроксимациялауды ұсынды. Д.Кемпбел, В.В.Солодовников және басқа да зерттеушілер жүйелерді есептеу және синтездеудің жиіліктік әдістерін жасауды инженерлік есептеулер үшін қолайлы түр беріп аяқтады. Осы және осыдан кейінгі жылдарда сызықсыз жүйелер теориясының жалпы негіздері жасалды, соның ішінде фазалық жазықтықтар, гармониялық сызықтандыру, біртіндеп жақындау, құрылымы айнымалы жүйелер әдістері жасалды. Оларды жасауға А.А.Андронов, А.И.Лурье, М.А.Айвазян, В.М.Попов, С.В.Емельянов және басқалар үлкен үлес қосты. Г.В.Щипановтың, В.С.Кулебакиннің, В.Н.Петровтың еңбектерінде ұйытқу бойынша автоматты реттеу теориясы, ұйытқуды компенсациялау теориясы, инварианттылық принципі жасалды. В.В.Казакевич, А.А.Фальдбаум, А.А.Красовский және басқалар экстремалдық басқару принципі мен экстремумды іздеу теориясын жасады. Л.С.Понтрягин, Н.Н.Красовский және басқалар оңтайлы басқару теориясының негіздерін жасады. Шапшаң әрекетті сандық есептеуіш машиналардың пайда болуы жаңа әдістерді жасауға импульс берді. Соның ішінде күй айнымалылары әдісі жасалды және басқару контурында сандық ЭЕМ бар үздік, үздік-үздіксіз жүйелер теориясы одан әрі дамыды, өндірістік процестерді автоматтандыру деңгейі жаңа, неғұрлым жоғары дәрежеге көтеріледі. Мини- және микроЭЕМ, микропроцессорлық техниканы қолдану негізінде күрделі басқару заңдарын жүзеге асыратын өздігінен бапталатын және өзін-өзі оқытатын автоматты жүйелерді енгізу мүмкін болды. Қазіргі кезде автоматты басқару теориясы интенсивті түрде дамуын жалғастыруда. Ол тек қане жаңа теориялық зерттеулермен толықтырылып қоймай, сонымен қатар автоматтандыру жабдықтарын жобалауда, баптауда және пайдалануда кеңінен қолданылатын жаңа қолданбалы инженерлік есептеулер әдістерімен байытылуда. Жұмыстың осы түрлері ШҚМТУ-нің «Автоматтандыру аспаптары мен жүйелері» мамандануының түлектерінің кәсіптік қызмет нысандары болып табылады. Осыған байланысты автоматтандырылған басқару теориясының негіздерін оқу 340140 «Аспап жасау, автоматтандыру жүйелерінің аспаптарын жөндеу және жұмысқа дайындау» мамандығының оқу жоспарына енгізіліп отыр. Ұсынылып отырған оқу құралы «Автоматтандырылған басқару курсының бағдарламасына сәйкес жоғарыда аталған мамандану үшін жасалған және пәннің «Сызықты бір өлшемді үздіксіз АРЖ-лері» тарауы бойынша студенттерге конспектілік түрде қажетті білім мөлшерін беруге арналған. 1 Автоматты реттеу жӘне басқару теориясының негізгі ұғымдары мен анықтамалары жүктеу/скачать 10,8 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|