Автоматиканың негізгі түсініктемелері

Дәріс 1. Автоматиканың негізгі түсініктері және автоматты басқару теориясына кіріспе

Анықтамалар. Пәннің мақсаты

Автоматиканың бірнеше анықтамасы бар. Соның ішінде Ресейдің энциклопедиялық сөздігінде келтірілген анықтама бойынша Автоматика автоматты жұмыс істейтін құрылғылар мен жүйелер туралы теориялық және қолданбалы білім аймағы, сонымен қатар автоматты жұмыс істейтін мехнизмдер мен құрылғылардың жиынтығы болып табылады.

«Автоматика негіздері» пәнінің мақсаты адамның қатысуынсыз белгілі бір жүйеге бағытталған функцияларды орындайтын басқарылатын техникалық жүйелер мен құрылғылар құрылу принциптерін меңгеру болып табылады.

Автоматиканың негізгі түсініктемелері

Автоматиканың негізгі объектісі басқару объектісі (БО) болып табылады. Басқару объектісі дегеніміз қойылған мақсатқа жету үшін арнайы ұйымдастырылған әсерлер қарамағында болатын техникалық құрылғы, қондырғы немесе үрдіс. Мұндай арнайы ұйымдастырылған әсерлерді басқару деп атаймыз. Басқару үрдісінде өзгермей сақталатын немесе мақсатты түрде өзгертілетін БО физикалық шамаларын басқарылатын шамалар деп атаймыз. Басқару объектісінің күйін өзгертетін факторларды әсерлер деп түсінуге болады. Олар қоздырушы және басқарушы әсерлерге бөлінеді. Қоздырушы әсерлер (f) негізінен кездейсоқ сипатқа ие. Мысалы, қоршаған ортаның температураға, қысымға, ауа жылдамдығына, электр желісіндегі кернеу тербелісінің БО әсері қоздырушыәсерлерге жатады. Автоматты басқару құрылғысы (ары қарай басқарушы құрылғы – БҚ деп аталады) басқару объектісіне басқару заңдылығына сәйкес басқарушы әсер (g) етеді.

Басқару объектісіне кіретін немесе одан шығатын энергияны, материал немесе ақпарат жиынтығын, қоздырушы және басқарушы әсерлерді, сонымен қатар, реттелетін көрсеткіштерді шартты түрде сигналдар деп атаймыз. Бағытына байланысты басқару объектісіне әсер ететін сигналдар кіріс (u) және шығыс (y) сигналдарға бөлінеді. Басқару объектісі үшін қоздырушы және басқарушы әсерлер кіріс сигнал болады ал реттелетін көрсеткіштер тіпті физикалық тұрғыдан олар обьекттің сыртына шықпаса да (мысалы, сұыққоймадағы сұйықтықтың деңгейі, электрқозғалтқыш орамдарындағы кернеу т.б.) әрқашанда шығыс сигналдарға жатады Жалпы жағдайда сигналдар екіден көп болуы мүмкін, онда олар әдетте векторлармен белгіленеді, ал жүйе көппараметрлі деп аталады.

Сұлбада (1.1 - сурет) басқару объектісіне әртүрлі сигналдардың әсерлері көрсетілген.

1.1-сурет. Басқару объектісі

Автоматты басқарылатын объектілер құрамына конструктивті және сұлбалық элементтер кіреді. Олардың әр біреуі энергиямен ақпаратты беруі бойынша және оларды түрлендіруі бойынша белгілі бір қасиеттерге ие. Бұл элементтердің түрлендіргіш ретіндегі қасиеттері түрлендіру операторларымен (ТО) сипатталады. Басқа жағынан әрбір элемент, «кіріс-шығыс» түрлендіруін жүзеге асыратын жүйе буыны ретінде қарастырылады. Бұл элементтер шартты түрде тікбұрышты шартты белгімен белгіленеді. Берілген сипаттаманы қамтамасыз ететін «себеп-салдар» байланысымен нақты кескіндегі элементтердің бірігуі басқару жүйесін (БЖ) қалыптастырады.

Функционалдық сұлбалар жүйенің жеке элементтерімен орындалатын функцияларын (салыстыру, түрлендіру, күшейту және т.б.) көрсетеді. Функционалдық сұлбаларда бағытталған сызықтар (линия со стрелками) функционалды құраушы элементтердің себеп-салдар байланыстарын көрсетеді. Автоматты басқару жүйесінде (АБЖ) басқару адамның қатысуынсыз арнайы техникалық құралдармен орындалады.

Егер басқарушы әсер оператор көмегімен жүзеге асырылса, онда басқару жартылай автоматты болады, ал жүйе осы жағдайда автоматтандырылған деп аталады.

1.2 - суретте АБЖ үлкейтілген функционалды сұлбасы көрсетілген, ол келесі сипатты функционалды блоктардан тұрады: беруші құрылғы – БҚ; салыстырушы құрылғы – СҚ; түрлендіруші құрылғы – ТҚ; түзетуші құрылғы – ТТҚ; орындаушы құрылғы – ОҚ; өлшегіш жүйе - ӨЖ. Аталған құрылғылардың жиынтығын басқарушы құрылғы – БСҚ деп атаймыз.

Нақты АБЖ осы функционалды блоктардың әр түрлі байланыстарын көрсетеді. Сонымен қатар кейбір блоктар кездеспейді, ал кейбіреулерінің саны бірнеше болуы мүмкін. 1.2 - суретте кейде массив түрінде болатын кейбір кіріс және шығыс сигналдар үшін жиі қолданылатын белгіленулер келтірілген. Бұл жағдайда жүйе көппараметрлі деп аталынады. Функционалды блоктарға бағыттау сызықпен белгіленген «себеп-салдарлы» байланыстар тән. Алдағы уақытта АБЖ құрастырушы элементтері бір бағытты қасиетке ие деп санаймыз.

1.2 - сурет. АБЖ функционалды сұлбасы.

Бұл дегеніміз АБЖ алдыңғы элементінің күйі келесі элементтің күйіне тәуелді еместігін білдіреді. Мысалы, автокөліктің рулі дөңгелектің орналасуын өзгерту арқылы автокөлік қозғалысының бағытын өзгерте алады, бірақ қозғалыс кезіндегі дөңгелектің елеусіз өзгерісі рульге әсер етпейді.

АБЖ функционалды блогы автоматиканың техникалық құралдары және автоматика аспаптары арқылы орындалады. Берілген кітаптың келесі бөлімдері автоматиканың техникалық құралдарының тағайындалуы мен құрылым қатарын оқуға арналған.

АБЖ функционалдық блоктары ақпараттық және механикалық жүйелермен, сонымен қатар, программалық құралдар түрінде жүзеге асырылуы мүмкін. АБЖ сипаттамалық ерекшелігі – механикалық және ақпараттық бөлімдегі өзара байланысқан энергетикалық және ақпарттық ағымдардың бар болуы.

АБЖ анализі және синтезі Автоматты басқару теориясы (АБТ) ғылымының негізгі міндеті болып табылады.

Енді АБЖ талдау есебін толық түрде тұжырымдауға болады. Дәлірек айтсақ, АБЖ талдау элементтердің сипаттамаларына қатысты және солардың арасындағы себеп-салдарына қатысты жүйенің құбылысының өзгеріс заңдылықтарын, сонымен қатар құбылыстар қасиетін көлемдік бағалауды анықтайды. Автоматты басқару теориясының (АБТ) бір құрастырушы бөлігі автоматты реттеу теориясы болып табылады, мұнда автоматты реттеу жүйесін (АРЖ) есептеу, жобалау және зерттеу тәсілдері, техникалық үрдістердің автоматты реттеу принциптері қарастырылады.

Көптеген жағдайларда талдау нәтижелері бойынша АБЖ синтездеу жүргізіледі. АБЖ синтездеу кезінде қажетті құбылысты алу үшін элементтерді және солардың арасындағы себеп салдар байланыстарын таңдау жүргізіледі.