Основные понятия и определения в автоматике

Автоматизация

Процессом называют взаимосвязанные действия или явления [1, 2, 6]. В технологических процессах (ТП) промышленного производства выполняются действия, называемые технологическими операциями. Это рабочие технологические операции, создающие требуемый продукт или результат (например, изготовление вала машины на станке), вспомогательные технологические операции, создающие условия для выполнения рабочих операций (например, установку заготовки вала машины на станок и извлечение готового вала из станка), и операции управления рабочими и вспомогательными операциями, обеспечивающие достижение цели управления ТП — изготовление вала машины.

С возникновением производства все операции ТП выполнял человек, используя свои физические силы и интеллектуальные способности. Затем человек стал создавать механизмы, заменяющие его физический труд использованием силы ветра, напора воды, силы животных, силы паровых, электрических, пневматических, гидравлических и реактивных двигателей. Механизация ТП освободила человека от физической работы по выполнению рабочих и вспомогательных операций, но операции управления ТП долгое время выполнял человек. С развитием и усложнением технологий (совокупностей определённых ТП) человек стал создавать контрольно-измерительные приборы, дающие ему информацию о ходе ТП и состоянии объекта управления (ОУ) для улучшения качества ручного управления ТП. Однако, с увеличением объёма необходимой информации и скорости выполнения рабочих и вспомогательных операций ТП, человек физически не мог обеспечить качественное ручное управление ТП и стал создавать системы автоматического управления (САУ), в которых информация о ходе ТП используется для автоматического управления ТП без непосредственного участия человека, обеспечивая автоматизацию ТП. Автоматизация ТП частично или полностью освобождает человека от интеллектуальной работы по управлению ТП, обеспечивая физически недостижимые для человека быстроту, точность и оптимальность выполнения операций управления ТП при изменяющихся условиях выполнения ТП [1, 2, 6].

Наука о закономерностях управления процессами в живой и неживой природе называется кибернетикой, где в качестве ОУ рассматриваются живые организмы, коллективы людей, машины и другие ОУ, для управления которыми используется информация о результатах их функционирования по принципу обратной связи. Наука о методах и средствах автоматического управления техническими ОУ называется технической кибернетикой [1, 2, 6]. Основой кибернетики является теория управления, а основой технической кибернетики — теория автоматического управления, которые оперируют математическими моделями элементов и САУ, рассматривая их информационные связи друг с другом и с окружающей средой и решают задачи анализа и синтеза САУ. Анализ САУ заключается в определении и количественной оценке свойств САУ с заданной структурой и известными параметрами элементов и внешних воздействий. Синтез САУ заключается в определении необходимой структуры и параметров элементов САУ для получения заданных свойств САУ при заданных воздействиях. Теория управления определяет три основных свойства САУ: устойчивость (работоспособность); инвариантность (нечувствительность САУ к вариациям внешних возмущающих воздействий); робастность (грубость САУ, малая чувствительность свойств САУ к вариациям собственных внутренних параметров своей математической модели). Для САУ важны и такие свойства, как надежность, срок службы, масса и габариты, стоимость, эксплуатационные расходы и другие свойства, определяемые энергетическими и экономическими показателями САУ, которые не рассматриваются теорией управления [1, 2, 6].

См. также:  Передаточные функции замкнутых САУ

Автоматикой называется совокупность методов и технических средств автоматического управления всеми операциями по осуществлению ТП в технических ОУ без непосредственного участия человека-оператора. Термин «автоматика» образован от греческих слов «ауто» (сам) и «матос» (самодействие) [2, 6].

В системах автоматического управления (САУ) все операции управления выполняются автоматическими устройствами, и поэтому САУ могут нормально работать без участия человека. В автоматизированных системах управления (АСУ) часть операций управления выполняют автоматические устройства, а другую часть операций управления выполняет человек-оператор (диспетчер, пилот, шофер и т. п.), без участия которого АСУ работать не могут [1, 2, 6].