Transcript Лекція 1. Вступ.
Slide 1
Лекція 1. Вступ.
Дисципліна “Теоретичні основи
автоматики”
Лектор: Потапенко Микола Валентинович
Slide 2
План
•
•
•
1. Основні поняття і визначення.
2. Короткий історичний нарис з
розвитку автоматики і автоматизації.
3. Особливості автоматизації
сільськогосподарського виробництва
Slide 3
1. Основні поняття і визначення.
Виділяють такі рівні автоматизації:
Часткова автоматизація. Припускає автоматизацію тільки
окремих виробничих операцій. Не звільняє цілком людину
від участі у виробництві.
Комплексна автоматизація. Відноситься до технологічного
процесу і означає автоматичне виконання всього комплексу
операцій, об’єднаних загальною системою керування.
Функція людини – спостереження, аналіз і зміна режимів
процесу.
Повна автоматизація. Вибір і узгодження режимів роботи
здійснює спеціальний автомат. Функція людини – огляд,
профілактика, ремонт, перебудова всієї системи.
Slide 4
Основні переваги автоматизації полягають у
можливостях забезпечити:
- зростання продуктивності та поліпшення умов
праці;
- виконання робіт у важкодоступних чи взагалі
недоступних для людини ділянках (радіоактивні зони,
космос, окремі види металургійного та гірничого
виробництва);
- підвищення точності, якості технологічних процесів і
відповідних виробів;
- зростання надійності та техніко-економічних
показників і загальної культури виробництва та
кваліфікації обслуговуючого персоналу.
Slide 5
Автоматизація – вищий етап розвитку виробничої техніки, який
характеризується звільненням людини від фізичної праці і від
виконання функцій управління і контролю за машинами.
Під автоматикою розуміють галузь науки і техніки, яка вивчає і
застосовує теорію автоматичного управління, принципи побудови
систем автоматичного управління та технічні засоби для реалізації
цих систем.
Slide 6
Рис. 1.1. Структурна схема об’єкта управління
Slide 7
Slide 8
2. Короткий історичний нарис з розвитку автоматики і автоматизації.
Теорія автоматичного управління (ТАУ) є теоретичною основою,
на базі якої розроблено більшість автоматичних пристроїв.
Предметом вивчення ТАУ є принципи побудови, методи аналізу
і синтезу широко поширених систем автоматичного управління і
регулювання.
Першими промисловими регуляторами є автоматичний
поплавковий регулятор живлення котла парової машини,
побудований у 1765 р. І. Ползуновим в Барнаулі; центробіжний
регулятор швидкості парової машини, на який у 1784 р. одержав
патент англійський механік Дж. Уатт; перший програмний
пристрій управління ткацьким станком від перфокарти,
побудованим у 1808 р. Ж. Жаккаром.
Slide 9
У кінці ХІХ в першій половині ХХ століття з розвитком багатьох галузей
промисловості, транспорту, систем зв’язку, з’являються все більш складні системи
автоматики, що потребувало подальшого розвитку теорії автоматичного управління.
Цей період відмічений роботами професора Харківського університету А. Ляпунова
(1857 – 1918), який є основоположником теорії стійкості динамічних систем. Він
запропонував оцінювати стійкість системи на основі аналізу рівняння динаміки, що
описує систему. Е. Раусом у 1874 р. і А. Гурвіцем у 1895 р. були розроблені
алгебраїчні критерії стійкості. Опубліковуються роботи: Х. Найквіста (1932), в якій
розглядається критерій стійкості радіотехнічних підсилювачів із зворотним зв’язком,
оснований на властивостях частотної характеристики розімкнутої системи, і
А. Михайлова «Гармонічний метод в теорії регулювання» (1938), в якій доводилась
доцільність використання частотних методів в теорії регулювання і запропоновано
новий критерій (критерій Михайлова), який не вимагав попереднього розмикання кола
регулювання.
У 1946 р. Г. Боде і Л. Мак-Кол ввели логарифмічні частотні характеристики. Флойд для
дослідження якості запропонував апроксимувати вагову частотну характеристику
сумою трапецій. Г. Браун, А. Холл, Д. Кемпбелл, Г. Честнат, В. Солодовніков
завершили розробку частотних методів синтезу і проектування систем зручних для
інженерних розрахунків
Slide 10
В 30-50 роки ХХ століття розробляються основи теорії нелінійних систем. Завдання
суттєво ускладнювалось із-за відсутності загального математичного апарату для
нелінійних задач. Зрушення в цьому напрямку відбулися тоді, коли із всієї множини
частих видів нелінійних систем було відібрано достатньо широко розповсюджені в
практиці системи, в яких можна виділити дві частини: лінійну динамічну і нелінійну
статичну. Найбільш детально було досліджено кусково-лінійні апроксимації нелінійних
статичних характеристик. У 1959 р. румунський учений В. Попов розробив точний
метод аналізу стійкості одного класу нелінійних систем в частотній галузі.
Велике значення для якісного дослідження нелінійних систем мають методи , які
ґрунтуються на представленні перехідних процесів траєкторіями у фазових площинах
і просторі. Для визначення параметрів автоколивань і умов їх виникнення
наближеними методами Н. Криловим і Н. Боголюбовим (1934) було розроблено метод
гармонічного балансу. Л. Гольдфарб подав графоаналітичний метод знаходження в
першому наближенні частоти і амплітуди основної гармоніки автоколивань з
допомогою частотних характеристик.
Я. Ципкін і Б. Хамель розробили основи теорії релейних систем.
Л. Понтягін, Р. Белман, А. Летов, Н. Красовський і ін. є основоположниками теорії
оптимального управління. У 1956 р. розроблено і сформульовано метод динамічного
програмування Белмана і принцип максимуму Понтягіна, які широко застосовуються в
теорії оптимальних процесів.
Slide 11
3. Особливості автоматизації сільськогосподарського
виробництва
Найбільші складності зустрічає автоматизація мобільних процесів
виробництва - рільництво. Очевидні успіхи досягнуті в першу
чергу у тваринництві, птахівництві, захищеному ґрунті,
післязбиральній обробці і збереженні сільськогосподарської
продукції. Тут можна виділити три напрямки розвитку:
а/ створення автоматичних потокових ліній для виконання всієї
сукупності технологічних процесів;
б/ розробка методів і засобів для забезпечення оптимального
мікроклімату /температура, вологість, освітлення, газовий склад/;
в/ проектування і впровадження кібернетичних систем, що
здійснюють оптимальні програми керування всім процесом, у
якому тваринам чи рослинам приділяється роль об'єкта
керування.
Slide 12
Найважливішими науковими задачами є:
а/ вивчення й опис властивостей сільськогосподарських
об'єктів автоматизації,
б/ зміна технологічних процесів, перекладених на
автоматизовані;
в/ розробка спеціальних вимірювальних приладів і датчиків
стосовно до сільськогосподарських матеріалів і продуктів;
г/ розробка методики визначення оптимального рівня
автоматизації;
д/ розробка методик техніко-економічної оцінки
автоматизації.
Slide 13
Питання для самоперевірки.
1. Дайте визначення поняттям "Автоматика" і
"Автоматизація".
2. Які рівні автоматизації Ви знаєте і чим вони
відрізняються?
3. Розповісти про етапи розвитку автоматики й
автоматизації.
4. Які задачі вирішує теорія автоматичного
керування?
5.У чому полягають особливості автоматизації
сільськогосподарського виробництва?
Slide 14
Дякую
за увагу
Лекція 1. Вступ.
Дисципліна “Теоретичні основи
автоматики”
Лектор: Потапенко Микола Валентинович
Slide 2
План
•
•
•
1. Основні поняття і визначення.
2. Короткий історичний нарис з
розвитку автоматики і автоматизації.
3. Особливості автоматизації
сільськогосподарського виробництва
Slide 3
1. Основні поняття і визначення.
Виділяють такі рівні автоматизації:
Часткова автоматизація. Припускає автоматизацію тільки
окремих виробничих операцій. Не звільняє цілком людину
від участі у виробництві.
Комплексна автоматизація. Відноситься до технологічного
процесу і означає автоматичне виконання всього комплексу
операцій, об’єднаних загальною системою керування.
Функція людини – спостереження, аналіз і зміна режимів
процесу.
Повна автоматизація. Вибір і узгодження режимів роботи
здійснює спеціальний автомат. Функція людини – огляд,
профілактика, ремонт, перебудова всієї системи.
Slide 4
Основні переваги автоматизації полягають у
можливостях забезпечити:
- зростання продуктивності та поліпшення умов
праці;
- виконання робіт у важкодоступних чи взагалі
недоступних для людини ділянках (радіоактивні зони,
космос, окремі види металургійного та гірничого
виробництва);
- підвищення точності, якості технологічних процесів і
відповідних виробів;
- зростання надійності та техніко-економічних
показників і загальної культури виробництва та
кваліфікації обслуговуючого персоналу.
Slide 5
Автоматизація – вищий етап розвитку виробничої техніки, який
характеризується звільненням людини від фізичної праці і від
виконання функцій управління і контролю за машинами.
Під автоматикою розуміють галузь науки і техніки, яка вивчає і
застосовує теорію автоматичного управління, принципи побудови
систем автоматичного управління та технічні засоби для реалізації
цих систем.
Slide 6
Рис. 1.1. Структурна схема об’єкта управління
Slide 7
Slide 8
2. Короткий історичний нарис з розвитку автоматики і автоматизації.
Теорія автоматичного управління (ТАУ) є теоретичною основою,
на базі якої розроблено більшість автоматичних пристроїв.
Предметом вивчення ТАУ є принципи побудови, методи аналізу
і синтезу широко поширених систем автоматичного управління і
регулювання.
Першими промисловими регуляторами є автоматичний
поплавковий регулятор живлення котла парової машини,
побудований у 1765 р. І. Ползуновим в Барнаулі; центробіжний
регулятор швидкості парової машини, на який у 1784 р. одержав
патент англійський механік Дж. Уатт; перший програмний
пристрій управління ткацьким станком від перфокарти,
побудованим у 1808 р. Ж. Жаккаром.
Slide 9
У кінці ХІХ в першій половині ХХ століття з розвитком багатьох галузей
промисловості, транспорту, систем зв’язку, з’являються все більш складні системи
автоматики, що потребувало подальшого розвитку теорії автоматичного управління.
Цей період відмічений роботами професора Харківського університету А. Ляпунова
(1857 – 1918), який є основоположником теорії стійкості динамічних систем. Він
запропонував оцінювати стійкість системи на основі аналізу рівняння динаміки, що
описує систему. Е. Раусом у 1874 р. і А. Гурвіцем у 1895 р. були розроблені
алгебраїчні критерії стійкості. Опубліковуються роботи: Х. Найквіста (1932), в якій
розглядається критерій стійкості радіотехнічних підсилювачів із зворотним зв’язком,
оснований на властивостях частотної характеристики розімкнутої системи, і
А. Михайлова «Гармонічний метод в теорії регулювання» (1938), в якій доводилась
доцільність використання частотних методів в теорії регулювання і запропоновано
новий критерій (критерій Михайлова), який не вимагав попереднього розмикання кола
регулювання.
У 1946 р. Г. Боде і Л. Мак-Кол ввели логарифмічні частотні характеристики. Флойд для
дослідження якості запропонував апроксимувати вагову частотну характеристику
сумою трапецій. Г. Браун, А. Холл, Д. Кемпбелл, Г. Честнат, В. Солодовніков
завершили розробку частотних методів синтезу і проектування систем зручних для
інженерних розрахунків
Slide 10
В 30-50 роки ХХ століття розробляються основи теорії нелінійних систем. Завдання
суттєво ускладнювалось із-за відсутності загального математичного апарату для
нелінійних задач. Зрушення в цьому напрямку відбулися тоді, коли із всієї множини
частих видів нелінійних систем було відібрано достатньо широко розповсюджені в
практиці системи, в яких можна виділити дві частини: лінійну динамічну і нелінійну
статичну. Найбільш детально було досліджено кусково-лінійні апроксимації нелінійних
статичних характеристик. У 1959 р. румунський учений В. Попов розробив точний
метод аналізу стійкості одного класу нелінійних систем в частотній галузі.
Велике значення для якісного дослідження нелінійних систем мають методи , які
ґрунтуються на представленні перехідних процесів траєкторіями у фазових площинах
і просторі. Для визначення параметрів автоколивань і умов їх виникнення
наближеними методами Н. Криловим і Н. Боголюбовим (1934) було розроблено метод
гармонічного балансу. Л. Гольдфарб подав графоаналітичний метод знаходження в
першому наближенні частоти і амплітуди основної гармоніки автоколивань з
допомогою частотних характеристик.
Я. Ципкін і Б. Хамель розробили основи теорії релейних систем.
Л. Понтягін, Р. Белман, А. Летов, Н. Красовський і ін. є основоположниками теорії
оптимального управління. У 1956 р. розроблено і сформульовано метод динамічного
програмування Белмана і принцип максимуму Понтягіна, які широко застосовуються в
теорії оптимальних процесів.
Slide 11
3. Особливості автоматизації сільськогосподарського
виробництва
Найбільші складності зустрічає автоматизація мобільних процесів
виробництва - рільництво. Очевидні успіхи досягнуті в першу
чергу у тваринництві, птахівництві, захищеному ґрунті,
післязбиральній обробці і збереженні сільськогосподарської
продукції. Тут можна виділити три напрямки розвитку:
а/ створення автоматичних потокових ліній для виконання всієї
сукупності технологічних процесів;
б/ розробка методів і засобів для забезпечення оптимального
мікроклімату /температура, вологість, освітлення, газовий склад/;
в/ проектування і впровадження кібернетичних систем, що
здійснюють оптимальні програми керування всім процесом, у
якому тваринам чи рослинам приділяється роль об'єкта
керування.
Slide 12
Найважливішими науковими задачами є:
а/ вивчення й опис властивостей сільськогосподарських
об'єктів автоматизації,
б/ зміна технологічних процесів, перекладених на
автоматизовані;
в/ розробка спеціальних вимірювальних приладів і датчиків
стосовно до сільськогосподарських матеріалів і продуктів;
г/ розробка методики визначення оптимального рівня
автоматизації;
д/ розробка методик техніко-економічної оцінки
автоматизації.
Slide 13
Питання для самоперевірки.
1. Дайте визначення поняттям "Автоматика" і
"Автоматизація".
2. Які рівні автоматизації Ви знаєте і чим вони
відрізняються?
3. Розповісти про етапи розвитку автоматики й
автоматизації.
4. Які задачі вирішує теорія автоматичного
керування?
5.У чому полягають особливості автоматизації
сільськогосподарського виробництва?
Slide 14
Дякую
за увагу