1 Основы теории управления Распределение учебного времени (всего часов) Лекции

занятия 16 час.

Всего аудиторных занятий 64 час.
Экзамен
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ И ЕЕ

МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

Дисциплина "Основы теории управления« предусматривает : чтение лекций, выполнение лабораторных работ на ПЭВМ (ПК), самостоятельную работу.
Изучение дисциплины завершается экзаменом.
ЦЕЛЬ ДИСЦИПЛИНЫ - ознакомить студентов с основными положениями теории управления, основными методами анализа и синтеза непрерывных и дискретных систем управления, особенностями применения ЭВМ в системах управления.
ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ состоят в том, что в результате ее изучения студенты должны
– иметь представление об использовании основных положений теории управления в различных областях науки и техники;
– знать основные положения теории управления, основные методы анализа и синтеза линейных непрерывных и дискретных систем управления и систем управления с ЭВМ ;
– уметь использовать основные положения теории управления, основные методы анализа и синтеза линейных непрерывных и дискретных систем управления и иметь опыт по расчету основных характеристик систем автоматического управления (САУ) в установившемся и переходных режимах работы.

и развитие теории регулирования и управления. Общие принципы системной организации.

Основные понятия и определения теории управления. Структура системы управления. Основные составные части управляющего объекта. Классификация автоматических и автоматизированных систем управления. Виды управления. Принципы управления. Классификация и форма представления моделей объектов и систем управления.

Тема 2. Автоматическое управление непрерывными линейными системами
 
Основные характеристики непрерывных линейных систем. Характеристики стационарных линейных систем, описываемых дифференциальными уравнениями (ДУ). Формы записи ДУ. Понятие пространства состояний. Описание движения в пространстве состояний. Преобразование описания динамических процессов из классической формы к пространству состояний. Наблюдаемость, идентифицируемость, управляемость.
Определение характеристик соединений линейных систем. Устойчивость линейных и линеаризованных систем управления. Оценка качества переходных процессов. Линейные законы регулирования и управления. Коррекция динамических свойств систем управления. Элементы теории инвариантности.
 
Тема 3. Элементы теории автоматического управления непрерывными
нелинейными системами
 
Виды и особенности нелинейных систем. Методы линеаризации. Методы точечного преобразования и гармонической линеаризации. Устойчивость нелинейных систем. Критерий абсолютной устойчивости.

управления. Характеристики дискретных линейных систем. Импульсные стационарные системы управления. Устойчивость

дискретных линейных систем. Дискретные нелинейные системы. Особенности систем автоматического управления с ЭВМ. Использование микропроцессоров и микроЭВМ в системах управления. Особенности математического описания систем управления с ЭВМ. Пример преобразования описания дискретной системы из классической формы к двумерному пространству состояний.

Тема 5. Некоторые общие методы теории оптимального управления
 
Критерии оптимизации управления. Вариационное исчисление и задачи оптимизации систем управления. Принцип максимума. Динамическое программирование.
 
Тема 6. Адаптивное автоматическое управление
 
Классификация адаптивных систем управления. Управление с идентификацией. Беспоисковые системы прямого адаптивного управления. Беспоисковое адаптивное управление с неявной эталонной моделью. Беспоисковое адаптивное управление на основе эталонной модели. Адаптивное управление, основанное на методе рекуррентных целевых неравенств. Экстремальное управление.
 
Тема 7. Интеллектуальные системы управления
 
Эволюция систем автоматического и автоматизированного управления. Предпосылки создания интеллектуальных управляющих систем. Принципы организации интеллектуальных управляющих систем. Общая концептуальная структура интеллектуальной управляющей системы. Определение степени интеллектуальности. Интеллектуализация систем управления роботами. Экспертные системы для управления интеллектуальными роботами. Применение методов искусственного интеллекта и экспертных систем в АСУ.

для вузов. - СПб.: Питер, 2005. - 336 с.
2.

Повзнер Л.Д. Теория систем управления: Учебное пособие для вузов. - М.: Изд. МГГУ, 2002. - 472 с.
3. Семенов Е.М. и др. Автоматика и автоматизация производственных процессов: Методические указания по выполнению лабораторных и практических работ. – СПб ГЛТА, 2004. - 43 с.
4. Орлов А.И. Менеджмент: Учебник. – М.: "Изумруд", 2003. URL: http://www.aup.ru/books/m151/
5. Кориков А.М. Основы теории управления: Мультимедийный учебник. – Томск: ТУСУР. URL: http://www.tcde.ru/docs_pub/demo/otu/otu.exe
6. Новиков Д.А., Петраков С.Н. Курс теории активных систем. М.: СИНТЕГ, 1999. – 104 с. URL: http://www.aup.ru/books/m110/file_46.pdf
7. Туманов М.П. Теория автоматического управления: Лекции. URL: http://elib.ispu.ru/library/lessons/Tihonov_2/index.htm.
8. Туманов М.П. Теория управления. Теория линейных систем автоматического управления: Учебное пособие. – МГИЭМ. М., 2005, 82 с. URL: http://window.edu.ru/window_catalog/files/r24738/5.pdf.
9. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. – М.: Наука, 1975.
10. Туманов М.П. Технические средства автоматизации и управления: Учебное пособие. – М.: МГИЭМ, 2005, 71 с. URL: http://rs16tl.rapidshare.com/files/21651582/2889232/ Tehnicheskie_sredstva_avtomatizatsii_i_upravleniya.rar
11. Михайлов В.С. Теория управления. – К.: Выща школа, 1988.
12. Зайцев Г.Ф. Теория автоматического управления и регулирования. – К.: Выща школа, 1989.
13. Бирюков С.В. Основные понятия теории автоматического управления. - URL: http://bookz.ru/rar/bookz/teacher/tau_ucheb.rar
14. Желтиков О.М. Основы теории управления. Конспект лекций. – Самара, СГТУ, 2008. – URL: http://www.jelomak.ru/pager.htm.

несколько тысячелетий. Наиболее длительным периодом в истории развития теории и

практики управления был древний этап–начиная с 9–7 тысячелетия до н. э. Исследователи выделяют пять управленческих революций.

Первая получила условное название религиозно-коммерческой, с ней связывают зарождение письменности в Древнем Шумере, появление в древний период в Азии, Африке и Европы рабовладельчества, государственности, формирование бюрократических организаций.
Именно тогда было введено кооперативное разделение труда, командная иерархия, стандартизация, проектирование, планирование, организация труда.

Вторая относится к XVIII в. до н. э. и связывается с деятельностью царя Хаммурапи, издавшего свод законов управления государством для регулирования всего разнообразия общественных отношений между различными социальными группами населения.

Третья произошла во времена правления Навуходоносора II (605–582 гг. до н. э.) и была направлена на соединение государственных методов правления с контролем за деятельностью в сфере производства и строительства.

цивилизации. Главным революционным преобразованием этого периода в области управления было

его отделение от собственности и зарождение профессионального менеджмента.

Пятая управленческая революция имела место в конце XIX – начале ХХ в. Ее часто называют бюрократической, так как теоретической платформой преобразований в области управления была концепция бюрократии, позволившая сформировать крупные иерархические структуры управления, осуществить разделение труда ввести нормы и стандарты, установить должностные обязанности и ответственность менеджеров.

Приведенная классификация управленческих революций позволяет проследить логику их развития, а именно:
первые четыре отражают понимание управления как искусства, т. е. как способности руководителей эффективно применять накопленный опыт на практике;
пятая же управленческая революция символизирует собой начало конституирования управления в самостоятельную область человеческих знаний, а именно в науку.

хотя уже в ХVIII в. начался процесс разграничения управления как науки

и искусства.
В этот период начали формироваться попытки теоретических подходов к управлению, причем тон в них задавали философы.
Прежде всего, они попытались ответить на вопрос: что же движет людьми, побуждает их к активным действиям?
Англичанин Томас Гоббс в 1651 г. и его соотечественник Джеймс Стюарт в 1767 г. доказывали, что основной мотив человеческого поведения заключается в стремлении к власти.
Еще один английский философ Иеремия Бентам в книге «Введение в принципы морали и законодательства» отстаивал ту точку зрения, что мотивами человеческого поведения являются польза и удовлетворение.
Наибольшая заслуга в развитии представлений о государственном управлении в этот период принадлежит великому английскому экономисту Адаму Смиту, который сделал анализ различных форм разделения труда, дал характеристику обязанностей государя и государства.
В «Исследовании о природе и причинах богатства народов» (1776) и других работах Смит сформулировал принцип «экономического человека», главной целью которого является стремление к обогащению и удовлетворению личных потребностей.
Исследования проблемы мотивации продолжил в начале XIX в. другой английский экономист Джон Миль.

Этапы перехода искусства управления в науку управления

привела к тому, что наряду с эмпирическими методами в управление

стали внедряться прикладные разработки и эксперименты, результаты которых помогали определять нормы выработки и вознаграждения, оптимальные скорости работы оборудования, объемы выпуска продукции, совершенствовать организацию производства и труда.
Концепцию контроля и расчета оплаты труда создал, например, А. Смит.
Англичанин Ричард Аркрайт (изобретатель прядильной машины) объединил под крышей своей фабрики все процессы текстильного производства и ввел иерархический принцип его организации.
На основе:
разделения труда,
планирования размещения оборудования,
координации работы машин и персонала,
обеспечения дисциплины
ему удалось добиться непрерывности осуществления технологических процессов.
Это позволяло существенно сэкономить на издержках производства и достичь немалых успехов в борьбе с конкурентами.

ученый Роберт Оуэн, бывший в то время управляющим ряда текстильных

фабрик.
Суть его эксперимента состояла в предоставлении рабочим:
благоустроенного жилья,
улучшении условий труда,
быта и отдыха,
создании сети магазинов, торговавших товарами первой необходимости по доступным ценам.
На фабриках, руководимых Оуэном,
был повышен минимальный возраст, начиная с которого дети могли привлекаться к работе,
сокращена продолжительность рабочего дня,
а в рабочих поселках создавались школы.
При этом Оуэном руководила вовсе не идея благотворительности, а блестяще оправдавшийся экономический расчет, имевший своей целью повысить производительность труда.
Своими экспериментами Оуэн на практике опробовал идею того, что спустя полтора столетия стало на Западе повсеместно распространенным явлением, получившим название социального партнерства.

появились первые работы, в которых была сделана попытка научного обобщения

накопленного опыта и формирования основ науки управления.
Это было ответом на потребности промышленного развития, которое все больше приобретало такие специфические черты:
как массовое производство и массовый сбыт,
ориентация на рынки большой емкости и
крупномасштабную организацию в форме мощных коопераций и акционерных обществ.
Предприятия-гиганты испытывали острую необходимость:
в рациональной организации производства и труда,
в четкой и взаимосвязанной работе всех подразделений и служб, руководителей и исполнителей
в соответствии с научно обоснованными принципами, нормами и стандартами.
Первым этапом методологии научного управления был анализ содержания работы и определение ее основных компонентов.
Затем обоснование необходимости систематического использования стимулирования с целью заинтересовать работников в увеличении производительности труда и росте объема производства.

положения:
• использование научного анализа для определения наилучших способов достижения целей и

решения конкретных задач;
• важность отбора работников, наиболее подходящих для выполнения конкретных задач, и обеспечение их обучения;
• необходимость обеспечения работников ресурсами, требуемыми для эффективного выполнения задач.
Первая школа научного управления получила развитие в США в конце ХIХ – начале ХХ в. Ее основоположником был Ф. Тейлор(1856–1915), книгу которого «Принципы научного управления» (1911) считают началом признания менеджмента наукой и самостоятельной областью исследования.

Ф. Тейлор сформулировал важный вывод о том, что работа по управлению – это определенная специальность и что организация в целом выигрывает, если каждая группа работников сосредоточится на том, что она делает успешнее всего.

разработка общих проблем и принципов управления организацией в целом.
В

рамках этой концепции в 20‑е гг. было сформулировано понятие организационной структуры фирмы как системы взаимосвязей, имеющей определенную иерархию (принцип иерархичности).
При этом организация рассматривалась как замкнутая система, улучшение функционирования которой обеспечивается за счет внутрифирменной рационализации деятельности без учета влияния внешней среды.
Основоположником этой школы считают французского менеджера Анри Файоля (1841–1925).
Функционирование любой организации Файоль сводил к следующим основным видам деятельности:
• технической, т. е. осуществлению производственного процесса;
• коммерческой (закупка всего необходимого для создания товаров и услуг и сбыт готовой продукции);
• финансовой (привлечение, сохранение и эффективное использование денежных средств);
• бухгалтерской (статистические наблюдения, инвентаризация, составление балансов);
• административной (оказывать воздействие на работников);
• функции защиты жизни, личности и собственности людей.

он рассматривал управление как универсальный процесс, состоящий из нескольких взаимосвязанных

функций, таких, как планирование, организация, подбор и расстановка кадров, руководство (мотивация) и контроль.
Третья школа – школа психологии (человеческих отношений и поведенческих наук) впервые определила управление как «обеспечение выполнения работы с помощью других лиц».
Исследования, проведенные профессором Гарвардской школы бизнеса, психологом Э. Мэйо (1880–1949)на одном из предприятий электротехнической компании «Вестерн-Электрик» в Хоторне, показали, что мотивами поступков людей являются не экономические силы, как считали сторонники концепции научного управления, а различные потребности, которые не могут быть удовлетворены в денежном выражении.
Представители этой школы – Абрахам А. Маслоу, Дуглас Макгрегор, Ф. Херцберг и др. исследовали различные аспекты социального взаимодействия:
мотивацию,
характер власти и авторитета,
организационную структуру,
коммуникацию в организациях,
лидерство,
изменение содержания работы и
качества трудовой жизни.

способствовали бы наиболее эффективному достижению целей организации, повышению производительности труда

и рентабельности производства исходя из сложившихся условий во внутренней и внешней среде.
Это обусловило появление и развитие в современных условиях новых подходов к управлению, ориентированных на решение проблем управления в крупных промышленных фирмах, международных по сфере деятельности – транснациональных корпорациях.
Подход к управлению как к процессу определяет управление как процесс, в котором деятельность, направленная на достижение целей организации, рассматривается не как единовременное действие, а как серия непрерывных взаимосвязанных действий – функций управления.
Разные авторы предлагают различные перечни функций. Оптимальный набор включает следующие функции:

планирование,
организация,
распорядительство (командование),
мотивация,
руководство,
координация,
контроль,

коммуникация,
исследование,
оценка,
принятие решений,
подбор персонала,
представительство и
ведение переговоров или заключение сделок.

- управления;
- случайные;
Выходные

переменные:
- переменные состояния;
- выходные параметры.

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА
Кибернетика
Древняя Греция – искусство управления кораблем;
Ампер – искусство управления государством (1834 г. ("Опыт о философии наук, или аналитическое изложение классификации всех человеческих знаний", ч. I - 1834 г., ч. II - 1843 г.);
Трентовский –"Отношение философии к кибернетике как искусству управления народом" (1843 г.);
Богданов –"Всеобщая организационная наука (тектология)" (1911-1925 г., три тома);
Винер –"Кибернетика" - наука об управлении и связи в животных и машинах (1948 г.).

Управление как социальный феномен известен с древних времен и является предметом изучения целого ряда наук, в том числе менеджмента, социологии, политологии, философии, кибернетики, психологии, экономики. Таким образом, теория управления как самостоятельная отрасль знания формируется и развивается как междисциплинарная система.
Основой такого формирования является – кибернетический подход.

науках и в то же время относится к одной из

отраслей прикладной математики, тесно связанной с вычислительной техникой.
Теория управления на базе математических моделей позволяет изучать динамические процессы в автоматических системах, устанавливать структуру и параметры составных частей системы для придания реальному процессу управления желаемых свойств и заданного качества.
Она является фундаментом для специальных дисциплин, решающих
проблемы автоматизации управления и контроля технологических процессов,
проектирования следящих систем и регуляторов,
автоматического мониторинга производства и окружающей среды,
создания автоматов и робототехнических систем.
Основными задачами теории управления являются:
задачи анализа динамических свойств автоматических систем на модельном или физическом уровне,
и задачи синтеза
алгоритма управления,
функциональной структуры автоматической системы,
реализующей этот алгоритм, ее параметров и характеристик, удовлетворяющих требованиям качества и точности,
а также задачи автоматического проектирования систем управления, создания и испытания автоматических систем.

технологическими процессами, организационными системами
принципы:
организации,
функционирования и
проектирования технических и

информационных систем управления в материальном производстве и организационных системах.
В современных условиях управление различного ряда технологическими и техническими процессами осуществляется, как правило, с использованием ЭВМ, получивших название управляющих вычислительных машин.
Проектирование систем управления, имеющих в своем контуре ЭВМ, носит специфический характер и невозможно без знания принципов и методов теории управления.
Методы и средства систем управления в сфере деятельности человека приводятся только на уровне понятий для общей ориентировки.

времени некоторого процесса или явления - движение механизма, тепловое явление,

экономические процессы.
Процессы сопровождаются информационными сигналами – вторичными процессами, несущими информацию о рассматриваемом явлении.
Сигналы, как и порождающие их процессы, существуют вне зависимости от наличия измерителей или присутствия наблюдателя.
При рассмотрении сигнала принято различать его информационное содержание о первичном процессе и физическую природу вторичного процесса - носителя информации.
В зависимости от физической природы носителя выделяют акустические, оптические, электрические, электромагнитные, и пр. сигналы.
Природа физического носителя может не совпадать с природой первичного процесса.
Так, слиток металла может разогреваться электромагнитным излучением, а температура слитка регистрироваться по инфракрасному излучению.

позиций и отождествляется с количественной информацией об изменении физических переменных

изучаемого процесса безотносительно к природе, как первичного процесса, так и носителя сигнала.
При этом учитывается, что реальный сигнал может не содержать всей информации о развитии физического явления, равно как и содержать постороннюю информацию.
На информационное содержание сигналов оказывают влияние:
способы их кодирования,
шумы и
эффекты квантования.
В зависимости от способа кодирования различают:
аналоговые и
цифровые сигналы.
Для аналоговых сигналов их значение (интенсивность какого-либо параметра физического носителя) пропорционально значениям изучаемой физической переменной.
В цифровых сигналах информация представлена в виде чисел в определенной кодовой форме, например, в форме двоичных кодов.
Вопрос адекватности сигнальной информации рассматриваемой физической переменной связан с понятиями идеального и реального сигнала.

то время как реальный сигнал x'(t) содержит шумы измерения или

помехи d(t) и отображается в виде: x'(t)=x(t)+d(t).

С реальным сигналом связаны задачи идентификации (оценивания) динамических процессов x(t) по текущим измерениям x'(t), вопросы фильтрации, сглаживания и прогнозирования.

Типы сигналов.
Информационное содержание сигнала зависит и от эффектов квантования. По характеру изменения во времени, процессы и сигналы подразделяются на непрерывные и дискретные.

К последним, в свою очередь, относятся процессы, квантованные по уровню, и процессы, квантованные по времени.
Развитие процесса непрерывного времени характеризуется переменной x(t), принимающей произвольные значения из числовой области X и определенной в любые моменты времени t > to (рис.).
К непрерывным процессам относятся непрерывное механическое движение, электрические и тепловые процессы, и т.п.

x(t), принимающей строго фиксированные значения и определенной в любые моменты

времени (рис.).

В практических случаях можно полагать xi = iD, i = 0, 1, 2,..., где D - приращение, или дискрета. В тех случаях, когда число состояний i достаточно велико или приращение D мало, квантованием по уровню пренебрегают.
Развитие дискретного квантованного по времени процесса (процесса дискретного времени) характеризуется переменной x(t), принимающей произвольные значения и определенной в фиксированные моменты времени ti, где i = 0, 1, 2,... (рис.). Как правило, квантование осуществляется с постоянным интервалом квантования Т, т. е. t = iТ, i = 0, 1, 2,...
К дискретным процессам такого рода относятся процессы в цифровых вычислительных устройствах с тактовой частотой процессора f=1/Т, процессы в цифровых системах управления, где дискретность по времени обусловлена циклическим характером обработки информации (Т - время обновления информации на выходе управляющей ЭВМ).
При достаточно малых интервалах Т дискретностью по времени пренебрегают, и квантованный по времени процесс относят к процессам непрерывного времени.
К дискретным относят также кусочно-постоянные процессы и сигналы, которые характеризуются переменной x(t), изменяющейся в фиксированные моменты времени ti (рис.).

Квантование по уровню

Квантование по времени

между входными и выходными сигналами.
Выходной сигнал блока x1(t) несет

информацию о внутреннем процессе, причиной которого является входной сигнал x2(t).
Использование блока не требует знания его устройства и физической природы происходящих в нем процессов – принцип "черного ящика".
В зависимости от числа входных и выходных сигналов различают одноканальные блоки (один вход, один выход), и многоканальные с несколькими входными и выходными сигналами.
Блоки, у которых отсутствуют входные сигналы, называются автономными. По типу сигналов различают непрерывные, дискретные и дискретно-непрерывные блоки.
Для описания кибернетического блока используется одна из форм аналитического описания связи входных и выходных сигналов - дифференциальные и разностные уравнения, автоматные алгоритмы и проч., т. е. выражения вида
x1(t) = F(x2(t)), (1.1.1)
где F(*) - функциональный оператор. Для простейших блоков такое описание может быть получено в виде алгебраического или трансцендентного уравнения:
x1 = f(x2), (1.1.2)
где f(*) - функция.

Если напряжение нагревателя постоянно,
т. е.
х2 = U =

const,
и
x1(0) = 0,
то выходная переменная находится как (рис.)
x1(t) = K(1-exp(-t/T))x2(t).
В установившемся режиме, после окончания переходных процессов в печи (при t →∞), связь выходного и входного сигналов описывается простейшим алгебраическим уравнением вида (1.1.2), т. е.:
x1 = Kx2,
где К - коэффициент передачи на выходной результат входного воздействия
(в данном случае – температура/вольт).
Аналогичные выражения для описания связей входных и выходных переменных получаются для электрической RC-цепи (рис.).
Здесь
x1(t) = Uвых(t) - выходное напряжение схемы,
x2(t) = Uвх(t) — входное напряжение, Т = RC и К = 1.

Пример.
Имеем электронагревательную печь, температура в которой to регулируется нагревателем (рис. 1.1.3-а). Входным сигналом этого блока является напряжение нагревателя x2(t) = U(t), а выходным - температура x1(t) = to(t). Связь выхода и входа описывается функциональным оператором (дифференциальным уравнением):

генератор;
PV –вольтметр;
UBR –напряжение.
Примеры САР
Примеры систем управления в промышленных технологиях

измерительный элемент; 3– игла– исполнительный элемент.
Схема центробежного регулятора скорости вращения: 1–Игла–исполнительный

элемент; 2–груз–измерительной элемент; 3–пружина – чувствительный орган; 4 – муфта.

Rt, величина которого меняется в зависимости от колебаний температуры окружающей

среды, корректируя напряжение на НЭ.

измерительный элемент; 3– игла– исполнительный элемент.
Схема центробежного регулятора скорости вращения: 1–Игла–исполнительный

элемент; 2–груз–измерительной элемент; 3–пружина – чувствительный орган; 4 – муфта.

Rt, величина которого меняется в зависимости от колебаний температуры окружающей

среды, корректируя напряжение на НЭ.

- нахождение выражения (1.1.1),
связывающего сигналы x2(t) и x1(t);
• управление

- определение входного сигнала x2(t),
обеспечивающего получение заданного выходного сигнала x1(t) в предположении, что описание блока задано.

Кибернетическая система - это совокупность кибернетических блоков, связанных между собой информационными каналами. Связи между блоками носят сигнальный характер.
Для описания системы необходимо получить аналитические зависимости, описывающие каждый из блоков в отдельности, и связи между ними.

После преобразований может быть получено общее (эквивалентное) описание системы как составного кибернетического блока с входным и выходным сигналом.
В зависимости от числа входных и выходных сигналов различают одноканальные и многоканальные системы.
По типу сигналов и блоков в системе различают непрерывные, дискретные и дискретно-непрерывные системы, причем последние содержат как непрерывные, так и дискретные блоки.

т. е. определение связи между ее входом и выходом в

виде алгебраического или дифференциального уравнения, а также нахождение показателей качества системы (быстродействия, точности и пр.);
• задача управления, или синтеза системы, т. е. нахождение блоков и связей между ними, обеспечивающих получение заданной связи входных и выходных сигналов и показателей качества.
Наиболее распространенным типом дискретно-непрерывных систем являются цифровые системы, в состав которых входят цифровые вычислительные устройства - ЭВМ и цифровые контроллеры.

Управление и системы управления.
Центральными в теории управления являются понятия управления и системы управления.
Управление - это такая организация того или иного процесса, которая обеспечивает достижение определенных целей.
Это целенаправленное воздействие на управляемый объект (процесс), приводящее к заданному изменению его состояния или удержанию в заданном состоянии.

информации,
поддержание оптимальной работоспособности и безаварийности функционирования объекта путем сбора

и обработки информации о состоянии объекта и внешней среды,
выработки решений о воздействии на объект и их исполнении.
Процесс управления подразумевает наличие умения и способности создавать целенаправленное воздействие на объект.

Алгоритм управления, это инструкция о том, как добиваться поставленных задач (целей) управления в различных ситуациях.
Система управления – это множество взаимосвязанных элементов, участвующих в процессе управления.

Пусть состояние объекта управления описывается переменной y  Y, где Y - множество возможных состояний объекта.
Значение 'y' зависит от управляющих воздействий на объект u  U и возмущающих (дестабилизирующих) воздействий x ∈ X, при этом y = G(u, х), где G(u, х) – функция реакции объекта на управляющие и возмущающие воздействия.
Предположим, что на множестве {U х Y} задан функционал F(u, y), определяющий эффективность работы системы.
Величина K(u) = F{u, G(u, х)} называется эффективностью управления.
Задача управляющего органа заключается в выборе такого воздействия u, которое максимизировало бы значение его эффективности.

= f(u, х), объект называют статическим, а зависимость или ее

графическое изображение - статической характеристикой объекта.
Если объект обладает инерцией, то изменение координат под воздействием возмущений Х или управлений U происходит не мгновенно, и в этом случае объект называют динамическим.
Величины Y, U, X в динамических объектах связаны дифференциальными, интегральными или разностными уравнениями.

Главные элементы процесса управления можно выделить на основе анализа приведенного выше примера с электронагревательной печью.
1. Получение информации о задачах управления – задание температуры, которая должна поддерживаться в печи.
2. Получение информации о результатах управления - измерение температуры в печи.
3. Анализ полученной информации и выработка решения – сравнение фактической температуры в печи с заданной и выработка сигнала управления нагревателем.
4. Исполнение решения - т. е. осуществление управляющих воздействий на нагреватель печи (включение или выключение нагревателя в дискретном варианте управления, или соответствующее изменение тока через нагреватель в непрерывном варианте).

информации о задачах управления и результатах управления,
устройство для анализа

полученной информации и выработки решения,
и исполнительное устройство, осуществляющие управление объектом.

Управляющее воздействие.
В организации управления решающую роль играет получение информации о результатах управления.
Текущее управляющее воздействие формируется на основе оценки результатов от предшествующих воздействий.
Принцип управления с использованием информации о результатах управления называется принципом обратной связи или управлением по замкнутому циклу.
Однако в некоторых случаях принцип обратной связи использовать не удается из-за практической невозможности получить информацию о результатах управления.
Так, например, в ряде случаев заранее известен требуемый закон изменения состояния объекта управления, например, от времени.
В таком случае с учетом этого закона можно задать соответствующий закон изменения управляющего воздействия на объект управления.
Такое управление называется программным или управлением по разомкнутому циклу.

управления называется автоматической.
Пример системы – управление самолетом в режиме

автопилота.
Если задачей управления является обеспечение некоторой постоянной физической величины, то такой вид управления называется регулированием, а устройство, реализующее управление, называют регулятором.
Если решения об управляющих воздействиях принимаются людьми, а автоматическое устройство используется только для сбора, обработки и представления информации и для сравнительного анализа возможных вариантов решения, то система управления называется автоматизированной.

Структурная схема системы управления в самой общей форме показана на рис.

В основе любой системы управления лежит объект управления (ОУ) - управляемый объект или управляемый процесс.

Он представляет собой объект или систему произвольной природы, которая изменяет свое состояние - под влиянием внешних воздействий: управляющих и возмущающих

организмах, экологических и экономических системах;
технические - механизмы (роботы, станки, транспортные

системы), оптические системы, термодинамические, химические и любые другие производственные процессы.
Состояния объекта характеризуется количественными величинами - переменными состояния или координатами, изменяющимися во времени.
В естественных процессах это могут быть плотность или содержание определенного вещества в организме или среде обитания, объем выпускаемой продукции, курс ценных бумаг и т. д.
Для технических объектов - механические перемещения и их скорости, электрические переменные, концентрации веществ, и любые другие физические величины и параметры состояния объектов.
Изменение состояния объектов управления происходит в результате воздействия на объекты внешних факторов, среди которых выделяют:
управляющие (целенаправленные) воздействия, реализующие программу управления;
возмущающие (дестабилизирующие) воздействия, препятствующие желаемому протеканию управляемого процесса, вызывающие нежелательное изменение его состояния.

заданной программой (законом).
Для достижения объектом цели управления организуется специальное

внешнее воздействие, которое формируется управляющим устройством (блоком управления) по известному алгоритму или закону управления на основе сигналов задающего воздействия (задания) и воздействия обратной связи. Совокупность указанных элементов, связей и отношений между элементами системы управления образует структуру системы управления.
Возмущающие воздействия обычно вызваны внешними причинами, внешним окружением объекта или внешней средой.
Наличие возмущений приводит к тому, что реальное состояние объекта всегда отличается от заданного.
Величина этого различия зависит от эффективности работы системы управления, от взаимодействия элементов системы в ходе выполнения задания, и оценивается показателями качества управления.
Физически управление объектом реализуется с помощью блоков управления и блоков контроля.
Блок контроля - это комплекс средств оценивания состояния управляемого процесса и/или внешней среды.
К таким средствам относятся:
органы чувств живых организмов,
статистические службы экономических систем,
технические измерительные устройства (датчики),
соответствующие вычислительные средства (природные или технические), обеспечивающие первичную обработку полученной информации.

быть как самостоятельной системой, так и входить в состав системы

управления. Оценка состояния используется для управления объектом по цепи обратных связей и реализации принципа замкнутого управления.
Блок управления вырабатывает управляющее воздействие на объект с учетом задания и информации о текущем состоянии объекта.
К блокам управления можно отнести:
нейронные системы живых организмов;
природные регулирующие факторы;
искусственные средства, как технические (механические, электрические, ЭВМ и нейронные процессоры), так и человеческие (операторы, организаторы).
В зависимости от природы можно выделить:
биологические,
экологические,
экономические и
технические системы управления.
В качестве примеров технических систем можно привести:
автоматы дискретного действия (торговые, игровые),
системы стабилизации (звука, изображения, напряжения),
системы управления движением рабочих механизмов (станков, транспортных средств),
автопилоты, навигационные системы,
и т. п.

на модельном или физическом уровне,
и задачи синтеза — определение

алгоритма управления и реализация на основе этого алгоритма функциональной структуры системы управления, удовлетворяющей требованиям качества и точности.
В зависимости от решаемых задач выделяют следующие типы систем:
1. Системы стабилизации - поддерживание некоторых управляемых переменных системы y(t) на заданном постоянном уровне. Примеры систем – устройства регулирования частоты вращения двигателей, системы автоматической стабилизации курса самолетов (автопилоты).
2. Системы программного управления - программные изменения управляемых переменных системы по заданному закону (правилу, программе). Примеры систем - изменение тяги двигателей ракеты для движения по заданной траектории, управление токарным станком с числовым программным управлением при изготовлении определенных деталей.
3. Следящие системы - изменение выходной величины путем слежения за произвольно изменяемым во времени входным управляющим воздействием. Примеры систем - управление самонаводящихся ракет-перехватчиков, управление технологическим процессом загрузки конверторов в металлургическом производстве.

закону (правилу) методом пробных управляющих воздействий с учетом изменения среды

и с оценкой результатов воздействий по определенным параметрам. Например, изменение цены товара в магазине в зависимости от спроса и цены аналогичных товаров в ближайших окрестностях с оптимизацией по максимуму прибыльности.
Задающее воздействие:
в системах стабилизации неизменно,
в системах программного управления — известная функция времени,
в следящих и адаптивных системах — произвольная функция времени.
Активные и пассивные системы.
Разделение систем на эти две группы производится по особенностям функций управления системами.
Для пассивной статической системы зависимость y = G(u) является, фактически, моделью системы, отражающей законы ее функционирования.
Для пассивной динамической системы эта зависимость может являться решением системы дифференциальных уравнений, для "черного ящика" – таблицей результатов эксперимента (эталонирования), и т.д.
Общим для всех пассивных систем является их детерминированность, отсутствие у управляемого объекта свободы выбора своего состояния, собственных целей и средств их достижения.
Пассивные системы относятся, как правило, к числу технических и технологических.

участия человека называется автоматическим управлением.
Совокупность объектов управления и средств

автоматического управления называется системой автоматического управления (САУ).

В активных системах управляемые субъекты (хотя бы один) обладают свойством активности, свободой выбора своего состояния.
Помимо возможности выбора состояния, элементы активный систем обладают собственными интересами и предпочтениями, то есть могут осуществлять выбор состояния целенаправленно.
Соответственно модель системы G(u) должна учитывать проявления активности управляемых субъектов.
Считается, что управляемые субъекты стремятся к выбору таких состояний, которые являются наилучшими при заданных управляющих воздействиях, а управляющие воздействия, в свою очередь, зависят от состояний управляемых субъектов.
Если управляющий орган имеет модель реальной активной системы, которая адекватно описывает ее поведение, то задача управления сводится к выбору оптимального управления, максимизирующего эффективность работы системы.
В своем большинстве активные системы принадлежат к областям управления человеческими коллективами.

и реализации целенаправленного воздействия на объект управления и представляет собой

процесс выработки и осуществления операции воздействия на объект в целях перевода его в новое качественное состояние или поддержания в установленном режиме.
Субъект управления – это устройство, которое осуществляет управление (или тот, кто управляет).
Объект управления – это устройство или процесс, на который направляется управляющее воздействие (или тот, кем управляют).
Под объектом управления (ОУ) понимается любой объект:
технологический процесс,
производственная организация или коллектив людей, выделенный из окружающей среды по определенным признакам (конструктивным, функциональным, и пр.) и представляющий собой динамическую систему произвольной природы, изменяющую свое состояние под влиянием внешних воздействий.
Для достижения определенных желаемых результатов функционирования ОУ необходимы и допустимы специально организованные воздействия.
В зависимости от свойств и назначения объектов управления могут быть выделены:
технические,
технологические,
экономические,
организационные,
социальные и
другие объекты и комплексы объектов.

минимум два условия:
- на объект можно воздействовать,
- это воздействие изменяет

его состояние в определенном направлении.
Внешние связи объекта управления показаны на рис., где
Х – канал воздействия среды на объект,
Y – канал воздействия объекта на среду,
U – канал воздействия управления на объект.
Понятие "воздействие" в теории управления рассматривается в информационном смысле.
Операция управления реализуется управляющим устройством (УУ). Обобщенная структура взаимодействия управляющего устройства с объектом управления, образующая систему управления, приведена на рис.
Управляющее устройство системы на основании задающего воздействия g(t), определяющим закон (алгоритм) управления выходной величины объекта управления, вырабатывает управляющее воздействие u(t) на ОУ и поддерживает на заданном уровне или изменяет по определенному закону на выходе ОУ выходную величину y(t).
В общем случае, большинство объектов управления являются многомерными и характеризуются некоторыми векторами фазовых координат:
Y(t) = (y1, y2, …, yn),
составляющие которого могут иметь различную физическую природу.
Для таких систем внешние воздействия также могут определяться многомерным вектором управления:
U(t) = (u1, u2, …, um).

разрывы первого рода, в связи с чем они подразделяются на

кусочно-непрерывные (с разрывами первого рода), на кусочно-гладкие (с разрывами первого рода для первой производной), и на гладкие с непрерывными первыми производными.
В отличие от координат управления координаты состояния yj(t) являются гладкими или кусочно-гладкими, так как представляют собой выходные величины некоторых динамических элементов и могут изменяться только с ограниченной скоростью.
На ОУ могут действовать внешние возмущающие воздействия X(t) различной природы.
Выделяют основные возмущения, существенно влияющие на регулируемую величину, и помехи (шумы), имеющие статистический характер и изменяющие Y(t) в допустимых границах (по значению или по точности).
Основные возмущения, как правило, в определенной степени учитываются (компенсируются) управляющим устройством.
Система может иметь обратную связь уос(t) с выхода ОУ на вход УУ, которая при формировании сигнала управления u(t) учитывает предшествующие значения (состояния) y(t).
Величины X, U, Y в динамических объектах связаны дифференциальными, интегральными или разностными уравнениями.

замкнутую структуру.
Выходной величиной ОУ САУ является обычно главный технологический

параметр объекта (скорость, мощность, и т.п.).
Методы управления - это набор:
способов,
приемов,
средств воздействия на управляемый объект.
По содержанию воздействия на объект управления методы обычно делятся:
на технические,
технологические,
программные и
прочие в производственных системах автоматического управления, и
организационные,
экономические, и
другие в хозяйственных и корпоративных системах.

Методы управления
в производственных системах определяются техническими параметрами управляемых объектов,
в хозяйственных и корпоративных системах – структурой систем и целевыми задачами управления.

Одни из них описывают состояние системы, другие – выход системы,

т.е. результаты ее работы, третьи – управляющие воздействия. Выделяют экзогенные переменные, значения которых определяются извне, и эндогенные переменные, используемые только для описания процессов внутри системы.
Управляющие параметры – часть экзогенных. Задавая их значения (или изменения этих переменных во времени), можно изменять выход системы в нужную для себя сторону.

Пространство состояний объекта управления
или фазовое пространство Q(yj, tn) в общем случае является многомерным математическим пространством. На рис. приведен условный график фазового пространства для трех переменных состояний yj.
Допустим, что в некоторый начальный момент времени t0 (обычно t0=0) вектор состояния объекта управления равен Y(t0), а объект управления описывается в пространстве состояний уравнением вида:
Q(t) = Ф[Y(t), U(t), X(t), t].

уравнение при начальных условиях Y(t0).
Полученному решению Y(t, U(t), X(t),

y(t0)), t≥t0 , которое зависит от всех воздействий и начальных условий, при каждом t в пространстве состояний будет соответствовать определенная точка.
Кривую, соединяющую эти точки, называют траекторией движения объекта.

Условно можно принять, что изображающая точка во времени движется в пространстве состояний, а оставляемый ею след и представляет собой траекторию движения объекта.
Из-за конструктивных, прочностных, энергетических и других особенностей объекта на его вход не могут подаваться произвольные управления.
Реальные управления подчинены некоторым ограничениям, совокупность которых формирует область возможных допустимых значений u(t) ∈ U(t).
Аналогично компоненты вектора состояния Y(t) в общем случае также должны удовлетворять определенным ограничениям, т.е. вектор Y(t) в пространстве состояний не должен выходить за пределы некоторой области Q, называемой областью допустимых состояний.
Пусть в области Q можно выделить некоторую подобласть состояний Qc, которые являются желательными.
Цель управления заключается в том, чтобы перевести объект из начального состояния Y(t0) в конечное состояние Y(tk), принадлежащее подобласти Qc,
т.е.Y(tk) ∈ Qc.

управление.
Задача управления заключается в том, чтобы в области допустимых

управлений подобрать такое значение, при котором достигнута цель.
Иными словами требуется отыскать такое допустимое управление U(t) ∈ W(U), определенное на временном отрезке [t0, tk], при котором уравнение объекта при заданном начальном состоянии и известном векторе X(t) имеет решение Y(t), удовлетворяющее ограничению Y(t) ∈ Q(Y) при всех t ∈ [t0, tk] и конечному условию
X(tk) ∈ Qc.

по различным признакам, важнейшими из которых являются цель управления, вид

структуры, вид и размерность математической модели, характер сигналов, характер параметров, характер внешних воздействий. Согласно этим признакам будем различать:
системы разомкнутые, замкнутые или комбинированной структуры;
системы стабилизации, программного управления, следящие системы;
модели линейные, нелинейные, скалярные и векторные;
системы непрерывные, дискретные или гармонически модулированные;
системы стационарные и нестационарные;
с сосредоточенными или распределенными параметрами;
системы с детерминированными или стохастическими воздействиями.

Практическая классификация систем управления обычно строится на основе применяемых принципов управления и осуществления управляющих воздействий.

управление,
компенсирующее управление,
управление с обратной связью (замкнутое управление) и
Комбинированное

управление.
При разомкнутом управлении программа управления жестко задана в УУ и влияние возмущений на параметры процессов не учитывается.
Примерами таких систем являются часы, магнитофон, компьютер, и т.п.
Разомкнутое регулирование применяется при наличии двух условий:
достаточной информации о свойствах объекта и их постоянстве в процессе работы;
незначительном уровне помех или их полном отсутствии.
В простых разомкнутых системах управляющее воздействие u(t) формируется управляющим устройством как функция задающего или возмущающего воздействия.

Если известна модель объекта у = G(u, x) в алгебраической или дифференциальной форме и известна необходимая реакция у(t), то решается обратная задача
u(t) = Y(у(t), x(t))
и определяется управление, которое необходимо для реализации реакции объекта 2. Найденный закон управления u(t) реализуется регулятором 1.
Однако такое управление можно реализовать в том случае, если x(t) = const.

вызываемого влиянием того или иного фактора, необходимо, чтобы управляющее воздействие

было определенной функцией этого фактора и характеристик объекта.

На рис. представлена структура, реализующая принцип компенсации возмущения.

Если воздействие возмущающих факторов может искажать выходную величину системы до недопустимых пределов, то применяют принцип компенсации с использованием корректирующего устройства (обратная связь).
Она применяется при x(t) = var, но величина x(t) поддается измерению.
Её значение может подаваться на вход управляющего устройства, обеспечивая соответствующую реакцию воздействия u(t) на изменения значения x(t).
Для задания параметров коррекции должно проводиться изучение соответствующего возмущающего фактора или создаваться его математическая модель.
Примеры систем компенсации:
биметаллический маятник в часах,
компенсационная обмотка машины постоянного тока
и т.п.
Принцип компенсации обеспечивает быструю реакции на возмущения и более высокую эффективность управления, по сравнению с просто разомкнутым управлением но, как правило, используется для компенсации только определенных дестабилизирующих факторов и не может защитить от всех возможных возмущений.

отклонения sy(t) управляемой величины от требуемого значения, вызываемого возмущающим воздействием

x(t), измеряется это воздействие и в результате его преобразования вырабатывается управляющее воздействие u(t), которое, будучи приложено к входу объекта управления 2, вызывает компенсирующее отклонение управляемой величины противоположного знака по сравнению с отклонением sy(t).
Основной недостаток разомкнутых систем - практическая невозможность иметь идеально точную модель системы у = G(u, x) с учетом всех действующих возмущений, равно как и измерять все регулярные и нерегулярные возмущения.
Разомкнутые системы обычно не применяются для управления неустойчивыми объектами и объектами с изменяющимися параметрами.

Разомкнутая система

Система с компенсацией

На рис. в цепи НЭ стоит термосопротивление Rt, величина которого меняется в зависимости от колебаний температуры окружающей среды, корректируя напряжение на НЭ.

котором управляющее воздействие корректируется в зависимости от выходной величины y(t).

Если значение y(t) отклоняется от требуемого, то происходит корректировка сигнала u(t) с целью уменьшения данного отклонения.
Для выполнения данной операции выход ОУ соединяется с входом устройства управления главной обратной связью (ОС).
Это самый дорогой вид управления, при этом канал обратной связи является наиболее уязвимым местом системы.
При нарушении его работы система может стать неустойчивой или полностью неработоспособной.

Структура комбинированных замкнутых систем управления представлена на рис.
Управляющее воздействие u(t) формируется как функция некоей функции F(x(t)) и рассогласования e(t) = g(t) - y(t) текущего значения управляемой переменной от требуемого задающего воздействия.

Принцип управления по отклонению e(t) = g(t) - y(t) универсален, т. к. позволяет достигать цели управления независимо от причин рассогласования - изменения внутренних свойств объекта и внешних воздействий.

некотором смысле качества управления независимо от внешних воздействий, используют принцип

адаптации.

Показатель качества обрабатывается устройством адаптации 3 для изменения структуры управляющего устройства или его параметров.
Отметим, что при введении обратной связи система управления становится инерционной.
Поэтому часто применяют комбинацию обратной связи с принципом компенсации, что позволяет объединить достоинства обоих принципов:
быстроту реакции на возмущение при компенсации и
точность регулирования независимо от природы возмущений от обратной связи.

Замкнутые системы позволяют решать все задачи управления: стабилизации, слежения и программного управления. Неустойчивые объекты могут быть управляемы только системами с замкнутыми структурами.
Принцип комбинированного управления, рассмотренный выше, является обобщением рассмотренных принципов управления является, который позволяет в замкнутой системе использовать и принцип управления по возмущению.

системах регулирования по отклонению контролируется прямо регулируемая величина (Y) и

алгоритм функционирования обеспечивается без измерения возмущений.

нагрузке осуществляется измерение возмущения и при отклонении возмущения от некоторого

обусловленного значения в системе возникает управляющее воздействие, реализуемое так же, как в системах регулирования отклонений

(ПИ):
Пропорционально-интегрально-дифференциальный закон (ПИД):

2-центробежный механизм (измерительный элемент); 3-заслонка (регулирующий элемент)

(измерительный элемент); 3-потенциометр (преобразующий элемент); 4-электродвигатель (исполнительный элемент); 5-заслонка (регулирующий

элемент); 6-задатчик

4-гидравлический двигатель (исполнительный элемент); 5-заслонка (регулирующий элемент)
САР частоты вращения вала

теплового двигателя непрямого действия.

САР

(центробежный механизм); 3-регулирующий механизм (выключатель)
Импульсные САР
Возрастание скорости приводит к замыканию

контакта, ток возрастает, магнитный поток возрастает  kФ,
w = E/(kФ),
скорость падает, контакт размыкается и т.д.

2-измерительный элемент (электрический мост с гальванометром);
3-преобразующий импульсный элемент;
4-исполнительный

элемент (электродвигатель);
5-регулирующий элемент (шторки радиатора);
6-мост;
7-гальванометр

классификации систем управления. Отметим некоторые из них.
Наиболее общая классификация с

позиций методов исследования систем, учитывающая способы математического описания, характер передачи сигналов, и характер протекания процессов в системах, приведена на рис.

регулируемой величины от внешнего воздействия различают статические и астатические системы.
В

статических системах регулируемая величина y(t) при постоянном задающем (возмущающем) воздействии по окончании переходного процесса принимает значение, пропорциональное воздействию, т.е. между входной и выходной величинами устройства имеется строго определенная функциональная связь y=f(u), которую принято называть статической характеристикой. В режиме холостого хода управляемая величина пропорциональна значению задающе­го воздействия uз, а наклон статической характеристики не зависит от uз. Обычно uз выбирают таким образом, чтобы управляемая величина точно соответ­ствовала требуемому значению при номинальной нагрузке. Примером статической системы автоматического управления может служить электронный стабилизатор напряжения источника питания.
В астатических системах при внешнем воздействии по окончании переходного процесса значение регулируемой величины устанавливается равным заданному, т.е. система в установившемся режиме стремится к нулевому значению между заданным и текущим значением регулируемой величины. Если отклонение управляемой величины в установившемся режиме не зависит от возмущающего воздействия, то система является астатической к этому возмущающему воздействию. Если оно не зависит от задающего воздействия, то система астатическая по отношению к задающему воздействию.

линейные и нелинейные системы
В линейных системах между выходными и входными

величинами существуют функциональные зависимости и выполняется принцип суперпозиции (реакция системы на сумму воздействий равна сумме реакций на каждое воздействие в отдельности). Процессы в системах описываются дифференциальными уравнениями. В зависимости от вида дифференциального уравнения линейные системы подразделяются на типы, приведенные на рис.
В нелинейных системах хотя бы в одном звене системы нарушается принцип суперпозиции (линейность статической характеристики). В уравнениях динамики нелинейных систем присутствуют нелинейные функции (произведение переменных или их производных, степени переменных и т.п.). Возможности и качество управления в нелинейных системах значительно выше, чем в линейных.
Реальные системы управления обычно являются нелинейными и расчет систем достаточно сложен. С учетом хорошей разработанности теории линейных систем, нелинейные системы стремятся привести к линейным, используя методы линеаризации.

адаптивные и неадаптивные.
Адаптивные системы обладают способностью приспосабливаться к изменению внешних

условий и воздействий, а также повышать качество управления по мере накопления информации.
Неадаптивные системы такими способностями не обладают и имеют постоянную настройку под определенные внешние условия и воздействия с ограниченным диапазоном их вариаций.
В последние десятилетия интенсивно разрабатывается новый класс систем управления - интеллектуальные системы управления (ИСУ).
ИСУ строятся как:
самообучающиеся,
самонастраивающиеся системы с гибкими процедурами принятия решений.
Они способны формировать:
новые знания в процессе управления и функционирования,
выступать в качестве экспертных систем, встроенных в контур управления, и
работать в интерактивном режиме с лицом, принимающим решения.

участия человека, называется автоматическим. Устройство, обеспечивающее автоматическое управление объектом, называется

системой автоматического управления (САУ). В тех случаях, когда система обеспечивает стабилизацию управляемой величины в заданных пределах, она называется системой автоматического регулирования (САР).
Под автоматизированным понимается управление объектом в системе с разомкнутой обратной связью с участием человека в выработке управляющих воздействий.
Системы, реализующие такое управление, называются автоматизированными системами управления (АСУ).
Если объекты управления относятся к типу технических, то системы управления называются автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУТП).

система управления им относится к автоматизированным системам организационного управления (АСОУ).
В

последние годы все более широко внедряется интегрированное управление, реализуемое интегрированными автоматизированными системами управления (ИАСУ).
В ИАСУ объектами управления являются технические, производственно-экономические, организационные и социальные системы.
ИАСУ создаются и функционируют на основе ЭВМ и экономико-математических методов, которые используются для управления техническими объектами, технологическими процессами, для планирования, контроля, анализа и регулирования производства в целом.
Систему автоматизированного проектирования (САПР) можно определить как интегрированную автоматизированную систему управления, объектом управления которой является процесс выбора проектно-конструкторских решений на основе экономико-математических моделей изделий, конструкций, архитектурно-планировочных вариантов и т. п.

совокупностью предписаний, определяющих характер изменения управляемой величины в зависимости от

воздействия. По алгоритмам функционирования системы делятся на стабилизирующие, программные, следящие и преобразующие системы.
Стабилизирующие системы обеспечивают поддержание с необходимой точностью (стабилизацию) одной или нескольких управляемых величин при произвольно меняющихся возмущающих воздействиях. Задающее воздействие системы - постоянная величина, т. е. u(t) = const.
Программные системы управляют изменением управляемой величины с необходимой точностью в соответствии с составленной программой, если она заранее известна в виде временной функции. Изменение управляемой величины по программе достигается добавлением к стабилизирующей системе программного устройства ПУ, изменяющего задающее воздействие u(t) во времени по определенному закону. Примерами программных систем являются системы управления химическими процессами, программного управления станками, системы программного управления выводом спутников Земли на расчетные орбиты.
Следящие системы осуществляют изменение управляемой величины не по заранее заданной программе, а произвольно. Например, антенна радиолокатора поворачивается, следуя за самолетом, траектория движения которого заранее неизвестна, т. е. «следит» за ним. Задающие воздействия и управляемые величины следящих систем могут иметь разнообразный характер по своей физической природе.
Преобразующие системы. Алгоритм системы - преобразование с необходимой точностью задающего воздействия (совокупности задающих воздействий) в управляемую величину (совокупность управляемых величин) в соответствии с некоторой функцией преобразования. Преобразующая система должна возможно более точно воспроизводить на своем выходе не само задающее воздействие (как следящая система), а некоторую величину, связанную с управляющим воздействием функций преобразования. К преобразующим системам относятся, например, интегрирующие, дифференцирующие, экстраполирующие и другие системы автоматического управления.