Что называется ошибкой управления в автоматизации
Что называется ошибкой управления в автоматизации
Точность систем управления является важнейшим показателем их качества. Чем выше точность, тем выше качество системы. Однако предъявление повышенных требований к точности вызывает неоправданное удорожание системы, усложняет ее конструкцию. Недостаточная точность может привести к несоответствию характеристик системы условиям функционирования и необходимости ее повторной разработки. Поэтому на этапе проектирования системы должно быть проведено тщательное обоснование требуемых показателей точности.
В этом разделе рассматриваются методы определения ошибок, возникающих при работе систем управления с детерминированными входными воздействиями. Вначале анализируются ошибки систем в переходном режиме. Затем особое внимание уделено простым способам расчета ошибок систем в установившемся режиме. Будет показано, что все системы управления можно разделить по величине установившихся ошибок на системы без памяти, так называемые статические системы, и системы, обладающие памятью, – астатические системы управления.
Типовые входные воздействия
Для оценки качества работы систем управления рассматривают их поведение при некоторых типовых воздействиях. Обычно такими воздействиями служат следующие три основные вида функций:
а) ступенчатое воздействие: g(t) = 
, g(p) = 
;
В некоторых случаях рассматривают обобщенное полиномиальное воздействие:
, t > 0.
Переходные процессы при типовых воздействиях можно построить следующим образом. Пусть задана передаточная функция замкнутой системы управления W(p). Тогда
где g(p) – изображение соответствующего воздействия.
Например, если 
, то 
и для g(t) = g0 получим 
.
С помощью вычетов или по таблицам находим обратное преобразование Лапласа и получаем вид переходного процесса x(t) для заданного входного воздействия:
,
где Res x(p) – вычет функции x(p) в точке a.
Обычно реакция системы на ступенчатое воздействие имеет вид, показанный на рис. 21,а или рис. 21,б.
Переходный процесс, как правило, характеризуют двумя параметрами – длительностью переходного процесса (временем установления) и величиной перерегулирования.
В зависимости от характера собственных колебаний системы переходный процесс в ней может быть колебательным, как это показано на рис. 21, б, или плавным гладким, называемым апериодическим (рис. 21,а). Если корни характеристического уравнения системы действительны, то переходный процесс в ней апериодический. В случае комплексных корней характеристического уравнения собственные колебания устойчивой системы управления являются затухающими гармоническими и переходный процесс в системе имеет колебательный характер.
При малом запасе устойчивости САУ ее собственные колебания затухают медленно, и перерегулирование в переходном режиме получается значительным. Как следствие, величина перерегулирования может служить мерой запаса устойчивости системы. Для многих систем запас устойчивости считается достаточным, если величина перерегулирования 
.
При проектировании систем управления часто требуется оценить ошибку слежения в установившемся режиме 
. В зависимости от вида воздействия и свойств системы эта ошибка может быть нулевой, постоянной или бесконечно большой величиной.
Очень важно, что величина установившейся ошибки может быть легко найдена с помощью теоремы о предельном значении оригинала: 
.
При использовании этой теоремы нужно выразить величину ошибки e (p) через g(p). Для этого рассмотрим структурную схему замкнутой системы управления (рис. 22).
,
Пример 1. Рассмотрим систему управления, в составе которой нет интеграторов, например,
.
Найдем величину установившейся ошибки при ступенчатом входном воздействии g(t) = g0, t ³ 0. В этом случае
.
Предположим теперь, что входное воздействие изменяется линейно 
t или 
.
Тогда 
. Соответствующие входные воздействия и переходные процессы можно представить графиками на рис. 23,а и б.
Пример 2. Рассмотрим теперь систему, содержащую один интегратор. Типичным примером может быть система сервопривода (рис. 6) с 
.
Для ступенчатого воздействия g(t) = g0 или g(p) = получим
.
При линейном входном воздействии
.
Такие процессы можно проиллюстрировать соответствующими кривыми на рис.24, а и б.
Пример 3. Рассмотрим систему с двумя интеграторами. Пусть, например, 
. При ступенчатом воздействии 
.
При линейном 
.
Наконец, если входное воздействие квадратичное g(t) = at2/2 (g(p) = a/p3), то
.
Таким образом, в системе с двумя интеграторами может осуществляться слежение за квадратичным входным воздействием при конечной величине установившейся ошибки. Например, можно следить за координатами объекта, движущегося с постоянным ускорением.
Статические и астатические системы управления
Анализ рассмотренных примеров показывает, что системы управления, содержащие интегрирующие звенья, выгодно отличаются от систем без интеграторов. По этому признаку все системы делятся на статические системы, не содержащие интегрирующих звеньев, и астатические системы, которые содержат интеграторы. Системы с одним интегратором называются системами с астатизмом первого порядка. Системы с двумя интеграторами – системами с астатизмом второго порядка и т.д.
Какие же физические причины лежат в основе таких свойств астатических систем управления?
Рассмотрим систему управления с астатизмом второго порядка (рис. 25)
Итак, существуют простые возможности определения важнейшего показателя систем управления – величины их динамических ошибок. Детальный анализ переходных процессов в системах управления обычно выполняют с помощью моделирования на ПЭВМ. Вместе с тем величины установившихся ошибок легко находятся аналитически. При этом астатические системы управления, т.е. системы с интеграторами, имеют существенно лучшие показатели качества по сравнению со статическими системами.
© 2021 Научная библиотека
Копирование информации со страницы разрешается только с указанием ссылки на данный сайт
Автоматизация: типичные ошибки управления
Николя Шабанолес
По мере роста использования технологий автоматизации возникают проблемы управления. Николя Шабанолес, технический директор Bonitasoft, рассматривает на портале Enterprisers Project некоторые общие подводные камни и дает рекомендации для ИТ-директоров.
По мере того, как автоматизация перемещается из заводских цехов в бизнес-офисы, возрастает ответственность ИТ-директора за обеспечение целостности бизнес-процессов. Теперь речь идет не только собственно об автоматизации с помощью средств управления бизнес-процессами (BPM), цифровых платформ автоматизации процессов или даже инструментов роботизации процессов (RPA). Мы все больше и больше обращаем внимание на краткосрочные и долгосрочные последствия автоматизации работы людей с информацией посредством BPM, RPA и искусственного интеллекта.
Это означает, что интеллект и ноу-хау для определенных видов работ все чаще реализуется в программном обеспечении. Вопрос в том, как мы можем обеспечить соответствие проводимой автоматизации корпоративной политике управления как на уровне проекта, так и на уровне компании?
Вот несколько распространенных ошибок и советов для ИТ-директоров по управлению и автоматизации бизнеса.
Ошибка 1. Автоматизация без надлежащего контроля слишком большого числа функций — потому что это «легко»
Распространение SaaS и инструментов Low-code облегчило для бизнес-подразделений получение необходимых возможностей автоматизации без участия ИТ-отдела. Инструменты BPM, ориентированные на «гражданских разработчиков», и мощный рост RPA означают, что ИТ-службы не всегда отслеживают, как автоматизация (особенно автоматизация задач) согласуется с работой бизнеса и операционными процессами. Соблюдаются ли соответствующие уровни безопасности и проектные политики, зависит от того, думает ли об этом руководитель.
Как только эти сервисы и инструменты станут частью бизнес-ландшафта, руководители проектов могут обратиться в ИТ-отдел, чтобы интегрировать их в существующие системы. Роль CIO заключается в том, чтобы убедиться, что организационная ответственность, контроль качества, соответствие финансовым требованиям, безопасность и другие управленческие требования достаточно хорошо понятны и с самого начала учитываются ответственными менеджерами или что эти руководители знают, когда следует обратиться к технической группе за помощью в обеспечении соответствия корпоративным требованиям.
Хорошее управление предполагает более широкий взгляд на то, что и каким образом должно быть автоматизировано. Например, использование RPA для автоматизации задач, которые являются частью неэффективного процесса, может привести к более быстрому, но все так же неэффективному процессу, и несколько точек, подвергнутых такой автоматизации, увеличат, а не уменьшат неэффективность процесса.
Ошибка 2. Ожидание, когда руководители бизнес-проектов попросят помощи
Техническая группа должна с самого начала работать с бизнесом над проектами автоматизации как процессов (BPM), так и задач (RPA). Часть самого процесса управления проектом должна быть направлена на то, чтобы ИТ и бизнес вместе работали в команде и чтобы частые коммуникации не вызывали сложностей. Задача бизнеса заключается в обеспечении соответствия технологий бизнес-процессам и правилам. Задача ИТ-отдела заключается в том, чтобы обеспечить надлежащее внедрение технологий — например, чтобы процессы были безопасными и непреднамеренно не раскрывали конфиденциальную информацию.
В организациях, где руководство бизнеса понимает и применяет передовые практики вплоть до нижних уровней, ИТ-директору, возможно, не нужно так сильно напоминать всем о том, что решения об автоматизации и внедрении решений должны рассматриваться с более широкой точки зрения. Но люди — это люди, поэтому CIO должен гарантировать, что культура ИТ-коллектива предполагает сотрудничество с бизнесом на равных в команде, а не развертывание ресурса только тогда, когда ощущается потребность в нем.
Хорошо интегрированная группа ИТ и бизнеса означает, что бизнес не боится обращаться за советом и помощью, прежде чем принимать решения по внедрению технических решений, и ИТ-специалисты знают о них и готовы помочь соответствующим образом упростить эти решения.
Ошибка 3. Ожидание, что командная работа наладится сама собой
Легко сказать, что ИТ- и бизнес-команды должны быть хорошо интегрированы и обладать высоким уровнем доверия и коммуникации — но этого мало. Так как же мы можем на самом деле помочь установлению сотрудничества и доверия, чтобы наладить своевременную коммуникацию о решениях и управлении автоматизацией?
Наибольший успех в области автоматизации процессов наблюдается в компаниях, создавших для своих проектов центры передового опыта (CoE). СоЕ выполняет ключевые функции представительства бизнеса и ИТ на различных уровнях, от топ-менеджмента до руководителей проектов, а также способствует сотрудничеству.
Эффективный СоЕ может помочь ИТ-отделу следить за тем, как автоматизация интегрируется в работу бизнеса с помощью BPM, RPA, ИИ и внедрений других инструментов на различных уровнях. Он может избавить менеджеров от необходимости просить о помощи или ИТ-отдел от необходимости постоянно подтверждать свои полномочия, будучи приглашенным в проект или нет. И лучше всего, когда корпоративное и проектное управление присутствует с начала каждого проекта, как тщательно спланированного, так и ситуативного.
Ответственность ИТ-директора выходит за рамки технологии. Возможно, это всегда было так, но по мере того, как технологические возможности все больше и больше переходят в руки бизнеса, полноценное сотрудничество и командная работа становятся важнее, чем когда-либо. Установление правил и политик корпоративного и проектного управления является обоюдной ответственностью, равно как и внедрение «корпоративных ограждений» через технологии в проекты автоматизации всех размеров.
Конечно, CIO видней, на что обращать внимание, ждать ли обращений о помощи и стоит ли оставить командную работу на произвол судьбы. Но, как и в общей ситуации с лучшими практиками, раскрыть им глаза — значит лучше подвести их к правильным действиям.
Системы автоматики: системы автоматического контроля, управления и регулирования
Все элементы автоматики по характеру и объему выполняемых операций подразделяют на системы: автоматического контроля, автоматического управления, автоматического регулирования.
Система автоматического контроля (рис. 1) предназначена для контроля за ходом какого-либо процесса. Такая система включает датчик В, усилитель А, принимающий сигнал от датчика и передающий его после усиления на специальный элемент Р, который реализует заключительную операцию автоматического контроля — представление контролируемой величины в форме, удобной для наблюдения или регистрации.
Рис. 1. Система автоматического контроля
Независимо от количества элементов системы автоматического контроля являются разомкнутыми и сигнал в них проходит только в одном направлении — от объекта контроля Е к исполнительному элементу Р.
Система автоматического управления предназначена для частичного или полного (без участия человека) управления объектом либо технологическим процессом. Эти системы широко применяют для автоматизации, например, процессов пуска, регулирования частоты вращения и реверсирования электродвигателей в электроприводах всех назначений.
Усилитель А, не изменяющий принципа действия системы, необходим для ее практической реализации, когда мощность сигнала, поступающего от элемента сравнения UN, недостаточна для воздействия на рабочий орган L.
Рис. 2. Система автоматического регулирования
Рис. 3. Автоматическое регулирование по отклонению
Наряду с задающим воздействием на систему могут влиять различные дестабилизирующие факторы Q, которые вызывают отклонение регулируемой величины от заданной. Воздействия дестабилизирующих факторов, один из которых условно обозначен на рисунке буквой Q, могут проявляться в различных местах системы и, как принято говорить, поступать по различным каналам. Так, например, изменение температуры окружающей среды приводит к изменению сопротивления в цепи обмотки возбуждения, что в свою очередь влияет на напряжение генератора.
Однако где бы ни возникали воздействия Q (со стороны потребителя — ток нагрузки, вследствие изменения параметров цепи возбуждения), система регулирования будет реагировать на вызванное ими отклонение регулируемой величины от заданной.
В системе, использующей только такой принцип регулирования (рис. 4 и 5), фактическое значение регулируемой величины не учитывается. Принимают во внимание только одно возмущающее воздействие — ток нагрузки I н. В соответствии с изменением тока нагрузки происходит изменение магнитодвижущей силы (мдс) обмотки возбуждения L2, являющейся измерительным элементом данной системы. Изменение мдс этой обмотки приводит к соответствующему изменению напряжения на выводах генератора.
Рис. 4. Автоматическое регулирование по возмущению
Рис. 5. Принципиальная схема системы автоматики
Система, осуществляющая комбинированное регулирование (по отклонению и возмущению), может быть получена объединением ранее рассмотренных систем в одну (рис. 6)
Рис. 6. Система автоматики комбинированного регулирования
замкнутойтой не имеет замкнутой цепи воздействия по регулируемой величине, поэтому ее называют разомкнутой.
Системы автоматики по принципу действия подразделяют на статические и астатические. В статических системах регулируемая величина не имеет строго постоянного значения и с увеличением нагрузки изменяется на некоторую величину, называемую ошибкой регулирования.
В астатических системах статизм равен нулю и поэтому зависимость регулируемой величины от нагрузки представляет собой линию, параллельную оси нагрузки (рис. 7,6).
Рис. 8. Астатическая система автоматики
Однако существуют системы, называемые дискретными, в которых воздействие на рабочий орган осуществляется с перерывами, например система регулирования температуры подошвы утюга, в которой регулирующее воздействие может принимать только одно из двух фиксированных значений при непрерывном изменении регулируемой величины — температуры.
Рис. 9. Структурная схема системы телемеханики
Телесигнализация, как и телеизмерение, выдает оператору исходные данные для принятия решения по управлению ОК или служит для выработки управляющих воздействий в системах телеуправления и телерегулировки. Основное отличие этих систем от предыдущих заключается в том, что в первой из них используются дискретные сигналы типа «включить», «выключить», а во второй — непрерывные, подобно обычным системам регулирования.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Интернет для продвижения. Как получить пользу на b2b-рынке
Интернет становится неоценимым каналом маркетинговых коммуникаций: здесь прекрасно продвигаются и предметы роскоши, и самые что ни на есть массовые брэнды. Но как только речь заходит о товарах и услугах так называемого «производственного назначения» – сразу же появляется масса вопросов. подробнее
