Басқару принциптері, басқару жүйелерінің құрылу принциптеріБарлық адам қызметінің облыстарында әртүрлі процестермен басқарылатын, осы немесе басқа функцияларды орындайтын жүйелердің алуан түрлері бар. Алайда, басқару жүйелерінің құрылу принциптері, басқару принциптері заңдар сиқты жалпыға бірдей қасиетке ие болып келеді. Бүгінгі күнде басқару принципінің төрт түрі белгілі: 1. Циклдың тұйықталмағандық принципі. 2. Кері байланыс принципі немесе тұйықталған цикл принципі. 3. Аралас принцип. 4. Адаптивті принципі.
Циклдың тұйықталмағандық принципінің негізі мынада талап етілетін басқару заңы берілетін әсерге сәйкес, тек қана басқару мақсатының негізінде ғана қалыптасады. Берілген принципті жүзеге асыратын басқару, берілетін әсермен басқару деп аталады. Осы принциппен құрылатын жүйе тұйықталмаған және тұйықталған болып келеді. Тұйықталмаған жүйенің функциональді сызбасы 2- суретінде кескінделген.
2-суреті. Тұйықталмаған жүйенің функциональді сызбасы
Жүйенің элементтері: БО – басқару объектісі; БҚ – басқарушы құрылғы; R – реттеуіш.
Жүйенің координаталары (айнымалылар): g(t) – жоспарлау әсері; y(t) – басқарылатын (реттелетін) өлшем; f(t) –қоздыру әсері; u(t) – басқарушы әсер.
Басқару объектісі дегеніміз – техникалық құрылғы немесе технологиялық процесс, оның кейбір физикалық өлшемдері өзгермейтін немесе мақсатқа бағытталған өзгертулерге сүйенеді. Жоспарлаушы құрылғы жоспарлаушы әсерді өңдеу арқылы басқару мақсатын құру үшін арналған. Реттеуіш басқару заңын құру үшін қызмет етеді, соған сәйкес, соңғысын талап етілетін күйге келтіру үшін, басқару объектісіне қойылатын басқарушы әсерді береді. Жүйенің кіріс өлшемдері болып сәйкесінше жоспарлаушы және қоздырушы әсерлері болып келеді. Жоспарлаушы әсер дегеніміз – басқару мақсаты арқылы анықталатын әсер, сәйкесінше онымен бірге басқарылатын өлшем өзгертілу керек. Қоздырушы әсер сыртқы ортаның басқару объектісіне белгілі-бір әсерді білдіреді, және ереже бойынша, оған теріс ықпал көрсетеді. Объективті түрде бұл әсер тіршілік ететін және кездейсоқ болып бөлінеді. Жүйенің шығыс координатасы болып басқарылатын немесе реттелетін өлшем болып келеді. Бұл өлшем басқару объектісінің күйін сипаттайды және ол тұрақтандыруға немесе басқару мақсатымен сәйкес берілген бейнеге өзгертілуге жатады. Басқарылатын өлшем талап етілетін мәндерді қабылдау үшін басқару объектісіне басқарушы әсер – u(t) әсерді беру керек. Басқарушы әсер реттеуіш арқылы қалыпқа келтіріледі және соңғысы керекті күйге өтуі үшін, басқару объектісіне беріледі. Демек, басқарудың мақсаты басқарылатын әсерді қалыпқа келтіруінде болып келеді. Тұйықталмаған жүйеде, тұйықталмаған циклдың принципы мен функциональді сызбасына қарағанда, реттеуіш басқарылатын әсерді тек қана жоспарлаушы әсердің негізінде ғана қалыпқа келтіріп отыр, яғни u(t) =F[g(t)]. (1) (1) өрнегі тұйықталмаған жүйенің басқару заңын сипаттайды. Басқару заңы дегеніміз – алгоритм немесе функциональді тәуелділік, соған сәйкесінше реттеуіш басқарылатын әсерді қалыпқа келтіреді. Тұйықталмаған жүйе үшін, басқарылатын объектіге жүйе жұмысының процесінің әсері тікелей тәуелсіз болып келетіні қалыпты болып келеді. Осыдан тұйықталмаған жүйенің негізгі кемшілігі – жұмыстың дәлдігінің төмен болуы. Тұйықталмаған принцип бойынша барлығына таныс көптеген автоматтар жұмыс жасайды, мысалы, сағат, белгілі комбинацияға тиынды салған кезде кейбір белгілі заттарды лақтыратын автомат (билеттер, шоколад) және тағы да сол сияқтылар. Осындай жүйенің мысалы ретінде мылтықтан атқан кездегі басқару жүйесін де қарастыруға болады. Тұйықталған циклдың (кері байланыс принципі) принципінде басқару заңы жоспарлаушы әсерден басқару өлшемінің ауытқуы негізінде қалыпқа келтіріледі. Мұндайбасқаруауытқу бойынша басқару деп аталды, бұл кезде басқарылатын өлшем басқарушы әсерге ықпал көрсетеді. Бұл принципті жүзеге асыратын жүйе тұйықталған немесе кері байланыспен басқару жүйесі деп аталады. Тұйықталған жүйенің функциональді сызбасы 2- суретінде кескінделген.
3- суреті. Тұйықталған жүйенің функциональді сызбасы Жүйенің элементтері: БО – басқару объектісі; БҚ – басқарушы құрылғы; ӨТҚ– өлшеп-түрлендіретін құрылғы; СҚ – салыстырушы құрылғы; R – реттеуіш. Жүйенің координаталары (айнымалылар): g(t) – жоспарлау әсері; y(t) – басқарылатын (реттелетін) өлшем; f(t) –қоздыру әсері; x(t) – келіспеушілік (қате); u(t) – басқарушы әсер.
Тұйықталған жүйені алу үшін тұйықталмаған жүйеге қосымша: өлшеп-түрлендіруші және салыстырушы құрылғыларды енгізе отырып тұйықтау керек. Өлшеп - түрлендіруші құрылғы басқарылатын өлшемді өлшеу (бақылау) үшін және түрге келтіру үшін қызмет етеді, ол өңдеу мен беру үшін ыңғайлы болып келеді. ӨТҚ кері байланысты жүзеге асырады, яғни басқару нәтижесін ескере отырып, басқарылатын әсерді қалыпқа келтіруге рұқсат беретін себеп пен салдар байланысы. Салыстырушы құрылғы басқарылатын өлшемді жоспарланатын әсермен салыстыру үшін және салыстыру нәтижесін келіспеушілік сигнал түрінде беру үшін ұсынылады
x(t) = g(t) – y(t) (2) Келіспеушілік басқару өлшемінің жоспарлаушы әсерден ауытқуын білдіреді, яғни жүйенің қатесі болып келеді, және ол басқарушы әсердің реттеуіш арқылы қалыпқа келтіруінің көзі болып келеді. Демек, басқару заңы тұйықталған жүйеде келіспеушілік функциясы болып келеді
u(t) = F[x(t)] (3)
Басқарушы әсер басқару объектісіне x(t)à0 болғанша дейін беріледі. Осындай әдіспен тұйықталған жүйе әр уақытта x(t) келіспеушілікті нөлге келтіргенше дейін жұмыс жасайды. Тұйықталған циклдың (кері байланыс) принципі – басқарудың негізгі принципі болып келеді. Ол көптеген жүйелердің басым негізінде жатыр, өйткені басқару кезінде шешуші рөлді басқару нәтижесі туралы ақпарат ойнайды. Тұйықталған жүйелердің негізгі артықшылығы болып олардың жоғары дәлдігі болып келеді, алайда, тұйықталмаған жүйелерге қарағанда жылдамдығы аз болып келеді. Тұйықталған жүйелердің мысалы ретінде мұздатқыштағы температураның тұрақтылық жүйесі, автопилот, жоғарғы мектептегі оқыту жүйесі және тағы сол сияқтылар. Аралас принцип тұйықталмаған және тұйықталған принциптердің бір жүйеде үйлестіруін білдіреді. Өзіне жоспарлаушы әсермен және ауытқумен басқаруды үйлестіретін басқару аралас басқару деп аталады. Мұндай басқару жоғары дәлдік пен жоғары жылдамдықты қамтамасыз етеді. Аралас принципті жүзеге асыратын жүйе аралас деп аталады. Аралас жүйенің функциональді сызбасы 1.3-суретінде кескінделген.
4-суреті. Аралас жүйенің функциональді сызбасы
Аралас жүйені жүзеге асыру үшін тұйықталған жүйеге қосымша функциональді ЖКШ және ҚКШ элементтерін қосу керек. ЖКШ – жоспарлайтын әсер бойынша компенсациялаушы шынжыр, ол жоспарлаушы әсер бойынша жүйе жұмысының қатесін компенсациялауға мүмкіндік береді. ҚКШ – қоздырушы әсер бойынша компенсациялаушы шынжыр, ол қоздырушы әсер бойынша жүйе жұмысына келтіретін теріс ықпалын компенсациялауға мүмкіндік береді. Компенсациялау шынжырлары дифференциалдайтын құрылғылар болып келеді және олар жүйенің кіріс әсерлерін болжау үшін қызмет етеді, ол жүйеге адын-ала болжаммен жұмыс жасауға мүмкіндік береді. Осыған орай, аралас жүйелер жоғары дәлдік пен жылдамдыққа ие болып келеді. Функциональді сызбадан көрініп тұрғандай, аралас жүйені басқару заңы мынадай түрге келеді: u(t) = F[x(t), g(t), f(t)] (4)
Жалпы жағдайда, аралас жүйедегі басқарушы әсер жоспарлаушы және қоздырушы әсерлер арқылы беретін келіспеушілік функциясы болып келеді. Сонымен қатар жоспарлаушы әсер бойынша аралас жүйені жасауға болады, егерде
u(t) = F[x(t), g(t)] (5)
және тек қана қоздырушы әсер бойынша, егерде
u(t) = F[x(t), f(t)] (6)
Аралас басқару сыртқы әсерлерге инвариантты жүйелерді жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Адаптивті принципінде, осы принципті жүзеге асыратын жүйелер, жұмыс процесінде өзгеретін сыртқы жағдайларға икемделіп бейімделеді. Мұндай басқару адаптивті деп, ал берілген принциппен сәйкес жұмыс жасайтын жүйелер де адаптивті деп аталды және олар ең жетілген болып есептеледі. Адаптивті жүйелер, ережеге сәйкес, өздерінің құрамында бейімделу қажет болатын сыртқы жағдайлар немесе басқару процесінің сапасын көрсететін қосымша блоктар мен контурларға ие. Адаптивті жүйелер экстремалды реттеу жүйесі, параметрі өзі бапталатын жүйе және құрылымы өзі бапталатын жүйе деп бөлінеді. Экстремалды реттеу жүйелері деп баптауы, программасы, не жаңғырту заңы, басқару объектісінің жұмыс режимін барынша ыңғайлы жасау мақсатында жүйенің ішкі күйі, не сыртқы жағдайдың өзгерісіне сәйкес автоматты түрде өзгеретін тұрақтандырғыш, қадағалауыш, немесе программалы басқару жүйелерін айтады. Мұндай жүйелерде тұрақты баптау, не программа орнына арнайы автоматты іздестіру құрылғысы орнатылады. Бұл құрылғы объектінің пайдалы әсер коэффициенті, өнімділігі, үнемділігі және тағы басқа қайсыбір сипаттамаларына талдау жасауының нәтижесінде, бүкіл жүйе жұмысына ықпалын тигізетін әртүрлі қоздыру әсерінің үздіксіз өзгеріп отырған жағдайында, басқару құрылғысына реттелетін шаманың экстремалды мәнін береді. Экстремалды реттеу жүйесін алу үшін тұйықталған жүйеге қосымша ЭІАҚ – экстремумды іздейтін автоматтық құрылғыны қосады, ол p басқару объектісінің жұмыс режимін анықтайтын параметрін талдайды, және басқару объектісінің жұмыс режимін тиімді болу үшін, жоспарлаушы g(t) әсерін өзгерту мақсатында қоздырады. p параметрінің талдауы және жоспарлаушы g(t) әсерінің өзгеруі p (ықшамдалатын басқару объектісінің параметрі) экстремалды мәнге ие болғанша жалғаса береді.
5-сурет. Экстремалды реттеу жүйесінің функционалды схемасы.
Экстремалды реттеу жүйесінің мысалы ретінде жол ұзындығының бірлігіне сәйкесінше минимум жанармайды шығындайтын және автомобиль қозғалысының ең тиімді жылдамдығын қамтамасыз ететін жүйені қарастыруға болады. Параметрлері өздігінен бапталатын жүйелерде сыртқы жағдайлар немесе реттеу объектісінің сипаттамалары өзгергенде басқару құрылғысының өзгермелі параметрлері автоматты түрде (берілген программа бойынша емес) өз мәндерін ауыстырады. Бұл жағдай жүйе жұмысының орнықтылығын және реттелетін шаманы берілген, не тиімді деңгейде ұстап отыру үшін қажет. Өздігінен бапталатын жүйелердің ең қарапайымы болып жоспарлаушы және қоздырушы әсерлер арқылы параметрлері өздігінен бапталатын реттеуіш жүйелері болып келеді (6-сурет). Бұл жүйелер өздерінің құрамында жоспарлаушы және қоздырушы әсерлер үшін А анализаторына және берілген критерийге сәйкес реттеуіш параметрлерін баптайтын реттеуіш құрылымының КН контурына ие. Өздігінен бапталатын жүйелердің мысалы ретінде автоматты реттеуіш күшейткіштер(АРК) және автоматты жиілік құрылым (АЖҚ) контурлары бар радиотехникалық жүйелерді жатқызуға болады.
6-сурет. Өздігінен бапталатын жүйенің функционалды схемасы.
Құрылымы өздігінен бапталатын жүйелерде сыртқы жағдайлар немесе реттеу объектісінің сипаттамалары өзгергенде, жүйе элементтері бір-бірімен басқадай схема бойынша жалғастырылады немесе жүйе схемасына жаңа элементтер енгізіледі. Құрылымды былайшы өзгертудің (іріктеудің) мақсаты басқару есебін тиімді шешу болып табылады. Құрылымды іріктеу есептеуіш және логикалық амалдарды қолдану арқылы автоматты түрде іздестіру жолымен жүзеге асырылады. Мұндай жүйелер сыртқы жағдай мен объект сипаттамаларының барлық өзгерісіне икемделіп қана қоймай, сонымен қатар жеке элементтердің ақауына, не істен шыққанына қарамастан, жаңа тізбек түзе отырып әрекет жасауы тиіс. Құрылымы өздігінен бапталатын жүйелерді жетілдіруге болады. Ол үшін іріктеуді бірнеше нұсқада тез орындап, солардың ішінен ең «тәуірін» таңдап алады. Құрылымы өздігінен бапталатын жүйелердің мысалы ретінде кең таратылған екі есептейтін жүйелерді айтуға болады. Бұл жүйелердің құрамында екі өлшейтін канал бар: қатаң және дәл есептеулерді өлшейтін. Келіспеушілік өлшеміне байланысты өлшейтін каналды жүйенің өзі таңдайды. Техникалық автоматты жүйелерден басқа әрекеттердің сәйкес принциптері биологиялық жүйелерге, экономикалық жүйелерге және тағы сол сияқтыларға салынған, ал олар кибернетиканың және жалпы басқару теориясының жүйелерінің сәйкес бағыттарымен оқытылады.
|
