Вид соединения элементов, при котором выходное воздействие од­ного элемента передается на вход другого элемента, называется прямой связью. Прямая связь между двумя элементами системы может осуществ­ляться непосредственно или через другие ее элементы. В случае опосредо­ванного воздействия выходной сигнал одного элемента поступает на вход другого с передаточным коэффициентом промежуточного элемента.

Вид соединения элементов, при котором выходное воздействие од­ного элемента передается на вход того же самого элемента, называется об­ратной связью. Обратная связь может осуществляться либо непосредст­венно от выхода элемента системы на его вход, либо через другие элемен­ты данной системы. Обратная связь бывает внешняя и внутренняя. Внеш­ней или главной называется такая связь, посредством которой осуществ­ляется передача части выходного сигнала всей системы управления на ее вход. Внутренние или местные обратные связи соединяют выход от­дельных элементов или групп последовательно соединенных элементов с их входом. Различают положительную и отрицательную обратную связь. Если под действием обратной связи первоначальное отклонение управляе­мой величины у, вызванное возмущающими воздействиями ш, уменьшает­ся, то считают, что имеет место отрицательная обратная связь. В про­тивном случае говорят о положительной обратной связи. Следовательно, положительная обратная связь усиливает действие входного сигнала, от­рицательная — ослабляет.

Положительная обратная связь используется во многих технических устройствах для увеличения коэффициента передачи. В экономике на принципе положительной обратной связи основаны системы материального стимулирования. Положительными являются обратные связи в схеме межотраслевого баланса.

Примером использования отрицательной обратной связи является термостат. Обычно положительная обратная связь приводит к неустойчи­вой работе системы, т. к. соответствует увеличению возникшего в системе отклонения. Отрицательная обратная связь способствует восстановлению равновесия в системе. Поэтому системы с отрицательной обратной связью являются относительно устойчивыми.

Если сигнал обратной связи пропорционален установившемуся зна­чению входной величины и не зависит от времени и скорости ее измене­ния, то такая обратная связь называется жесткой. Сигналы гибкой об­ратной связи пропорциональны скорости изменения входной величины. Мерой величины обратной связи служит коэффициент обратной связи.

Обратная связь является одним из важнейших понятий кибернетики, оно помогает понять многие явления, происходящие в системах управле­ния любой природы. Важную роль обратная связь играет в распознавании образов и принятии решений. Положительную обратную связь используют в системах обучения. В организационных системах обратные связи ис­пользуются для выработки управляющих сигналов, для выработки крите­рия эффективности управления и оценки качества управления. В биологи­ческих системах обратная связь обеспечивает поддержание в нормальном состоянии основных показателей жизнедеятельности: температуры и мас­сы тела, уровня сахара и гемоглобина в крови, другие. В экономических системах обратная связь играет важную роль в обеспечении эффективного управления.

Свойства систем управления существенно зависят от способа фор­мирования управляющих воздействий. При этом полезно рассмотреть ра­зомкнутые и замкнутые системы.

3.3 Виды управления. Способы и задачи управления

Жесткое управление

Под жестким управлением понимается воздействие на систему или процесс, направленное на достижение заданного типа поведения. Процесс управления характеризуется наличием разомкнутого контура, особенность которого состоит в том, что достижение результата не сообщается в уст­ройство управления (рис. 3.2).

Жесткое управление реализуется в предположении о полной опреде­ленности условий внешней среды.

Назначение устройства управления состоит в следующем: на вход программного блока поступает задающее воздействие (t). Программный блок транслирует систему команд т(t), которые исполнительный блок преобразует в последовательность управляющих воздействий и w(t), цель которых состоит в том, чтобы управляемый параметр у (t) максимально соответствовал задающему воздействию (t). Поскольку обычно на процесс влияют внешние воздействия x(t), они должны по возможности учиты­ваться и заранее компенсироваться устройством управления. Но так как предвидеть все возмущения заранее невозможно, выполнения равенства (t)=y(t) добиться трудно. Алгоритмическое и техническое решение сис­темы жесткого управления относительно простое, но область его примене­ния на практике весьма ограничена: простейшие автоматические техниче­ские устройства, жесткое администрирование

Рисунок 3.2 Разомкнутый контур управления

Регулирование

Регулирование представляет собой процесс, в ходе которого регу­лируемый параметр у измеряется и сравнивается с . При отклонении этих величин регулятор через исполнительный блок воздействует регулирую­щей величиной w на процесс или объект с тем, чтобы обеспечить выполне­ние условия (t)=y(t). Для регулирования характерно наличие замкнутого контура (рис.3.3).

Различаются два основных вида систем регулирования:

1. регулирование по отклонению имеет место, когда достигнутый резуль­тат у через цепь обратной связи после измерения поступает в регули­рующее устройство, которое генерирует соответствующий управляю­щий сигнал т ( t):

· регулирование по отклонению от управляемой величины реализу­ется в системах стабилизации. Задачами стабилизации являются задачи поддержания выходных величин у (t) вблизи некоторых не­изменных заданных значений Y. Так, задачи стабилизации решают­ся при осуществлении технологических операций, так как соответ­ствие выполняемых работ технологическому процессу является не­обходимым условием получения продукции с заданными свойст­вами. В системах энергоснабжения должны быть стабилизированы напряжение и частота тока в сети вне зависимости от изменения потребления электроэнергии.

· другим типом регулирования по отклонению являются системы с программным управлением. Задачи такого типа возникают, когда необходимо, чтобы состояние управляемого объекта удерживалось вблизи изменяющегося во времени по заранее заданному закону значению у(t). Задачи программного управления возникают в про­изводственных системах при выполнении работ в соответствии с планом. Системы программного управления широко применяются в технике для автоматизации технологических процессов (станок с программным управлением);

Рисунок 3.3 Замкнутая система регулирования

2. регулирование по возмущению происходит, если возмущения х (t) учи­тываются, измеряются и компенсируются регулятором по контуру, включающему измерительный блок 2 (см. рис.3.3).

Часто встречаются ситуации, когда закон изменения во времени за­данного состояния системы заранее неизвестен, а определяется в ходе са­мого процесса в соответствии с внешним сигналом. Система управления, предназначенная для изменения состояния Y(t) управляемого объекта по закону, задаваемому внешним, неизвестным заранее сигналом, называется следящей системой. При этом внешний сигнал называется ведущей вели­чиной. Примером следящего управления является «задача преследования» из области военной кибернетики, так же, как и следящее управление с уп­реждением (управление зенитным орудием). Упреждающим может быть и управление экономическим объектом, например, при решении задачи без­дефицитного снабжения потребителей деталями со склада, другие задачи управления запасами.