Введение - Основные понятия автоматики
Применение автоматики и вычислительной техники позволяет механизировать трудоемкие и тяжелые работы, экономить средства. Автоматика и вычислительная техника находят широкое применение и в военной технике, что имеет большое значение для обороны нашей Родины. Так, например, существуют системы управления, которые автоматически могут следить за самолетом противника, выполнять определенные вычисления, связанные с наведением средств поражения, готовить данные и автоматически наводить средства поражения на цель.
Одним из замечательных достижений нашего времени - космическая, атомная и ракетная техника базируется на передовых достижениях автоматики. Без использования быстродействующих электронных вычислительных машин в этих областях успехов не достичь. Вычислительные машины по принципу действия делятся на два класса: аналоговые (непрерывного действия) и цифровые (дискретного действия).
Аналоговые машины (непрерывного действия) отличаются от цифровых тем, что вводимые в них математические величины выражаются в виде электрических напряжений, токов, углов поворота и т. д. Точность работы таких устройств, зависящая от точности изготовления отдельных элементов, входящих в устройство, в настоящее время составляет 0,1-0,01%. Дальнейшее увеличение точности связано со значительными техническими трудностями. Аналоговые машины состоят из ряда блоков, каждый из которых выполняет какую-либо математическую операцию (сложение, вычитание, умножение, деление, интегрирование и т. д.). Эти блоки соединяют в определенной последовательности для обеспечения решения конкретного уравнения. Такие машины являются узкоспециализированными. Следовательно, тип и сложность задач, которые можно решить на аналоговой машине, определяются наличием в ее составе набора определенных блоков. Наиболее распространенными являются электронные аналоговые машины, предназначенные для решения обыкновенных дифференциальных уравнений. Они применяются для моделирования различных физических процессов и движущихся объектов; поэтому их называют моделирующими машинами. С помощью таких машин в лабораторных условиях можно экспериментально отработать конструкцию аппаратуры управления движущимися объектами.
В цифровых машинах (дискретного действия) операции производятся не над физическими величинами, а над числами, которые представлены в виде цифр, поэтому их и называют цифровыми вычислительными машинами. Цифровая вычислительная машина выполняет элементарные арифметические и логические операции по заранее за-данной программе. Основными преимуществами цифровых вычислительных машин является их универсальность и большая точность вычисления, которая зависит от количества разрядов, используемых в машине для представления чисел. Цифровые вычислительные машины могут выполнять десятки и сотни тысяч элементарных арифметических операций в секунду. Для решения какой-либо математической задачи с помощью такой машины требуется заранее составить программу последовательности выполнения машиной арифметических операций.
Первая электронная цифровая вычислительная машина была построена в США в 1945 г. В Советском Союзе разработано около 30 конструкций универсальных цифровых вычислительных машин: БЭСМ-6, "Урал-14Д", "Минск-32", М-222, ЕС ЭВМ и т. д. Сконструирован также ряд специализированных цифровых машин, предназначенных для решения определенного класса задач и управления производственными процессами. Наличие в цифровых вычислительных машинах логических схем, а также ячеек памяти дает возможность использовать их в управляющих системах. Такие управляющие системы с вычислительными машинами осуществляют автоматическое управление производственными процессами без участия человека и позволяют автоматизировать целые цеха и заводы.
Современный уровень развития техники характеризуется широким использованием средств автоматизации в управлении различными процессами. Можно с уверенностью сказать, что все наиболее выдающиеся научно-технические достижения в области освоения космоса, атомной энергетики, беспилотной авиации и вычислительной техники стали возможны благодаря использованию комплексов автоматических устройств и систем. Особенно велика роль автоматизации в процессе производства и повышения производительности труда. Автоматизацию можно назвать главным направлением технического прогресса.
На современном самолете осуществлена автоматизация отдельных этапов полета самолета, авиадвигателями, источниками электроэнергии, средствами ориентировки и т. п. Для этой цели используются автопилот, автомат запуска и система автоматического регулирования частоты вращения авиадвигателя, система регулирования напряжения самолетного генератора и навигационные автоматы, система регулирования передаточного отношения от ручки управления к стабилизатору, автомат растормаживания колес и т. п. Такое широкое внедрение автоматических устройств повышает возможности самолета, так как облегчает экипажу выполнение задач, обеспечивая необходимую точность и быстродействие в условиях непрерывно возрастающих скоростей и высот полета. Дальнейшей повышение эффективности авиации требует осуществления полной автоматизации всех режимов полета самолета: взлета, крейсерский режим, посадки. Возникает также необходимость объединения отдельных систем автоматического управления в единое целое, т. е. осуществление комплексной автоматизации самолета. Все это не только возможности самолетов, но и позволяет увеличить безопасность полетов и надежность работы авиационной техники.
Усложнение технического оснащения самолетов требует от специалистов любого профиля знания не только аппаратуры и оборудования, с которыми они сталкиваются в процессе эксплуатации, но и принципов построения и основ работы тех сложных комплексов и систем, в которые входит самолет с его установками. Изучение принципа действия и построения сложных технических систем становится возможным лишь в результате усвоения основ современной автоматики.
Истоки автоматики, т. е. первые попытки заменить труд человека механизмами, действующими без его непосредственного участия, относятся к древности и к средним векам. Однако автоматические устройства стали прямой технической необходимостью только после того, как получили достаточное развитие машины и механизмы, используемые для преобразования энергии и производства работы.
Первыми промышленными автоматическими устройствами были регуляторы паровых машин. В 1765 г. талантливым русским механиком И. И. Ползуновым был изобретен поплавковый регулятор уровня воды в паровой машине. В регуляторе нашла применение идея регулирования по отклонению, которая легла в основу принципа построения замкнутых систем автоматического управления. В 1784 г. английским механиком Дж. Уаттом был создан центробежный регулятор для поддержания постоянной скорости вращения вала паровой машины, который сыграл большую роль в развитии промышленных систем автоматического регулирования. В течение XIX в. шло совершенствование регуляторов паровых котлов и паровых машин. Были созданы также регуляторы паровых турбин и гидротурбин, разработаны электрические регуляторы напряжения генераторов и регуляторы частоты вращения для двигателей постоянного тока.
Практика применения промышленных регуляторов потребовала разработки методов их расчета и теоретических исследований протекающих в них процессов. Первой в этой области была работа гениального русского математика П. Л. Чебышева "О регуляторах" (1838 г.). В 1876--1877 гг. профессор Петербургского технологического института И. А. Вышнеградский создал основы классической теории автоматического регулирования. В своих трудах "Об общей теории регуляторов" и "О регуляторах прямого действия" он указал на необходимость совместного рассмотрения регулятора и машины как единой динамической системы.
При исследованиях Вышнеградский применял линеаризацию уравнений динамики системы и нашел условия устойчивости системы автоматического регулирования. Идеи Вышнеградского развил словацкий ученый профессор А. Стодола и применил к исследованию систем более высокого порядка. Он сформулировал задачу о нахождении алгебраических условий устойчивости системы, описываемой линейным дифференциальным уравнением любого порядка.
Эту задачу в 1895 г. решил немецкий математик А. Гурвиц. Английский математик Раус независимо от Гурвица нашел условия устойчивости системы в несколько ином виде. В конце XIX в. русский математик академик А. М. Ляпунов в работе "Общая задача об устойчивости движения" создал строгую теорию устойчивости движения, показал законность исследования системы по линеаризованным уравнениям.
Работа профессора Н. Е. Жуковского "Теория регулирования хода машин", опубликованная в 1909 г., была первым изложением курса лекций, прочитанных ученым по теории регулирования в высшем техническом учебном заведении, и явилась дальнейшим развитием теории автоматического регулирования. В 1934 г. при Академии наук СССР была создана комиссия автоматики и телемеханики. Комиссия с 1936 г. начала издавать журнал "Автоматика и телемеханика", являющийся одним из ведущих журналов по теории автоматического регулирования и управления.
Автоматика постепенно проникает во все отрасли техники и начинает охватывать самые разнообразные процессы. Усложнение систем автоматического регулирования и повышение требований к качеству процессов регулирования привели к развитию методов исследования устойчивости и качества процесса регулирования. Получают развитие частотные методы анализа систем автоматического регулирования, перешедшие в автоматику из радиотехники.
Частотный критерий устойчивости усилителей с обратной связью был разработан в 1932 г. американским инженером Найквистом. Частотные методы исследования систем автоматического регулирования получили развитие в работах А. В. Михайлова в 1938 г. Частотные и структурные методы анализа систем автоматического регулирования были развиты также в работах советских ученых В. В. Солодовникова, Я. 3. Цыпкина, А. А. Воронова, А. Красовского, А. А. Фельдбаума, А. С. Шаталова и ряда других. В разработке теории нелинейных систем сыграли большую роль основополагающие работы А. А. Андронова, Н. М. Крылова и Н. Н. Боголюбова, выполненные в 40-х годах. Эти работы вме-сте с работой А. М, Ляпунова являются теоретической основой для решения задач теории нелинейных автоматических систем.
Частотные методы исследования нелинейных систем, предложенные в работах Н. М. Крылова и Н. Н. Боголюбова, были развиты советскими учеными Л. С. Гольдфарбом, Е. П. Поповым и др. При исследовании автоматических систем, находящихся под воздействием случайных сигналов и помех, большую роль сыграли статистические методы, основанные на теории стационарных случайных процессов, разработанной советскими учеными А. Н. Колмогоровым и А. Д. Хинчиным и развитой американским ученым М. Винером.
Статистические методы исследования систем автоматического управления получили дальнейшее развитие в работах В. Солодовникова, В. С. Пугачева и других.
В последние годы широкое развитие получили электронные вычислительные машины различного назначения. Применение электронных цифровых вычислительных машин в контурах управления и использование различных видов импульсных устройств в автоматических системах приводит к разработке теории дискретных систем автоматического управления. Большая роль в развитии этого направления принадлежит советским ученым Я - 3. Цыпкину и другим, а также некоторым зарубежным ученым.
Теория автоматического регулирования и управления относится к числу бурно развивающихся областей науки. В настоящее время получают широкое развитие и более совершенные типы систем автоматического управления, к числу которых относятся оптимальные и самонастраивающиеся системы. Разработкой теоретических основ таких систем в Советском Союзе занимались А. А. Красовский, А. А. Фельдбаум, В. В. Солодовников и др.
Автоматика - это отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения систем управления техническими объектами и процессами, действующих без непосредственного участия человека. Технический объект (например воздушное судно), нуждающийся в автоматическом управлении, называется объектом управления (ОУ). Совокупность ОУ и автоматического управляющего устройства называется системой автоматического управления (САУ) или автоматизированной системой управления (АСУ).
В системах автоматики получение, передача, преобразование и использование информации осуществляются без непосредственного участия человека. Для получения информации о ходе производственного процесса применяют датчики - элементы автоматики, преобразующие самые разные физические величины (размеры, температуру, давление, расход, скорость, уровень и т. д.) в некоторый сигнал, удобный для последующей обработки в автоматическом устройстве или ЭВМ. Затем этот сигнал обрабатывается: сравнивается с другими сигналами, анализируются его изменения. В результате обработки информационных сигналов вырабатываются исполнительные сигналы, которые и воздействуют на исполнительные элементы. Эти сигналы в исполнительных элементах автоматики преобразуются в силовое воздействие - перемещение руля, включение и отключение насоса, включение или отключение автомата обогрева стекол и т. п. Так как это воздействие требует значительной энергии, то обработка информационных сигналов предусматривает, как правило, их усиление. Таким образом, системы автоматики состоят из датчиков, усилительно-преобразовательных и исполнительных элементов. Наиболее универсальным и удобным для систем автоматики оказался электрический сигнал. По сравнению с другими (пневматическими или гидравлическими) электрический сигнал имеет следующие преимущества:
- 1. Электрический сигнал можно передавать на большие расстояния; 2. Энергию электрического сигнала можно преобразовывать в другие виды энергии, прежде всего в механическую и тепловую, 3. Электрический сигнал можно обрабатывать, в том числе усиливать, с помощью простых технических средств. Именно поэтому наибольшее распространение получили электрические системы автоматики, т. е. использующие именно электрический сигнал. С применением электрических элементов автоматики мы постоянно сталкиваемся в быту: датчики температуры в холодильнике и утюге, электронный будильник, термостабилизатор температуры воды в газовых нагревателях и т. д.
Похожие статьи
-
Целесообразность введения автоматики В ходе проектирования любой автоматизированной системы разработчик должен решить важный вопрос: какая степень...
-
Жизненный цикл железнодорожного подвижного состава. Этапы и работы, выполняемые на стадии "производство подвижного состава": ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ПОДВИЖНОГО...
-
Железнодорожный транспорт как совокупность средств производства, техники, технологий, рабочей силы является объектом изучения многих наук: технических,...
-
Клавиатура - основное устройство для ввода информации. - Понятие экспертных систем (ЭС)
Существуют также устройства, облегчающие работу оператора, такие, как мышь, световое перо и пр. Также для ввода информации широко используются сканеры....
-
В данном курсовом проекте необходимо рассмотреть вопросы планирования и взаимодействия сетей сотовой связи. Это будет проиллюстрировано на примерах:...
-
Железнодорожный транспорт на сегодняшний день является самым безопасным и надежным видом транспорта. Безопасность на железнодорожном транспорте...
-
Коммуникация - Процесс, с помощью которого осуществляются и развиваются все многообразные человеческие взаимоотношения; символы и знаки, а также средства...
-
Классификация систем автоматики - Строительные машины и оборудование
Автоматические системы, используемые в строительных машинах и оборудовании для контроля, регулирования и управления, можно классифицировать по ряду...
-
Основные понятия и классификация маневровой работы Маневрами называются передвижения подвижного состава (отдельных вагонов или групп вагонов, одиночных...
-
Железнодорожный транспорт станция маневренный Изучения курса <<Управления эксплуатационной работой железных дорог>> необходимо для получения знаний...
-
Особенность синхронного дискретного устройства состоит в необходимости обеспечения синхронизации сигналов при его схемной реализации. Для синтеза...
-
Введение - Способы реализации алгоритмов цифровой обработки сигналов
Цифровой обработкой сигналов принято называть в вычислительной технике арифметическую обработку последовательностей равноотстоящих во времени отсчетов....
-
Целью данного курсового проекта является разработка интегрирующего усилителя с выходным каскадом на транзисторах и проведение графоаналитического расчета...
-
Микроэлектроника. Основные понятия. Микроэлектроника - это раздел электроники, охватывающий исследования и разработку качественно нового типа электронных...
-
ВВЕДЕНИЕ - Проект обобщенной структурной схемы системы передачи сообщений
Теория электрической связи (ТЭС), можно сказать, является первым специальным курсом, который ведет к дальнейшему изучению специальности. ТЭС -...
-
Физические процессы в р-n-переходе Основным элементом большинства полупроводниковых приборов является электронно-дырочный переход (р-n-переход),...
-
Введение - Расчет основных показателей параметров обслуживания пассажиров
Основными задачами субъектов осуществляющих пассажирские перевозки являются: - полное удовлетворение потребностей населения в пассажирских автомобильных...
-
Введение - Исследование импульсного регулирования асинхронного двигателя электроподвижного состава
Актуальность темы исследований. Ведущее место в транспортной системе Республики Узбекистан занимают железные дороги. Они имеют важнейшее государственное,...
-
ПОНЯТИЕ ДАТЧИКА - Датчики, используемые в современном автомобиле
Процесс управления заключается в приеме информации о состоянии объекта управления, ее контроле и обработке центральным устройством и выдачи им...
-
Экономика железнодорожного транспорта изучает транспорт с точки зрения производственных отношений в процессе производства. При этом экономика...
-
Введение - Расчет технических норм эксплуатационной работы
Вагон локомотив технический Эффективное функционирование железнодорожного транспорта Российской Федерации играет исключительную роль в создании условий...
-
"Введение, этапы развития электроники" - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Электроника-область науки, техники и производства, охватывающая изучение физических основ, исследование, разработку и принципы использования приборов,...
-
Современный процесс разработки технического устройства можно разбить на следующие составные части: Научно-исследовательская работа (НИР);...
-
Введение - Разработка измерителя температуры охлаждающей жидкости
Электроника - это область науки и техники, занимающаяся созданием и практическим использованием различных устройств и приборов, основанных на изменении...
-
Введение - Совершенствование грузообразующих и грузопоглащающих пунктов
Погрузочно-разгрузочные работы на автомобильном транспорте являются наиболее трудоемкой составной частью транспортного процесса. В связи с этим простой...
-
Принципы построения и основные особенности ВОСП на ГТС Особенностью соединительных линий (С. Л) является относительно небольшая их длина за счет...
-
Введение - Особенности работы микроконтроллера
Основными этапами развития вычислительной техники являются: I. Ручной - с 50-го тысячелетия до н. э.; II. Механический - с середины XVII века; III....
-
Введение - Проект городской универсальной СТОА на 4600 автомобилей ВАЗ-2110
Основной задачей транспорта является полное и своевременное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, повышения...
-
Техническое обслуживание и ремонт подвижного состава, систем электроснабжения и путевого хозяйства На электротранспортных предприятиях Украины...
-
ВВЕДЕНИЕ, Структурная схема системы связи - Разработка системы связи в задачах
В данной курсовой работе проведен расчет системы связи для передачи данных и передачи аналоговых сигналов методом ИКМ для дискретной фазовой модуляции...
-
Введение - Решения транспортных проблем Москвы
Проблема несовершенства городских транспортных систем на сегодняшний день стоит довольно остро по всему миру, поскольку влечет за собой массу негативных...
-
Умножители частоты, или как их называют в более развернутом виде, системы формирования дискретного множества частот, в настоящее время получили очень...
-
В терминах электроники измерительный преобразователь определяется обычно как прибор, преобразующий неэлектрическую физическую величину (называемую...
-
ВВЕДЕНИЕ - Конструирование СВТ
Научно-технический прогресс, развитие современной научной мысли, развитие практически всех отраслей народного хозяйства тесно связаны с использованием...
-
Введение - Техническое обслуживание реле перегрузки 4-КП
Локомотив - самодвижущаяся железнодорожная транспортная машина, предназначенная для создания на рельсовом пути движущей силы (силы тяги), под действием...
-
Введение - Разработка аналого-цифрового преобразователя
В большинстве современных автоматизированных систем используются цифровые вычислительные машины, у которых исходные, промежуточные и выходные величины...
-
Эффективность и надежность работы сетевого комплекса, будь то корпоративная сеть предприятия или рабочей группы, территориально-распределенная...
-
Введение - Разработка и исследование алгоритма очистки речевого сигнала
Алгоритм очистка речевой сигнал Записанный или передаваемый по проводным или радиоканалам с помощью различных технических средств, звуковой, в частности,...
-
Введение - Диагностика участка автомобильной дороги
В данном курсовом проекте необходимо произвести анализ условий эксплуатации участка дороги путем расчета коэффициентов прочности, ровности, сцепления и...
-
Введение - Корпоративная система связи с использованием сетевой телефонии
Эффективность и надежность работы сетевого комплекса, будь то корпоративная сеть предприятия или рабочей группы, территориально-распределенная...
Введение - Основные понятия автоматики