Место ТАУ среди других наук

Лекции по ТАУ

Лекция 1. Основные понятия ТАУ

Понятие об ТАУ. Место ТАУ среди других наук

Понятие ТАУ аккумулирует входящие в ее название термины:

§ теория – совокупность знаний, позволяющих при определенных условиях получать достоверный результат

§ управление – воздействие, оказываемое на объект, для достижения определенной цели;

§ автоматическое управление – управление без вмешательства человека с помощью технических средств;

§ автоматизированное управление – часть управляющих функций лежит на человеке.

Поэтому,

ТАУ – совокупность знаний, позволяющих создавать и вводить в действие автоматические системы управления технологическими процессами с заданными характеристиками.

· Объект изучения ТАУ – автоматическая система управления (АСУ).

· Предмет изучения ТАУ – процессы, протекающие в АСУ.

Место ТАУ среди других наук

ТАУ вместе с теорией функционирования элементов систем управления (датчиков, регуляторов, исполнительных механизмов) образует более широкую отрасль науки – автоматику. Автоматика, в свою очередь, является одним из разделов технической кибернетики. Техническая кибернетика изучает сложные автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) и предприятиями (АСУП), построенными с использованием управляющих электронных вычислительных машин.

Важность ТАУ: в любой системе есть и необходимо управление.

ТЕХНИЧЕСКАЯ КИБЕРНЕТИКА — направление (раздел) кибернетики, в котором на основе единых для кибернетики в целом научных идей и методов изучаются технические системы управления. Техническая кибернетика – современный этап развития теории и практики автоматического регулирования и управления, а также научная база для решения задач комплексной автоматизации производства, транспортных и др. сложных систем управления.

КИБЕРНЕТИКА (греч. — искусство управления) - наука об управлении - получении, передаче и преобразовании информации в кибернетических системах.

С древних времен человек хотел использовать предметы и силы природы в своих целях, то есть управлять ими. Управлять можно неодушевленными предметами (например, перекатывая камень на другое место), животными (дрессировка), людьми (начальник – подчиненный). Множество задач управления в современном мире связано с техническими системами – автомобилями, кораблями, самолетами, станками. Например, нужно поддерживать заданный курс корабля, высоту самолета, частоту вращения двигателя, температуру в холодильнике или в печи. Если эти задачи решаются без участия человека, говорят об автоматическом управлении.

Впервые сведения об автоматах появились в начале нашей эры в работах Герона Александрийского «Пневматика» и «Механика», где описаны автоматы, созданные самим Героном и его учителем Ктесибием: пневмоавтомат для открытия дверей храма, водяной орган, автомат для продажи святой воды и др. Идеи Герона значительно опередили свой век и не нашли применения в его эпоху.

В Средние века значительное развитие получила имитационная «андроидная» механика, когда конструкторы-механики создали ряд автоматов, подражающих отдельным действиям человека, и, чтобы усилить впечатление, изобретатели придавали автоматам внешнее сходство с человеком и называли их «андроидами», то есть человекоподобными. В настоящее время подобные устройства называют роботами, в отличие от широко распространенных во всех сферах человеческой деятельности устройств автоматического управления, которые называют автоматами.

В XIII в. немецкий философ-схоласт и алхимик Альберт фон Больштадт построил робота для открывания и закрывания дверей.

Весьма интересные андроиды были созданы в XVII—XVIII вв. В XVIII в. Швейцарские часовщики Пьер Дро и его сын Анри создали механического писца, механического художника и др. Прекрасный театр автоматов был создан в XVIII в. русским механиком-самоучкой Кулибиным. Его театр, хранящийся в Эрмитаже, помещен в «часах яичной фигуры».

В зачаточном виде многие положения Теории Автоматического Управления содержатся в Общей теории (линейных) регуляторов, которая была разработана, в основном, в 1868—1876 гг. в работах Д. Максвелла и И. Вышнеградского. Основополагающими трудами Вышнеградского являются: «Об общей теории регуляторов», «О регуляторах непрямого действия». В этих работах можно найти истоки современных инженерных методов исследования устойчивости и качества регулирования.

Решающее влияние на развитие отечественной методологии исследований теории автоматического управления сыграли работы выдающегося советского математика Маркова А. А., основоположника т. н. конструктивистской школы математики, автора огромного количества работ по теории алгоритмов и математической логике. Эти исследования нашли применение в научной и практической деятельности академика Лебедева С. Г. по военной тематике — автоматах управления торпедами и наведения орудий и устойчивости крупных энергосистем.

К началу XX века и в первом его десятилетии теория автоматического управления формируется как общенаучная дисциплина с рядом прикладных разделов.

Цель управления - функционирование с требуемой точностью, несмотря на инерционные свойства и неизбежные помехи

Теория управления пытается ответить на вопрос «как нужно управлять?». До XIX века науки об управлении не существовало. Развитие теории управления началось в период промышленной революции. Сначала это направление в науке разрабатывалось механиками для решения задач регулирования, то есть поддержания заданного значения частоты вращения, температуры, давления в технических устройствах (например, в паровых машинах). Отсюда происходит название «теория автоматического регулирования». Иногда названия «теория автоматического управления» и «теория автоматического регулирования» используются как синонимы. Например, в современной зарубежной литературе вы встретите только один термин – control theory.

Позднее выяснилось, что принципы управления можно успешно применять не только в технике, но и в биологии, экономике, общественных науках. Процессы управления и обработки информации в системах любой природы и изучает наука кибернетика.