Целью регулирования является определение ошибки регулирования

  1. По виду управляющего сигнала, вырабатываемого автоматическим регулятором АСР бывают

Выберите один ответ:
1.релейные
2.непрерывные
3.дискретные
2. Частотные характеристики можно получить из:

Выберите один ответ:
1.функции Хевисайда
2.дельта-функции
3.передаточной функции
3. Если объект подчиняется принципу суперпозиции, то он считается:

Выберите один ответ:
1.стационарным
2.линейным
3.нелинейным

4. Замкнутая АСР с обратной связью реализует принцип регулирования:

Выберите один ответ:
1.по возмущению
2.по отклонению
3.по заданию

5. Целью регулирования является

Выберите один ответ:
1.поддержание регулируемого параметра на заданном значении
2.определение ошибки регулирования
3.выработка управляющих воздействий

6. Передаточной функцией системы называется

Выберите один ответ:
1.отношение выходного сигнала ко входному сигналу
2. отношение преобразованного по Лапласу выходного сигнала к преобразованному по Лапласу входному сигналу
3.отношение преобразованного по Лапласу входного сигнала к преобразованному по Лапласу выходному сигналу

7. Зависимость выходного параметра объекта от времени при подаче на вход дельта-функции называется:

Выберите один ответ:
1.статической характеристикой
2.импульсной характеристикой
3.частотной характеристикой

8.Зависимость выходного параметра объекта от входного называется:

Выберите один ответ:
1.статической характеристикой
2.импульсной характеристикой
3.динамической характеристикой
4.частотной характеристикой

9.Целью функционирования следящей АСР является

Выберите один ответ:
1.поддержание регулируемого параметра на заданном постоянном значении с помощью управляющих воздействий на объект
2.изменение регулируемой величины в соответствии с заранее неизвестной величиной на входе АСР
3.изменение регулируемой величины в соответствии с заранее заданной функцией

10. W(iw) обозначают:

Выберите один ответ:
1.передаточную функцию
2.переходную функцию
3.Амплитудно-фазовую характеристику

  1. Что является целью управления в системе автоматического регулирования?

1) изменение регулируемой переменной по заранее известному закону;

2) поддержание регулируемой переменной на заданном уровне;

3) изменение регулируемой переменной по заранее неизвестному закону;

4) обеспечение стремления регулируемой переменной к нулю при .

  1. Что является целью управления в системе программного управления?

1) изменение регулируемой переменной по заранее известному закону;

2) поддержание регулируемой переменной на заданном уровне;

3) изменение регулируемой переменной по заранее неизвестному закону;

4) обеспечение стремления регулируемой переменной к нулю при .

  1. Что является целью управления в следящей системе?

1) изменение регулируемой переменной по заранее известному закону;

2) поддержание регулируемой переменной на заданном уровне;

3) изменение регулируемой переменной по заранее неизвестному закону;

4) обеспечение стремления регулируемой переменной к нулю при .

  1. Что такое передаточная функция системы (здесь у – выход, u – вход, L – преобразование Лапласа)?

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

  1. Характеристическое уравнение системы это:

1) числитель передаточной функции, приравненный к нулю;

2) знаменатель передаточной функции, приравненный к нулю; +

3) уравнение, которое описывает частное вынужденное движение системы;

4) уравнение, которое описывает систему в общем виде.

  1. Чему равна передаточная функция двух звеньев, соединенных последовательно?

1) ;

2) ;

3) ;

3) .

  1. Чему равна передаточная функция двух звеньев, соединенных параллельно?

1) ;

2) ;

3) ;

3) .

  1. Чему равна передаточная функция двух звеньев, соединенных встречно-параллельно?

1)

2) ;

3) ;

3) .

  1. Что такое переходная функция?

1) реакция системы на гармоническое входное воздействие;

2) реакция системы на единичное ступенчатое воздействие;

3) реакция системы на импульсное воздействие;

4) реакция системы на линейно растущий сигнал.

  1. Что такое весовая функция?

1) реакция системы на гармоническое входное воздействие;

2) реакция системы на единичное ступенчатое воздействие;

3) реакция системы на импульсное воздействие;

4) реакция системы на линейно растущий сигнал.

  1. Какова взаимосвязь импульсной функции и ступенчатой 1(t)?

1) ;

2) :

3) ;

4) .

  1. Что такое ЛЧХ?

1) линейная частотная характеристика;

2) логарифмическая частотная характеристика;

3) логарифмическая частная характеристика;

4) линейная частная характеристика.

13. Что такое АФЧХ?

1) амплитудно-фазовая частотная характеристика;

2) аналогово-фазовая чувствительная характеристика;

3) амплитудно-фиктивная частотная характеристика;

4) амплитудно-фазовая частная характеристика.

  1. Что такое частотная передаточная функция (здесь у – выход, u – вход, обозначение Ф{} – соответствует преобразованию Фурье)?

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

  1. Если частотная передаточная функция задана в виде W(j )=U( )+jV( ), то амплитудная частотная характеристика:

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

  1. Если частотная передаточная функция задана в виде W(j )=U( )+jV( ), то фазовая частотная характеристика:

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

  1. Укажите верное тождество:

1) A( )=20lgL( );

2) L( )=20lgA( );

3) L( )=20lnA( );

4) L( )=lnA( ).

  1. Укажите звено второго порядка:

1) W(p)=k;

2) W(p)=(Tp+1);

3) ;

4) .

  1. Укажите передаточную функцию апериодического звена 1-го порядка:

1) W(p)=kр;

2) ;

3) ;

4) .

  1. Укажите передаточную функцию интегрирующего звена:

1) W(p)=kр;

2) ;

3) ;

4) .

  1. Укажите передаточную функцию дифференцирующего звена:

1) W(p)=kр;

2) ;

3) ;

4) .

  1. Чему равна фаза для интегрирующего звена:

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

  1. Чему равна фаза для дифференцирующего звена:

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

  1. Чему равна фаза для пропорционального звена:

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

  1. Каков коэффициент демпфирования для колебательного звена?

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

  1. Каков коэффициент демпфирования для консервативного звена?

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

  1. Каков коэффициент демпфирования для апериодического звена II-го порядка?

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

  1. Где расположены корни характеристического полинома для устойчивой непрерывной САУ?

1) в левой полуплоскости комплексной плоскости;

2) на мнимой оси;

3) в правой полуплоскости комплексной плоскости;

4) в 1-ой и 2-ой четвертях.

  1. Для устойчивой системы необходимо, чтобы:

1) свободный коэффициент характеристического полинома был равен нулю;

2) все коэффициенты характеристического полинома строго отрицательны;

3) количество положительных и отрицательных коэффициентов этого полинома одинаково;

4) все коэффициенты характеристического полинома строго положительны.

  1. В соответствии с критерием Гурвица система асимптотически устойчива, если:

1) количество положительных и отрицательных миноров матрицы Гурвица одинаково;

2) определитель матрицы Гурвица отрицательный;

3) при а0>0 все главные миноры матрицы Гурвица положительны;

4) при а0>0 все главные миноры матрицы Гурвица отрицательны.

  1. В соответствии с критерием Михайлова в устойчивой системе годограф Михайлова при =0 начинается:

1) на вещественной положительной полуоси;

2) в начале координат;

3) на вещественной отрицательной полуоси;

4) на мнимой положительной полуоси.

  1. В соответствии с критерием Михайлова в устойчивой системе годограф Михайлова проходит:

1) n квадрантов, где n – порядок системы;

2) (n-1) квадрантов, где n – порядок системы;

3) (n+1) квадрантов, где n – порядок системы;

4) m квадрантов, где m – число входных сигналов.

  1. Для определения устойчивости с помощью критерия Найквиста критической точкой является:

1) начало координат (0,0);

2) точка с координатами (1,j0);

3) точка с координатами (-1,j0);

4) точка с координатами (0,-j).

  1. Для устойчивости замкнутой системы по критерию Найквиста необходимо и достаточно, чтобы АФЧХ устойчивой разомкнутой системы:

1) не охватывала точку с координатами (-1,j0);

2) проходила через точку (1,j0);

3) охватывала точку с координатами (-1,j0);

4) не охватывала начало координат.

  1. Частота среза — это частота, для которой верно тождество:

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

  1. Запас устойчивости по фазе определяется:

1) на сопрягающей частоте;

2) на частоте среза;

3) на частоте =0;

4) на частоте резонанса.

  1. Если САУ имеет монотонные частотные характеристики, то для ее устойчивости требуется, чтобы ЛФХ

1) равнялась нулю на частоте среза;

2) была меньше нуля на частоте среза;

3) лежала выше уровня « » на частоте среза;

4) лежала выше уровня «-π» на частоте среза.

  1. Временные показатели качества определяются:

1) по переходной функции;

2) по весовой функции;

3) по амплитудной частотной характеристики (АЧХ);

4) по ЛАХ.

  1. Что такое перерегулирование?

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

Разработанный Microsoft искусственный интеллект научился расизму за сутки — Офтоп на TJ

Тестирование искусственного интеллекта microsoft тау с треском провалилось

23 марта компания Microsoft представила искусственный интеллект по имени Tay, который начал общаться с пользователями сети через Твиттер. Спустя считанные часы компании пришлось подвергнуть своё детище цензуре и на время остановить работу проекта. Об этом сообщает The Next Web.

Обновление на 26 марта: добавлено извинение вице-президента Microsoft Research.

Первоначально целью Microsoft было создать чат-бота, который общается на языке молодых людей от 18 до 24 лет.

Tay использовала словосочетания вроде «zero chill» (обозначает полное безразличие), а также различные сокращения вроде «c u soon» вместо «see you soon» («скоро увидимся»).

hellooooooo w

Применение искусственного интеллекта в тестировании ПО

Тестирование искусственного интеллекта microsoft тау с треском провалилось

Оригинальная публикация

Автор: Артур Пачин

Да, у нас есть опыт применения ИИ

Инженеры Перфоманс Лаб постоянно исследуют возможности применения наиболее эффективных передовых технологий, позволяющих получать более качественные результаты в работе, в том числе искусственный интеллект. У нас имеется опыт использования технологий машинного обучения для системы HelpDesk.

Технология применяется для автоматического заполнения различных полей входящих инцидентов. Для успешного предсказания значений в данных полях, искусственный интеллект предварительно обучался на заданной выборке заполненных инцидентов и с помощью алгоритмов машинного обучения строил модель.

На основе построенной модели в дальнейшем делались предсказания значений полей.

Что грядет

Технологии постепенно поглощают всё больше сфер деятельности, на очереди тестирование программного обеспечения. Мы все настолько избалованы повсеместной автоматизацией, что при появлении подходящих инструментов с радостью бы передали большую часть тест-дизайна и валидации тестов на откуп искусственного интеллекта (ИИ).

Обратите внимание

Вместо того чтобы вручную настраивать автоматизированное тестирование, машины будут сами разрабатывать и выполнять тесты, постоянно совершенствуясь во время взаимодействия с людьми.

Эта механизация тестового покрытия означает, что каждая команда разработки скоро будет иметь доступ к виртуальной команде тестировщиков с более развитым интеллектом, скоростью работы и уровнем охвата, чем даже самые высокооплачиваемые команды разработки могут получить сегодня.

Ручное тестирование

Ручное функциональное тестирование является дорогим, как по времени, так и по деньгам. Самые продвинутые команды разработки приложений и вендоры кодят тысячи строк тестов для своих приложений: строка за строкой набирая одно и тоже «нажмите сюда» и «проверьте то».

Такой подход имеет много недостатков, в том числе в плане финансирования команды тестирования. Создание таких тестов отвлекает внимание разработчиков от основной цели, которую они создают – самого продукта.

Кроме того, для запуска эти скрипты либо требуют управления многими машинами или же привлечения серьезных человеческих ресурсов для выполнения вручную. Все это съедает драгоценное время. Полное прохождение тестов может занимать несколько дней, а порой и несколько недель.

Это не вяжется с политикой сегодняшних команд разработки, которые стремятся создавать и развертывать свои приложения ежедневно или даже непрерывно. Ручное тестирование не может поддерживать такой темп, как бы не старалось.

На что тратятся силы в автоматизации

Если рассматривать классический подход к автоматизации тестирования, то поддержка тестов является фактором, дополнительно повышающим её стоимость: чем больше тестов – тем трудозатратнее и дороже становится их поддержка. Далее, когда меняется приложение, тестовый код чаще всего также кто-то должен обновить.

И зачастую выходит так, что большинство усилий автоматизации быстро превращается в чистое техническое обслуживание, с небольшим количеством изменений по дополнительному покрытию. Боты ИИ развиваются и после изменений в коде.

Важно

Поскольку боты не жестко закодированы, они адаптируются и сами учатся находить новые функции приложения. Когда ИИ находит изменения, он автоматически оценивает их, чтобы определить, что это: новый функционал или дефекты нового релиза.

Таким образом, жестко-закодированные тестовые скрипты являются хрупкими и требуют ручной доработки после каждого изменения в коде приложения, а ИИ ботов самостоятельно развивается после изменения кода.

Что происходит при усложнении приложения

Ручное тестирование не масштабируется, потому что тесты создаются по одному за раз. Добавление тестов является линейной активностью. Добавление функций продукта может увеличить сложность в геометрической прогрессии, так как новые функции и состояния взаимодействуют с более старыми функциями.

В начале проекта обычно тестирование может идти параллельно наращиванию функциональности, но чем сложнее становится приложение, тем сложнее становится обеспечить полное его покрытие тестами. Что наиболее расстраивает в текущем состоянии ручного тестирования – это то, что оно проверяет только конкретные кейсы, которые вы выбрали — и ничего больше.

Если добавляется новая функция, то ранее созданный вручную авто-тест все равно завершится успешно, даже если новая функция не работает.

Только исследовательское тестирование (человеком) сможет обнаружить эти изменения, но этого чаще всего не происходит, так как данное время расходуется на повторное выполнение основных тестов, поэтому нередко возникают ситуации, когда ручное тестирование проверяет работоспособность приложения в целом, упуская детали.

Чем ИИ лучше

Подход ИИ для проверки качества выигрывает в тех случаях, которые вызывают так много проблем при ручном тестировании.

Если бы мы имели простой ИИ, который бы знал, как обойти функционал приложения подобно конечному пользователю или тестировщику, записывал бы метрики производительности и отслеживал, где находится каждая кнопка или текстовое поле, то он мог бы генерировать и выполнять десятки тысяч тест-кейсов в течение нескольких минут. А что, если дать машине тысячи примеров ошибок, а также примеры правильного функционирования. Боты могли бы предложить, где команда должна сосредоточить свои усилия. И если эти боты протестируют тысячи других приложений, параллельно обучаясь, они получат огромный опыт, который может помочь команде тестирования для принятия решений по развертыванию. Таким образом, понятие Боты в контексте тестирования начинает звучать вполне правдоподобно и разумно.

ИИ заметит каждую мелочь, которая добавляется или удаляется из приложения.

Там, где ручная автоматизация пропускает изменения в последнем билде, боты ИИ автоматически нажмут каждую новую кнопку, добавленную в приложение, и обратят внимание на каждую картинку, пропавшую из приложения.

Боты будут оценивать все изменения и ранжировать их в зависимости от того, насколько они важны на основании коллективного разума текущей команды тестирования, а также и всех других команд, которые пометили аналогичные изменения как «фичу» или «баг».

А теперь пришло время рассмотреть возражения от скептиков:

Возражение 1: «Мое приложение является особенным, ИИ тут не поможет»

В действительности, ваше приложение выглядит так же, как и многие другие. Если разделить его на части, подобно тому, как шеф-повар разделывает рыбу, вы заметите, что приложение имеет кнопки, текстовые поля, изображения и т.д., то есть те же ингредиенты, как и любое другое. Если ИИ может анализировать какое-то другое приложение, то весьма вероятно, он достаточно хорошо сработает и на вашем.

Возражение 2: «Эй, я всегда буду умнее бота!»

Совет

Врачи, кредитные и финансовые консультанты однажды тоже думали, что не могут быть заменены ИИ и автоматизированы. А правда в том, что вы знаете только то, что вы знаете – ваше приложение и тест-кейсы, книгу или две, и может быть то, что вы выучили в ходе беседы на конференции о тестировании.

ИИ как Терминатор: не знает усталости, ничего не забывает, без страха и боли неумолимо идёт к своей цели.

Вы действительно умнее и в состоянии сделать больше, чем 100, 1000 или 10000 ботов, анализирующих ваше приложение? Даже если вы умнее –не предпочли бы вы иметь ботов, делающих всю скучную работу за вас, чтобы вы вместо этого смогли сосредоточиться на творческих или более сложных вопросах?

Возражение 3: «Конечно, но как ИИ знает, какие тестовые данные подойдут для приложения?»

Если хорошенько подумать: большинство приложений принимают одни и те же данные. Имена, адреса электронной почты, телефоны, поисковые запросы товаров, фотографии профиля из камеры и т.д.

Практически весь поток входных данных в ваше приложение составляют типичные данные, которые можно классифицировать и структурировать. Небольшого набора данных будет достаточно для построения впечатляющего ИИ тестирования.

По крайней мере, этого будет достаточно, чтобы стать вашим помощником.

Возражение 4: «Хорошо, но как эти боты узнают, правильно ли приложение работает?»

Хороший вопрос. Действительно, как вы узнаете, что приложение функционирует нормально? Вы никогда этого не делаете. У вас есть какие-то тесты, может быть, 100 ручных или автоматизированных тестовых скриптов, и они проходят успешно, но они тестируют только небольшой кусочек возможного пространства состояний вашего приложения.

Вы также знаете, что самую большую ценность имеет информация в виде обратной связи, ошибок от реальных пользователей и их планомерное исправление. То, что вы действительно хотите знать в тестировании так это: «Работает ли оно так же, как вчера?».

Обратите внимание

Если нет, то в чем различия – это хорошо или плохо? Это действительно то, что является результатом большинства испытаний. ИИ боты отлично подходят для поиска по тысячам точек в вашем приложении, проверяя множество вещей, чтобы убедиться, что все работает так, как это было вчера.

С помощью быстрого сканирования, бот может сказать вам, что 99% вашего приложения работает так же, как это было на последнем релизе, а вы можете сосредоточиться на 1% того, что изменилось.

Появятся ли ИИ боты в ближайшее время? Сейчас боты ИИ тестирования уже начали свое обучение, тестируя сотни самых больших приложений на рынке.

Данный текст является адаптированным переводом статьи: https://www.linkedin.com/pulse/ai-software-testing-jason-arbon

Автор оригинала Джейсон Арбон, генеральный директор Appdiff

Обсудить в форуме.

Искусственный интеллект в тестировании ПО: идут AI боты! | Блог Bytex

Тестирование искусственного интеллекта microsoft тау с треском провалилось

Термин «AI» использовался в видеоиграх с момента их создания, но под ним не подразумевался настоящий искусственный интеллект. Это общий термин для описания заранее запрограммированного противника или персонажа, который просто следует узкому набору инструкций.

Но все меняется, и ранее мы уже писали о том, что Electronic Arts начала тестировать самообучающихся ботов в Battlefield 1, делая уверенный шаг вперед в игровом искусстве. Разработчики заявили, что, используя технологии самообучения при тестировании игр, можно обойтись без участия живых людей. Но так ли это на самом деле? Давайте порассуждаем!

Тестирование и AI

Компьютеры действительно хорошо играют и даже разрабатывают видеоигры, от простых платформеров до более сложных, таких как Mortal Combat.  А сейчас весь мир следит за тем, как машины могут позаботиться об одной из самых мучительных проблем в современной разработке игр — тестировании.

Тестирование видеоигры немного отличается от обычного тестирования программного обеспечения, так как многие из стандартных методов в данном случае неприменимы. Кроме того, этот процесс автоматизировать достаточно сложно.

Модульное тестирование существенно помогает улучшить качество программного обеспечения. Но подобные подходы, применяемые на практике тестировщиками, встречаются редко. Причина состоит в самом функционале игры, которая зависит от процесса рендеринга в игровой механике.

Что грядет?

Ключом к успешному тестированию видеоигр является игра в качестве реального пользователя. Этого можно добиться, подражая реальным пользователям, а именно — создав самообучающегося бота AI.

 Компания Electronic Arts продемонстрировала самообучающийся искусственный интеллект в экшене Battlefield 1, намекая на то, что рано или поздно индустрия придет к тому, что ИИ позволит модифицировать процесс разработки игр, упразднив многие ее этапы.

С помощью ботов разработчики смогут, без привлечения сторонних компаний, проектировать и тестировать свои продукты, создавать массовость на серверах и симулировать нагрузки на них, искать геймплейные ошибки, недочеты, механические проблемы с отсутствием объектов или присутствием их не там, где надо. Это можно будет сделать просто снимая информацию с  ботов, которые день и ночь будут трудиться на благо геймеров.

Вскоре исчезнут проблемы с недостатком онлайна на серверах! Игроки больше не будут стоять в долгих очередях в лобби и ждать недостающих игроков. Спустя еще какое-то время ботов научат определять cкилл игрока на сервере и подстраиваться под него…

Определенно, нас ждет интересное будущее в развитии игровой индустрии!

Заберут ли AI-боты всю работу по тестированию QA?

Реальная ценность в тестировании — это креатив, необходимый для выявления ошибок, которые люди (программисты) не думали или не могли предсказать на момент разработки продукта. И одна из самых больших проблем для разработчиков AI сегодня — наделить машины здравым смыслом.

8 неочевидных способов определить искусственный интеллект

Тестирование искусственного интеллекта microsoft тау с треском провалилось

Этот тест назван в честь Ады Лавлейс, математика из XIX века, которую считают первым в истории программистом. Он призван определить наличие интеллекта у машины через способность её к творчеству.

Первоначально тест предложили в 2001 году: тогда машина должна была создать произведение искусства, которое разработчик машины принял бы за созданное человеком.

Так как чётких критериев успеха нет, тест получается слишком неточным.

В прошлом году профессор Марк Рейдел из Технологического института Джорджии обновил тест, чтобы сделать его менее субъективным. Теперь машина должна создать произведение в определённом жанре и в определённых творческих рамках, заданных человеком-судьёй.

Важно

Проще говоря, это должно быть произведение искусства в конкретном стиле. Скажем, судья может попросить машину нарисовать маньеристскую картину в духе Пармиджанино или написать джазовое произведение в духе Майлза Дэвиса.

В отличие от оригинального теста, машины работают в заданных рамках, и поэтому судьи могут оценивать результат более объективно.

Этот тест придумал Чарли Ортиц, менеджер по искусственному интеллекту в компании Nuance Communications. По словам Ортица, недостаток теста Тьюринга в том, что он проверяет в первую очередь языковые способности, опуская другие важные составляющие разума — восприятие и физические действия. Проще говоря, у компьютеров, проходящих тест Тьюринга, нет глаз или рук.

Испытание IKEA (также известное как строительное испытание), придуманное Ортицом, призвано обойти эти ограничения.

Его могут пройти только роботы, способные построить физические структуры из, например, деталей мебели IKEA или даже кубиков LEGO.

Робот, проходящий испытание IKEA, должен давать вербальные инструкции и описания структур, самостоятельно манипулировать деталями и физическими компонентами, следить за постройкой, отвечать на вопросы и описывать ход работы.

Как и Ортиц, создатели визуального теста Тьюринга пытаются уменьшить роль языка в первоначальном тесте. Сотрудники Эксетерского университета в Англии Майкл Барклай и Энтони Галтон придумали тест, который проверяет визуальные способности машины, то есть может ли она «видеть», как человек. Тест можно посмотреть здесь.

Машине показывают картинку и спрашивают, например, где на ней находится чашка, — и дают несколько вариантов ответа. Все варианты ответов правильные (на столе, на подстилке, перед стулом, слева от лампы), но некоторые из них могут быть более человеческими, чем другие (скажем, из всего перечисленного человек скорее ответит «на столе»).

Совет

Кажется, что это простое задание, но на самом деле способность описать, где находится объект по отношению к другим объектам — важнейший элемент человеческого разума. Здесь играют роль множество нюансов и субъективных суждений, от размера объектов до их роли в конкретной ситуации — в общем, контекст.

Люди проделывают это интуитивно, а машины сталкиваются с проблемами.

Чат-боты, проходящие тест Тьюринга, умело обманывают судей и заставляют поверить, что они — люди. По словам Гектора Левеска, профессора информатики в Университете Торонто, такой тест лишь показывает, как легко обмануть человека, особенно в короткой текстовой переписке. Но из теста Тьюринга невозможно понять, есть ли у машины интеллект или хотя бы понимание языка.

В 2011 году Левеск опубликовал статью, в которой предложил новый тест, так называемую «схему Винограда», названную в честь учёного Терри Винограда. Проходя этот тест, машина отвечает на вопросы с двумя вариантами ответа.

Звучит просто — и для людей эти вопросы действительно простые, — но они сформулированы так, что без естественного понимания языка машина испытывает трудности. Вот один из вопросов: «Трофей не влезал в коричневый чемодан, потому что он был слишком маленьким (большим). Что было слишком маленьким (большим)?».

Если в вопросе используется слово «маленьким», то ответ — трофей, если «большим» — то чемодан. Эрнест Дэвис, коллега Левеска, работавший с ним над исследованием, опубликовал целую библиотеку вопросов, которые могут быть использованы в таком тесте.

Чтобы ответить правильно, нужно обладать навыками, которые до сих пор недоступны компьютерам: например, уметь представлять пространство, отношения между людьми, размер объектов, даже нюансы политики — всё зависит от конкретных вопросов.

Некоторые исследователи предлагают перевернуть тест Тьюринга с ног на голову — и сделать так, чтобы не человек проверял машину, а чтобы машина могла определить человека.

Самая популярная форма такого теста — это CAPTCHA, запутанные надписи, которые вы видите на многих сайтах и которые нужно вбивать на клавиатуре так, как показано на экране.

CAPTCHA мало кто воспринимает всерьёз, но в то же время между создателями CAPTCHA и роботами, способными их обойти, идёт что-то вроде гонки вооружений. Если будут побеждать первые, мы сможем прийти к более сложным системам, которые научатся превосходно отличать человека от машины.

Обратите внимание

Уже сейчас предлагают более сложные альтернативы: скажем, соединение CAPTCHA с тачскринами. Практического смысла для определения ИИ в обратном тесте Тьюринга мало, но он может размыть наши представления о человечности, интеллекте и заставить нас посмотреть на это по-новому.

Учёный-когнитивист Гэри Маркус — активный критик теста Тьюринга в его нынешнем виде. В этом году, например, он организовал конференцию, посвящённую вопросам искусственного интеллекта, где призывал оставить тест Тьюринга и придумать что-нибудь новое.

Маркус предложил свою альтернативу, которую, например, описал в статье для журнала The New Yorker.

Он предлагает построить компьютерную программу, которая смогла бы смотреть телевизионные шоу и видео на YouTube и отвечать на вопросы по их содержанию — ну, скажем, почему Джоффри Баратеон приказал казнить Эддарда Старка. Но это не так трудно.

Тест Маркуса заключается в другом: включите такой программе эпизод «Симпсонов» и пусть она объяснит, в каких местах следует смеяться. Если компьютер может определить и понять юмор, сарказм и иронию — и даже объяснить их — значит, он максимально приблизился к интеллекту, а может и обладает им.

Для того чтобы доказать, что машина обладает разумом, нужно больше, чем поведенческие и языковые тесты. Нужно доказать, что у неё есть необходимые инструменты для интеллекта, что у машины есть какой-то эквивалент сложного и динамического человеческого мозга, даже если этот мозг — просто код.

В нейробиологии есть термин нейронный коррелят сознания — это сложный набор механизмов и событий в мозге, необходимых для сознания. Если мы обнаружим коррелят в машине, мы убедимся, что перед нами не просто симуляция сознания, а настоящее сознание. Но это очень трудно: о человеческом мозге мы понимаем очень мало.

Так что цифровое вскрытие машины скорее работает не как тест, а как шаг к созданию искусственного мозга — всё-таки, чтобы вскрыть и увидеть такой мозг, нужно его сначала создать.

На упомянутой выше конференции, организованной Гэри Маркусом, предложили ещё одно неожиданное решение проблемы теста Тьюринга — так называемая олимпиада Тьюринга. Любое единичное испытание проверяет наличие интеллекта не полностью, потому что в человеческом интеллекте есть много разных элементов.

Поэтому учёные предлагают организовать целую серию испытаний для машины, каждое из которых будет проверять разные аспекты интеллекта. В конце концов, по отдельности машины становятся всё лучше в разных сферах: от зрения и визуального распознавания до распознавания речи и понимания языка.

Организаторы конференции планируют провести первую такую олимпиаду уже в начале следующего года.

Изображения via Duck, Shutterstock

Искусственный интеллект Microsoft превзошел человека в видеоигре

Тестирование искусственного интеллекта microsoft тау с треском провалилось

Видеоигры за последние десятилетия стали одним из любимейших способов проводить свободное время.

Может ли искусственный интеллект играть лучше человека? Может, даже в четыре раза лучше, как показывают результаты тестирования компанией Microsoft искусственного интеллекта.

Но, разумеется, в качестве примера была взята одна определенная игра, сохраняющая немалую популярность даже спустя более трех десятилетий после своего дебюта.

Важно

Исследователи Microsoft тестируют искусственный интеллект и машинное обучение системы искусственного интеллекта. В ходе тестирования искусственный интеллект показал свою способность достигнуть теоретического максимума очков в игре Ms.

Pac-Man, адаптированной для исторической игровой приставки Atari 2600. Ни одному человеку подобного результата достигнуть не удалось.

Рекорд был поставлен искусственным интеллектом спустя более чем 34 года после выхода игры, которая увидела свет в 1982 году.

Рассматриваемый искусственный интеллект был создан стартапом Maluuba, приобретенным софтверным гигантом Microsoft ранее в 2017 году. На нем тестируется тип машинного обучения, называемого «обучением с подкреплением».

Если попробовать наиболее просто описать суть метода, то речь идет о том, что создано примерно 150 искусственных интеллектов, которые входят в игру, сосредоточившись на индивидуальной цели, например, нахождении ближайшего необходимого игрового предмета или избегании привидений. Найденные ими решения объединяются и затем управляются искусственным интеллектом более высокого уровня, который воспринимает эти решения в качестве подсказок и делает из них наилучший выбор, возможный в конкретной ситуации.

Искусственному интеллекту предстоит взвешенно походить к принятию решений, оценивая их эффективность.

Например, если в данном случае касание привидения ведет к провалу, даже если 100 искусственных интеллектов говорят о том, что необходимо двигаться вправо и «проглотить» следующий бонус, несмотря на приближающееся привидение, а всего три советуют этого не делать, то их совет все равно приоритетен.

В результате такой искусственный интеллект оказался способным набрать максимально 999 990 очков. Исследователи говорят, что это максимум, который вообще когда-либо достигался в версии игры Ms. Pac-Man для Atari 2600. Более того, он в четыре раза превосходит рекорд, поставленный человеком, который составлял 211 480 очков.

Совет

Игра Ms. Pac-Man могла быть выбрана по той причине, что поведение привидения в ней отличается большей сложностью и меньшей предсказуемостью, чем в обычной Pac-Man. Впрочем, причина, по которой предпочтение было отдано именно этой консольной версии, не уточняется.

К каким практическим результатам может вести данное исследование? Исследователи полагают, что разработанная ими методология сможет помочь специалистам по продажам. Она также может найти себе применение в обработке естественного языка.

Удивляет ли вас способность искусственного интеллекта превосходить человека в видеоиграх?

По материалам polygon.com

1 Общая задача оптимального управления.

А. Оптимизация управления динамическими системами и процессами.+

Б. Управление информационными системами.

В. Оптимизация разработки компьютерных программ.

Г. Анализ устойчивости систем автоматического управления.

2 Формулировка проблемы оптимального управления.

А. Разработка математических моделей динамических систем.

Б. Анализ устойчивости систем автоматического управления.

В. Оптимизация разработки компьютерных программ.

Г. Содержит критерий оптимальности (функционал), математическую модель процесса управления и ограничения на эволюцию траектории системы и ресурсы управления. +

3 Основные математические методы теории оптимальных процессов.

А. Линейная алгебра.

Б. Операционное исчисление

В. Принцип максимума Понтрягина, динамическое программирование Беллмана, математическое программирования.+

Г. Преобразование Фурье.

4 Необходимые условия оптимальности управления.

А. Условия существования оптимального решения.

Б. Условия, которых достаточно для определения оптимального решения.

В. Условия определения оптимального решения.

Г. Условия, при которых определяется определенная множество решений, яки могут содержит оптимальное.+

5 Достаточно условия оптимальности управления.

А. Условия существования решения проблемы оптимизации.

Б. Условия существования локального экстремума функционала.

В. Условия, яки определяют глобальный экстремум качества функционирования системы (процесса) управления.+

Г. Условия, которые обеспечивают нахождения допустимого управления.

6 Существование оптимального управления.

А. Оптимальное решение всегда существует, но не является единственным.

Б. Оптимальное решение существует не всегда.+

В. Оптимальное решение всегда существует и является единственным.

Г. Оптимальное решение всегда существует.

7 Задача использования методов оптимального управления в теории автоматического управления динамическими системами.

А. Анализ управляемости систем автоматического управления.

Б. Анализ устойчивости систем автоматического управления.

В. Анализ точности систем автоматического управления.

Г. Построение оптимального закона управления системами автоматического управления. +

8 Разомкнутые системы управления

А. Системы управления с обратной связью.

Б. Системы программного управления.+

В. Любой яки оптимальные системы.

Г. Любой яки неоптимальные системы.

9 Сомкнутые системы управления

А. Любой яки системы управления

Б. Системы с программным управлением

В. Нелинейные системы управления

Г. Системы с обратной связью +

10 Стохастические системы управления.

А. Системы управления, параметры или сигналы в которых есть случайными.+

Б. Линейные системы.

В. Оптимальные системы.

Г. Нелинейные системы.

11 Математическая модель линейной динамической системы управления.

А. dx / dt = Ax + Bu.+

Б. dx / dt = f (x, u, t).

В. dx / dt = f (x, u, t).

Г. dx / dt = xTx + uTu.

12 Математическая модель нелинейной динамической системы управления.

А. dx / dt = f (x, u, t) .+

Б. dx / dt = Ax (t) + Bu (t).

В. dx / dt = Ax (t) + Bu (t) + W (t).

Г. dx / dt = A (t) x (t) + B (t) u (t).

13 Стационарная система.

А. Система, параметры которой зависят от времени

Б. Система, параметры которой не зависят от времени+

В. Любая линейная система.

Г. Любая нелинейная система.

14 Нестационарная система.

А. Система, параметры которой зависят от времени+

Б. Система, параметры которой не зависят от времени

В. Любая линейная система.

Г. Любая нелинейная система.

15 Цифровые системы управления.

А. Системы программного управления.

Б. Сомкнутые системы управления.

В. Аналоговые системы управления.

Г. Системы управления с цифровым регулятором+

16.Математична модель объекта управления.

А. Математическое описание реального объекта, адекватной задачи, которая анализируется.+

Б. Вес объекта.

В. Габариты объекта.

Г. Драгоценность объекта

17.Зминни состояния управляемого процесса, системы.

А. Совокупность координат, яки однозначно определяют текущее состояние системы. +

Б. Координаты вектора скорости объекта.

В. Координаты вектора положения объекта.

Г. Координаты вектора ускорения объекта.

18. Метод пространства состояния.

А. Метод, в котором математическая модель дана в виде системы дифференциальных уравнений первого порядка (в форме Коши) .+

Б. Метод, в котором математическая модель дана в виде дифференциального уравнения n-го порядка.

В. Метод исследования устойчивости динамических систем.

Г. Метод анализа переходного процесса системы управления.

19. Траектория движения системы.

А. Ускорение объекта.

Б. Эволюция координат, яки характеризуют вектор состояния системи.+

В. Скорость объекта.

Г. Вектор состояния системы в текущий момент.

20.Допустима траектория движения системы

А. Траектория, параметры движения которой находятся в допустимой области в любой момент.+

Б. Любая траектория.

В. Только оптимальная траектория.

Г. Любая оптимальная траектория.

21.Оптимальна траектория системы управления.

А. Допустимая траектория, которая соответствует оптимальному закона управления +

Б. Любая траектория.

В. Любая допустимая траектория.

Г. Траектория при терминальном управлении

22. Закон управления.

А. Траектория движения системы.

Б. Функция управления, аргументом которой является время или вектор состояния системы.+

В. Любая функция управления системой

Г. Допустимая траектория движения системы.

23. Допустимое управления.

А. Закон управления, на интервале управления соответствует заданным ограничением.+

Б. Любое управление.

В. Только оптимальное управление.

Г. Только программное управление.

24. Оптимальный закон управления.

А. Любое управления.

Б. Только программное управление.

В. Допустимый закон управления, которому соответствует оптимальный показатель качества.+

Г. Любое допустимое управление.

25.Оптимальна программа управления.

А. Оптимальной закон управления разомкнутой системе, который соответствует фиксированному начальном вектора состояния системы и является функцией времени.

Б. Закон, который учитывает текущее состояние системы.

В. Оптимальный закон управления сомкнутой системой.+

Г. Любая допустимая программа управления.

Министерство образования и науки рф

УФИМСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ

ФИЛИАЛ В Г. ИШИМБАЙ

Отчет по лабораторной
работе №3

по
предмету «Теория автоматического
управления»

на тему:
Исследование
динамической точности систем

автоматического
регулирования.

Выполнил: студент
гр. АТП-308

Шарипов Д.В.

Приняла:
Перевертайло Ю.В.

Ишимбай 2006

1. Цель работы

Целью данной работы является определение
динамической точности систем
автоматического регулирования путём
нахождения коэффициентов ошибок, а
также с помощью логарифмических
амплитудно-частотных характеристик;
приобретение навыков моделирования
систем автоматического регулирования
на ЭВМ с помощью пакета прикладных
программ.

2.
Основные
сведения

Под системой автоматического регулирования
понимают динамическую систему, в которой
управление осуществляется с помощью
сигнала разности между управляющим
воздействием и действительным изменением
регулируемой переменной.

Одной
из наиболее важных характеристик системы
автоматического регулирования является
её динамическая точность, или ошибка в
системе при подаче на неё управляющих
и возмущающих воздействий. Известно,
что последние делятся на два типа:
регулярные и случайные. Обычно регулярные
воздействия являются медленно меняющимися
функциями времени по сравнению с
длительностью переходного процесса
системы. При этом точность системы
регулирования определяется значением
ошибки в установившемся режиме.

Статические и астатические системы
автоматического регулирования

Большинство
структурных схем систем автоматического
регулирования с помощью структурных
преобразований можно привести к схемам,
показанным на рис. (3.1).

а)

б)

в)

г)

а, б – структурные
схемы САР замкнутого цикла по отклонению
и по возмущению;

в – структурная
схема САР комбинированного цикла с
компенсацией ошибки по управлению;

г – структурная
схема САР комбинированного цикла с
компенсацией ошибки по возмущению;

W1
– передаточная функция усилительного
устройства или группы усилительных
устройств и регуляторов;

W2
– передаточная функция исполнительного
устройства и объекта регулирования

Из
рисунка (3.1) динамическая ошибка системы
равна:

(3.1)

Установившаяся
ошибка системы определяется из выражения:

(3.2)

В
зависимости от значения

определяется тип системы автоматического
регулирования – статическая или
астатическая.

Система автоматического регулирования
называется статической по отношению к
управляющему воздействию, если при
воздействии, стремящемся с течением
времени к некоторому установившемуся
значению, ошибка также стремится к
постоянному значению, зависящему от
величины управляющего воздействия
(рис. 3.2, а).

Система автоматического регулирования
называется астатической по отношению
к управляющему воздействию, если при
воздействии, стремящемуся к установившемуся
значению, ошибка стремится к нулю
независимо от величины воздействия
(рис. 3.2, б).

К статическим системам автоматического
регулирования относятся все устойчивые
в разомкнутом состоянии системы. Если
же система в разомкнутом состоянии
имеет корни в центре координат, то такая
система будет астатической. Порядок
астатизма системы зависит от числа
интегрирующих звеньев, входящих в
систему и не охваченной жёсткой обратной
связью. Передаточная функция системы
в разомкнутом состоянии может быть
представлена в виде:

где
n
— порядок астатизма; при

система является статической. То же
можно сказать относительно систем
автоматического регулирования,
статических либо астатических по
возмущаемому воздействию.

Можно создать систему автоматического
регулирования, являющейся астатической
как по управляющему воздействию, так и
по возмущающему воздействию.

Коэффициенты ошибок

Для определения ошибки как функции
времени воспользуемся её изображением
по Лапласу:

(3.3)

где


– передаточная функция замкнутой
системы относительно ошибки по
управляющему воздействию;

– передаточная функция разомкнутой
системы;

– изображение по Лапласу управляющего
воздействия.

Передаточная
функция ошибки может быть разложена в
ряд Маклорена по степени p:

(3.4)

где


(3.5)

C
учётом (3.4) выражение (3.3) для изображения
ошибки можно представить в виде:

(3.6)

Следовательно,

(3.7)

Разложение
передаточной функции ошибки в ряд
производилось относительно точки
,
что соответствует большим значениям
t. Значит выражение (3.7)
становится справедливым лишь спустя
некоторое время после приложения
воздействия, т.е. представляет собой
установившуюся (вынужденную) составляющую
ошибки.

Задача
получения требуемой точности обычно
формулируется на основе требований к
величине ошибки при управляющих
воздействиях определённого вида, в той
или иной степени характерных для работы
системы. Если найденная по (3.7) составляющая
ошибки в течение всего интервала
изменения не выходит за допустимые
пределы

,          
          
(3.8)

то для
данного управляющего воздействия
требуемая динамическая точность
обеспечивается.

В
тех случаях, когда управляющее воздействие
постоянно
,
все члены ряда кроме первого равны нулю.

Поэтому статическая ошибка воспроизведения
равна

(3.9)

Постоянные

называются
коэффициентами ошибок;

C0
– коэффициент ошибки
по воздействию;

C1
– по скорости изменения
воздействия;

C2
– по ускорению и т.д.

Передаточная функция системы в разомкнутом
состоянии всегда может быть приведена
к виду:

(3.10)

Используя (3.10), (3.4), (3.5), определим несколько
первых коэффициентов ошибок для различных
систем:

1.
Система статическая (n
= 0)

(3.11)

В
формуле (3.11) k – коэффициент
усиления системы в разомкнутом состоянии.
При условии

выражение (3.7) можно приближенно
представить в виде


                               
(3.12)

где


– коэффициент астатизма статической
системы;

Dw
— добротность статической
системы по скорости;

De
— добротность статической
системы по ускорению.  

Эти коэффициенты связаны следующими
соотношениями с коэффициентами ошибок:



(3.13)

2.
Система астатическая (n
= 1)  



(3.14)

Тогда
выражение (3.7) приближённо можно записать:


(3.15)

где
Dw
и De
— коэффициенты
добротностей по скорости и ускорению
для системы с астатизмом первого порядка.
Коэффициенты ошибок связаны с добротностями
по (3.7) и (3.15):



(3.16)

3.
Система автоматического регулирования
с астатизмом второго порядка (n
= 2)


(3.17) 

Запишем
3.7 приближенно: 

(3.18)

где
De
— коэффициенты
добротности по ускорению системы с
астатизмом второго порядка. Очевидно,
что:

(3.19)

Можно
отметить, что формулы (3.12), (3.15), (3.18)
пригодны для вычисления ошибок в системах
автоматического регулирования при
любых сигналах, поступающих на их вход,
когда спектр входного сигнала заключён
в полосе низких частот (до w1).

Выражения (3.14) и (3.17) подтверждают
сказанное о том, что в астатических
системах статическая ошибка отсутствует.

Определение коэффициентов ошибок в
системах автоматического регулирования
с помощью ЛАХ

Суть определения коэффициентов ошибок
по этому методу заключается в том, что
последние зависят от постоянных времени
звеньев системы, с которыми однозначно
связаны сопрягающие частоты ЛАХ
разомкнутой системы.

На
рис. (3.3) показаны характеристики четырех
типов систем автоматического регулирования
с астатизмом первого порядка.

1)

2)

3)

4)

Передаточные
функции этих систем и коэффициенты
добротности Dw
и De
приведены в таблице
(3.1).

Тип
системы (рис. 3.3)

Передаточная
функция

1

2

3

4

Коэффициент
добротности по скорости для систем всех
типов:

Однако
эти величины можно рассчитывать
приближённо через частоты wk
и wl,
которые определяются непосредственно
по ЛАХ:

,


– для системы 1 типа.                      
(3.20)

–для системы 2 типа.

В
ряде практических задач передаточные
функции разомкнутых систем имеют вид,
отличный от приведённого в таблице
(3.1). Например:


(3.21)

Тогда
вместо постоянных времени T3
и T4
,T1 и
T2
можно ввести:


приводя
в этом случае передаточную функцию
(3.21) ко второму типу (рис 3.3):

Ошибка
в такой замене при построении ЛАХ не
превышает 2дБ.

Инвариантность
системы к воздействию

Идеальной
в смысле точности воспроизведения была
бы система, которая в точности
воспроизводила управляющее воздействие.
Такие свойства системы называют
инвариантностью к сигналу (независимостью
от сигнала). Если система инвариантна
по отношению к любому воздействию,
независимо от его характера, то имеет
место полная инвариантность. Для
получения полной инвариантности
необходимо, чтобы передаточная функция
ошибки по управляющему воздействию
была тождественно равна нулю. Это
требование полной инвариантности
приводит к необходимости выполнения
условия
.
Однако условие неосуществимо не только
в силу технической трудности реализации
большого коэффициента усиления системы
k, при котором
,
но и вследствие нарушения устойчивости
при увеличении коэффициента усиления.
Можно говорить либо о приближённой
инвариантности («инвариантности до
e»),
либо о частичной инвариантности.

При
частичной инвариантности обеспечивается
равенство нулю лишь вынужденной
составляющей ошибки и только при
воздействиях определённого вида.
Примером частичной инвариантности
может рассматриваться случай, когда в
системе, обладающей астатизмом n-го
порядка, приложено воздействие, не
имеющее производных выше n-1
порядка. При этом вынужденная составляющая
ошибки равна нулю, так как за счёт
астатизма системы отсутствуют коэффициенты
ошибок от С0 до
Сn-1.

Частичная инвариантность к постоянному
во времени воздействию (уменьшение
статической ошибки) осуществляется за
счёт обеспечения астатизма, а именно
введения в систему интегрирующих
звеньев. При этом, для компенсации
возмущающего воздействия, интегрирующие
звенья вводятся в систему до точки его
приложения.

Однако обязательно требуется проверка
устойчивости системы, так как могут
оказаться необходимыми меры по сохранению
запасов устойчивости системы
автоматического регулирования.

Астатизм системы можно получить с
помощью включения в прямую цепь
изодромного звена с передаточной
функцией  

где

– постоянная времени
изодрома.

Если
Tn достаточно
велика, то запас устойчивости может
быть сохранен неизменным. Уменьшение
передаточного коэффициента разомкнутой
системы должно быть скомпенсировано
увеличением коэффициента усиления
усилителя.

Астатизм систем автоматического
регулирования относительно задающего
воздействия можно обеспечить более
простыми способами: неединичной обратной
связью и масштабированием.

Если
в системе (рис. 3.4, а)

выполнить
обратную связь с ,
где k – передаточный
коэффициент прямой цепи системы, то
,
и система будет астатической относительно
задающего воздействия.

В системе
(рис. 3.4, б)

при

,
где к – передаточный коэффициент
разомкнутой системы, получаем
,
и система является также астатической
относительно задающего воздействия.

Повышение точности системы автоматического
регулирования путём применения
комбинированного управления

Точность
систем повышается путём компенсации
влияния сигналов управления и возмущения
за счёт применения комбинированного
управления. В результате этого
увеличивается порядок астатизма.
Структурные схемы систем автоматического
управления с комбинированным управлением
показаны на рисунке (3.1, в,г). Первая из
них компенсирует действие управляющего
сигнала, вторая – действие возмущения.

Составим передаточные функции обоих
систем регулирования относительно
ошибки.

Для
системы, изображённой на рисунке (3.1,
в), имеем:  


(3.22)

Нетрудно показать, что выбрав


(3.23)

получим

.

Таким
образом, выбирая (3.23), удаётся создать
систему, полностью инвариантную к
управляющему воздействию, т.е. получить
ошибку, не зависящую от управляющего
воздействия на систему. Однако практически
довольно трудно обеспечить полное
удовлетворение условию (3.23). Поэтому
выбирают другую компенсирующую
передаточную функцию Wk(p),
которая повышает порядок астатизма
системы.

Перейдём
к рассмотрению систем автоматического
регулирования по рисунку (3.1, г), считая
что
.
Тогда

и передаточная функция системы
относительно ошибки по возмущаемому
воздействию запишется так:


(3.24)

Нетрудно найти из (3.24) условие инвариантности
в виде:


(3.25)

Итак,
при соблюдении условия (3.25) имеем систему,
полностью инвариантную к возмущающему
воздействию. Однако на практике обеспечить
условие (3.25) так же трудно, как и условие
(3.23), т.к. физически реализуема лишь такая
Wk(P),
у которой степень числителя не выше
степени знаменателя. При частичном
удовлетворении условию (3.25) удаётся
повысить порядок астатизма систем
относительно возмущающего воздействия.

Следует отметить, что компенсирующая
цепь не влияет на устойчивость замкнутого
контура, однако она сама должна быть
устойчивой.

Такое комбинированное регулирование
используется в системах для уменьшения
влияния сильного возмущения, если это
возмущение доступно измерению.

Рассмотрим
пример получения частичной инвариантности
систем. Исходная система представленная
на рисунке (3.5, а) имеет астатизм первого
порядка и
.

Поставив
задачу частичного удовлетворения
условию (3.23) примем:


при
этом удаётся повысить астатизм системы
до n
= 2 и получить С1
= 0.

В
системе на рисунке (3.5, б) при условии,
что Kk = 1/K1
и T2
+ Tk
= T1,
удаётся повысить точность системы по
возмущающему воздействию за счёт
увеличения порядка астатизма системы
на две единицы.

Вид передаточной функции позволяет
судить о том, является ли система
статической или астатической . Причем
рассматривается астатизм системы как
по управляющему, так и по возмущающему
воздействию.

Для
того, чтобы рассматривать астатизм
системы вводится понятие передаточной
функции ошибки по управляющему и
возмущающему воздействию
.

Пусть система состоит из регулятора и
объекта управления

Пусть
она описывается линейными дифференциальными
уравнениями, которые подверглись
преобразованию Лапласа:

Решая
данную систему, можно получить уравнение
для выходного сигнала системы:

Если в
качестве выходной величины рассматривать
ошибку, то при решении системы уравнений
получим уравнение для нахождения ошибки:

По
управляющему воздействию:

Тогда
с учетом * и ** получим:

По
возмущающему воздействию:

Тогда

Avatar

Автор скрыт

05.05.2020.
Тест. Прочее, Прочее

Внимание! Все тесты в этом разделе разработаны пользователями сайта для собственного
использования.
Администрация сайта не
проверяет возможные ошибки,
которые могут встретиться в тестах.

Контрольный тест по теории автоматического управления

Список вопросов теста

Вопрос 1

По виду управляющего сигнала, вырабатываемого автоматическим регулятором АСР бывают

Варианты ответов
  • непрерывные
  • дискретные
  • релейные

Вопрос 2

Частотные характеристики можно получить из:

Варианты ответов
  • функции Хевисайда
  • дельта-функции
  • передаточной функции

Вопрос 3

Если объект подчиняется принципу суперпозиции, то он считается:

Варианты ответов
  • стационарным
  • линейным
  • нелинейным

Вопрос 4

Замкнутая АСР с обратной связью реализует принцип регулирования:

Варианты ответов
  • по возмущению
  • по отклонению
  • по заданию

Вопрос 5

Целью регулирования является

Варианты ответов
  • поддержание регулируемого параметра на заданном значении
  • определение ошибки регулирования
  • выработка управляющих воздействий

Вопрос 6

Передаточной функцией системы называется

.

Варианты ответов
  • отношение выходного сигнала ко входному сигналу
  • отношение преобразованного по Лапласу выходного сигнала к преобразованному по Лапласу входному сигналу
  • отношение преобразованного по Лапласу входного сигнала к преобразованному по Лапласу выходному сигналу

Вопрос 7

Зависимость выходного параметра объекта от времени при подаче на вход дельта-функции называется:

Варианты ответов
  • статической характеристикой
  • импульсной характеристикой
  • частотной характеристикой

Вопрос 8

Зависимость выходного параметра объекта от входного называется:

Варианты ответов
  • статической характеристикой
  • импульсной характеристикой
  • динамической характеристикой

Вопрос 9

Целью функционирования следящей АСР является

Варианты ответов
  • поддержание регулируемого параметра на заданном постоянном значении с помощью управляющих воздействий на объект
  • изменение регулируемой величины в соответствии с заранее неизвестной величиной на входе АСР
  • изменение регулируемой величины в соответствии с заранее заданной функцией

Вопрос 10
Варианты ответов
  • передаточную функцию
  • переходную функцию
  • амплитудно-фазовую характеристику

Автоматическое регулирование — это управление технологическими процессами при помощи продвинутых устройств с заранее определенными алгоритмами.

В быту, например, автоматическое регулирование может осуществляться при помощи термостата, который измеряет и поддерживает комнатную температуру на заданном уровне.

Автоматическое регулирование

Рекомендуем обратить внимание и на другие приборы для регулирования технологических процессов.

После того, как желательная температура задана, термостат автоматически контролирует комнатную температуру и включает или отключает нагреватель или воздушный кондиционер по мере необходимости, чтобы поддержать заданную температуру.

На производстве управление процессами обычно осуществляется средствами КИП и А, которые измеряют и поддерживают на необходимом уровне технологические параметры процесса, такие как: температура, давление, уровень и расход. Ручное регулирование на более-менее масштабном производстве затруднительно по ряду причин, а многие процессы вообще невозможно регулировать вручную.

Технологические процессы и переменные процесса

Для нормального выполнения технологических процессов необходимо контролировать физические условия их протекания. Такие физические параметры, как температура, давление, уровень и расход могут изменяться по многим причинам, и их изменения влияют на технологический процесс. Эти изменяемые физические условия называются «переменными процесса».

Некоторые из них могут понизить эффективность производства и увеличить производственные затраты. Задачей системы автоматического регулирования является минимизация производственных потерь и затрат на регулирование, связанных с произвольным изменением переменных процесса.

На любом производстве осуществляется воздействие на сырьё и другие исходные компоненты для получения целевого продукта. Эффективность и экономичность работы любого производства зависит от того, как технологические процессы и переменные процесса управляются посредством специальных систем регулирования.

На тепловой электростанции, работающей на угле, уголь размалывается и затем сжигается, чтобы произвести тепло, необходимое для преобразования воды в пар. Пар может использоваться по множеству назначений: для работы паровых турбин, тепловой обработки или сушки сырых материалов. Ряд операций, которые эти материалы и вещества проходят, называется «технологическим процессом». Слово «процесс» также часто используется по отношению к индивидуальным операциям. Например, операция по размолу угля или превращения воды в пар могла бы называться процессом.

Классиффикация регуляторов

Автоматические регуляторы классифицируются по назначению, принципу действия, конструктивным особенностям, виду используемой энергии, характеру изменения регулирующего воздействия и т.п.

По принципу действия они подразделяются на регуляторы прямого и непрямого действия. Регуляторы прямого действия не используют внешнюю энергию для процессов управления, а используют энергию самого объекта управления (регулируемой среды). Примером таких регуляторов являются регуляторы давления. В автоматических регуляторах непрямого действия для его работы требуется внешний источник энергии.

По роду действия регуляторы делятся на непрерывные и дискретные. Дискретные регуляторы, в свою очередь, подразделяются на релейные, цифровые и импульсные.

По виду используемой энергии они подразделяются на электронные, пневматические, гидравлические, механические и комбинированные. Выбор регулятора по виду используемой энергии определяется характером объекта регулирования и особенностями автоматической системы.

По закону регулирования они делятся на двух-и трехпозиционные регуляторы, типовые регуляторы (интегральные, пропорциональные, пропорционально-дифференциальные, пропорционально- интегральные и пропорционально- интегрально- дифференциальные регуляторы — сокращенно И, П, ПД, ПИ и ПИД-регуляторы), регуляторы с переменной структурой, адаптивные (самонастраивающиеся) и оптимальные регуляторы. Двухпозиционные регуляторы нашли широкое распространение благодаря своей простоте и малой стоимости.

По виду выполняемых функций регуляторы подразделяются на регуляторы автоматической стабилизации, программные, корректирующие, регуляторы соотношения параметров и другие.

Принцип работы и элементы системы автоматического регулирования

В случае системы автоматического регулирования наблюдение и регулирование производится автоматически при помощи заранее настроенных приборов. Аппаратура способна выполнять все действия быстрее и точнее, чем в случае ручного регулирования.

Действие системы может быть разделено на две части: система определяет изменение значения переменной процесса и затем производит корректирующее воздействие, вынуждающее переменную процесса вернуться к заданному значению.

Система автоматического регулирования содержит четыре основных элемента: первичный элемент, измерительный элемент, регулирующий элемент и конечный элемент.

Элементы системы автоматического регулирования

Первичный элемент воспринимает величину переменной процесса и превращает его в физическую величину, которое передается в измерительный элемент. Измерительный элемент преобразовывает физическое изменение, произведенное первичным элементом, в сигнал, представляющий величину переменной процесса.

Выходной сигнал от измерительного элемента посылается к регулирующему элементу. Регулирующий элемент сравнивает сигнал от измерительного элемента с опорным сигналом, который представляет собой заданное значение и вычисляет разницу между этими двумя сигналами. Затем регулирующий элемент производит корректирующий сигнал, который представляет собой разницу между действительной величиной переменной процесса и ее заданным значением.

Выходной сигнал от регулирующего элемента посылается к конечному элементу регулирования. Конечный элемент регулирования преобразовывает получаемый им сигнал в корректирующее воздействие, которое вынуждает переменную процесса возвратиться к заданному значению.

В дополнение к четырем основным элементам, системы регулирования процессами могут иметь вспомогательное оборудование, которое обеспечивает информацией о величине переменной процесса. Это оборудование может включать такие приборы как самописцы, измерители и устройства сигнализации.

Схема простой системы автоматического регулирования

1.3. Основные законы управления

Если вернуться к последнему рисунку (структурная схема САУ на рис. 1.2.3), то необходимо “расшифровать” роль, которую играет усилительно-преобразующее устройство (какие функции оно выполняет).

Если усилительно-преобразующее устройство (УПУ) выполняет только усиление (или ослабление) сигнала рассогласования ε(t), а именно: , где – коэффициент пропорциональности (в частном случае = Const), то такой режим управления замкнутой САУ называется режимом пропорционального управления (П-управление).

Если УПУ выполняет формирование выходного сигнала ε1(t), пропорционального ошибке ε(t) и интегралу от ε(t), т.е. , то такой режим управления называется пропорционально-интегрирующим (ПИ-управление). ==> , где b

– коэффициент пропорциональности (в частном случае
b = Const
).

Обычно ПИ-управление используется для повышения точности управления (регулирования).

Если УПУ формирует выходной сигнал ε1(t), пропорциональный ошибке ε(t) и ее производной, то такой режим называется пропорционально-дифференцирующим (ПД-управление): ==>

Обычно использование ПД-управления повышает быстродействие САУ

Если УПУ формирует выходной сигнал ε1(t), пропорциональный ошибке ε(t), ее производной, и интегралу от ошибки ==> , то такой режим называетсято такой режим управления называется пропорционально-интегрально-дифференцирующим режимом управления (ПИД-управление).

ПИД-управление позволяет зачастую обеспечить “хорошую” точность управления при “хорошем” быстродействии

Виды систем автоматического регулирования

Имеются два основных вида автоматических систем регулирования: замкнутые и разомкнутые, которые различаются по своим характеристикам и следовательно — по уместности применения.

Замкнутая система автоматического регулирования

В замкнутой системе информация о значении регулируемой переменной процесса проходит через всю цепочку приборов и устройств, предназначенных для контроля и регулирования этой переменной. Таким образом, в замкнутой системе производится постоянное измерение регулируемой величины, её сравнение с задающей величиной и оказывается соответствующее воздействие на процесс для приведения регулируемой величины в соответствие с задающей величиной.

Схема замкнутой системы автоматического регулирования

Например, подобная система хорошо подходит для контроля и поддержания необходимого уровня жидкости в резервуаре. Буек воспринимает изменение уровня жидкости. Измерительный преобразователь преобразует изменения уровня в сигнал, который отправляет на регулятор. Который, в свою очередь, сравнивает полученный сигнал с необходимым уровнем, заданным заранее. После регулятор вырабатывает корректирующий сигнал и отправляет его на регулирующий клапан, который корректирует поток воды.

Разомкнутая система автоматического регулирования

В разомкнутой системе нет замкнутой цепочки измерительных и обрабатывающих сигнал приборов и устройств от выхода до входа процесса, и воздействие регулятора на процесс не зависит от результирующего значения регулируемой переменной. Здесь не производится сравнение между текущим и желаемым значением переменной процесса и не вырабатывается корректирующее воздействие.

Схема разомкнутой системы автоматического регулирования

Один из примеров разомкнутой системы регулирования — автоматическая мойка автомобилей. Это технологический процесс по мойке автомобилей и все необходимые операции чётко определены. Когда автомобиль выходит с мойки предполагается, что он должен быть чистым. Если автомобиль недостаточно чист, то система этого не обнаруживает. Здесь нет никакого элемента, который бы давал информацию об этом и корректировал процесс.

На производстве некоторые разомкнутые системы используют таймеры, чтобы гарантировать, что ряд последовательных операций выполнен. Этот вид разомкнутого регулирования может быть приемлем, если процесс не очень ответственный. Однако, если процесс требует, чтобы выполнение некоторых условий было проверено и при необходимости были бы сделаны корректировки, разомкнутая система не приемлема. В таких ситуациях необходимо применить замкнутую систему.

Разомкнутый принцип управления

В таких системах не используют обратные связи и по своей структуре они довольно просты. Пример схемы такой системы показан ниже:

Это система управления скоростью вращения якоря двигателя постоянного тока которая имеет следующий алгоритм работы: задающее воздействие перемещает движок 2 потенциометра 1, тем самым меняя напряжение на усилителе 3. Изменение напряжения приводит к изменению тока машины 4 и соответственно его скорости вращения. Измерение скорости вращения машины измеряют с помощью тахогенератора 5 и с помощью стрелочного прибора 6 приводят напряжение на выходе тахогенератора к доступному для человеческого глаза виду. Если движок потенциометра будет приводить в движение человек, то такое управление называют ручным.

В данной схеме отсутствует обратная связь, поэтому ее называют разомкнутой. Регулирование координат таким образом довольно проблематичное занятие, так как чтоб получить точное значение скорости необходимо провести довольно точную градуировку системы, что довольно таки затруднительно. Даже при отличной градуировке все элементы системы подвержены износу, что делает необходимым производить частые градуировки. Также при изменении какого – то параметра (например, возрос момент нагрузки вала) скорость вращения электродвигателя просядет, но система никак не отреагирует на это. Поэтому, если нужно поддреживать какую – то из переменных величин постоянной, используют замкнутые системы управления.

Методы автоматического регулирования

Системы автоматического регулирования могут создаваться на основе двух основных методов регулирования: регулирования с обратной связью, которое работает путем исправления отклонений переменной процесса после того, как они произошли; и с воздействием по возмущению, которое предотвращает возникновение отклонений переменной процесса.

Регулирование с обратной связью

Регулирование с обратной связью — это такой способ автоматического регулирования, когда измеренное значение переменной процесса сравнивается с ее уставкой срабатывания и предпринимаются действия для исправления любого отклонения переменной от заданного значения.

Система ручного регулирования с обратной связью

Основным недостатком системы регулирования с обратной связью является то, что она не начинает регулировки процесса до тех пор, пока не произойдет отклонение регулируемой переменной процесса от значения ее уставки.

Температура должна измениться, прежде чем регулирующая система начнет открывать или закрывать управляющий клапан на линии пара. В большинстве систем регулирования такой тип регулирующего действия приемлем и заложен в конструкцию системы.

В некоторых промышленных процессах, таких как изготовление лекарственных препаратов, нельзя допустить отклонение переменной процесса от значения уставки. Любое отклонение может привести к потере продукта. В этом случае необходима система регулирования, которая бы предвосхищала изменения процесса. Такой упреждающий тип регулирования обеспечивается системой регулирования с воздействием по возмущению.

Регулирование с воздействием по возмущению

Регулирование по возмущению — это регулирование с опережением, потому что прогнозируется ожидаемое изменение в регулируемой переменной и принимаются меры прежде, чем это изменение происходит.

Это фундаментальное различие между регулированием с воздействием по возмущению и регулированием с обратной связью. Контур регулирования с воздействием по возмущению пытается нейтрализовать возмущение прежде, чем оно изменит регулируемую переменную, в то время, как контур регулирования с обратной связью пытается отрабатывать возмущение после того, как оно воздействует на регулируемую переменную.

Система регулирования с воздействием по возмущению

Система регулирования с воздействием по возмущению имеет очевидное преимущество перед системой регулирования с обратной связью. При регулировании по возмущению в идеальном случае величина регулируемой переменной не изменяется, она остается на значении ее уставки. Но ручное регулирование по возмущению требует более сложного понимания того влияния, которое возмущение окажет на регулируемую переменную, а также использования более сложных и точных приборов.

На заводе редко можно встретить чистую систему регулирования по возмущению. Когда используется система регулирования по возмущению, она обычно сочетается с системой регулирования с обратной связью. И даже в этом случае регулирование по возмущению предназначается только для более ответственных операций, которые требуют очень точного регулирования.

Системы с обратной связью

САР имеющая одну регулируемую величину показана ниже:

Введение в данном случае обратной связи заставляет устройство реагировать на изменение возмущения f(t), что делает из устройства некий фильтр, который довольно точно передает управляющее воздействие и подавляет возмущающее. Сигнал, поступающий из выхода на вход, именуют сигналом обратной связи, а разницу между сигналом задания и обратной связью называют ошибкой.

Ошибка, возникающая в каждом элементе устройства, оказывает влияние на вход следующего элемента, тем самым наращивая сигнал ошибки.

Итак, можем сделать вывод что САР – это динамическая система, которая стремится сохранить в допустимых пределах отклонение между заданным и реальным значением регулируемой величины, используя при этом метод сравнения сигналов обратной связи получаемых с выхода устройства, с сигналами, поступающими на вход устройства.

Одноконтурные и многоконтурные системы регулирования

Одноконтурная система регулирования или простой контур регулирования — это система регулирования с одним контуром, который обычно содержит только один первичный чувствительный элемент и обеспечивает обработку только одного входного сигнала на регулятор.

Одноконтурная система регулирования

Некоторые системы регулирования имеют два или больше первичных элемента и обрабатывают больше, чем один входной сигнал на регулятор. Эти системы автоматического регулирования называются «многоконтурными» системами регулирования.

Многоконтурная система регулирования

Выбор канала регулирования

Одним и тем ж выходным параметром объекта можно управлять по разным входным каналам.

При выборе нужного канала управления исходят из следующих соображений:

  • Из всех возможных регулирующих воздействий выбирают такой поток вещества или энергии, подаваемый в объект или отводимый из него, минимальное изменение которого вызывает максимальное изменение регулируемой величины, то есть коэффициент усиления по выбранному каналу должен быть, по возможности, максимальным. Тогда, по данному каналу можно обеспечить наиболее точное регулирование.
  • Диапазон допустимого изменения управляющего сигнала должен быть достаточен для полной компенсации максимально возможных возмущений, возникающих в данном процессе, то есть должен быть обеспечен запас по мощности управления в данном канале.
  • Выбранный канал должен иметь благоприятные динамические свойства, то есть запаздывание t 0 и отношение t 0 /T 0 , где T 0 — постоянная времени объекта, должны быть как можно меньшими. Кроме того, изменение статических и динамических параметров объекта по выбранному каналу при изменении нагрузки или во времени должны быть незначительными.

Экспериментальные методы настройки регулятора

Для значительного числа промышленных объектов управления отсутствуют достаточно точные математические модели, описывающие их статические и динамические характеристики. В то ж время проведение экспериментов по снятию этих характеристик весьма дорого и трудоемко.

Экспериментальный метод настройки регуляторов не требуют знания математической модели объекта. Однако предполагается, что система смонтирована и может быть запущена в работу, а также существует возможность изменения настроек регулятора. Таким образом, можно проводить некоторые эксперименты по анализу влияния изменения настроек на динамику системы. В конечном итоге гарантируется получение хороших настроек для данной системы регулирования.

Существуют два метода настройки — метод незатухающих колебаний и метод затухающих колебаний.

Метод незатухающих колебаний

В работающей системе выключаются интегральная и дифференциальная составляющие регулятора (T i = Ґ,T d =0), то есть система переводится в закон регулирования П.

Путем последовательного увеличения K p с одновременной подачей небольшого скачкообразного сигнала задания добиваются возникновения в системе незатухающих колебаний с периодом T kp . Это соответствует выведению системы на границу колебательной устойчивости. При возникновении данного режима работы фиксируются значения критического коэффициента усиления регулятора K kp и периода критических колебаний в системе T kp . При появлении критических колебаний ни одна переменная системы не должна выходить на уровень ограничения.

По значениям T kp и K kp рассчитываются параметры настройки регулятора:

  • П-регулятор: K p =0,55 K kp ;
  • ПИ-регулятор: K p =0,45 K kp ; T i =T kp /1,2;
  • ПИД-регулятор: K p =0,6 K kp ; T i =T kp /2; T d =T kp /8.

Расчет настроек регулятора можно производить по критической частоте собственно объекта управления w п . Учитывая, что собственная частота Ґ п ОУ совпадает с критической частотой колебаний замкнутой системы с П-регулятором, величины T kp и K kp могут быть определены по амплитуд и периоду критических колебаний собственно объекта управления.

При выведении замкнутой системы на границу колебательной устойчивости, амплитуда колебаний может превысить допустимое значение, что в свою очередь приведет к возникновению аварийной ситуации на объекте или к выпуску бракованной продукции. Поэтому не все системы управления промышленными объектами могут выводиться на критический режим работы.

Метод затухающих колебаний

Применение этого метода позволяет настраивать регуляторы без выведения системы на критические режимы работы. Так же, как и в предыдущем методе, для замкнутой системы с П-регулятором путем последовательного увеличения KP добиваются переходного процесса отработки прямоугольного импульса по сигналу задания или возмущения с декрементом затухания D=1/4. Далее определяется период этих колебаний T k и значения постоянных интегрирования и дифференцирования регуляторов T i ,T d .

  • Для ПИ-регулятора:T i =T k /6;
  • Для ПИД-регулятора:T i =T k /6;T d =T k /1,5.

После установки вычисленных значений T i и T d на регуляторе необходимо экспериментально уточнить величину K P для получения декремента затухания D=1/4. С этой целью производится дополнительная подстройка K P для выбранного закона регулирования, что обычно приводит к уменьшению K P на 20 –30%. Большинство промышленных систем регулирования считаются качественно настроенными, если их декремент затухания D равен 1/4 или 1/5.

Выбор типа регулятора

Задача проектировщика состоит в выборе такого типа регулятора, который при минимальной стоимости и максимальной надёжности обеспечивал бы заданное качество регулирования.

Для того чтобы выбрать тип регулятора и определить его настройки, необходимо знать:

  • Статические и динамические характеристики объекта управления.
  • Требования к качеству процесса регулирования.
  • Показатели качества регулирования для серийных регуляторов.
  • Характер возмущений,действующих на процесс регулирования.

Выбор типа регулятора обычно начинается с простейших двухпозиционных регуляторов и может заканчиваться самонастраивающимися микропроцессорными регуляторами.

Рассмотрим показатели качества серийных регуляторов. В качестве серийных предполагаются непрерывные регуляторы, реализующие законы управления И, П, ПИ и ПИД.

Теоретически, с усложнением закона регулирования качество работы системы улучшается. Известно, что на динамику регулирования наибольшее влияние оказывает величина отношения запаздывания к постоянной времени объекта с . Эффективность компенсации ступенчатого возмущения регулятором достаточно точно может характеризоваться величиной динамического коэффициента регулирования R d , а быстродействие — величиной времени регулирования. Теоретически, в системе с запаздыванием минимальное время регулирования t pvin =2/.

Минимально возможное время регулирования для различных типов регуляторов при оптимальной их настройке определяется таблицей 1.

Таблица 1

Закон регулирования П ПИ ПИД
t p / t ,где t p – время регулирования, t –запаздывание в объекте 6,5 12 7

Руководствуясь таблицей, можно утверждать, что наибольшее быстродействие обеспечивает закон управления П. Однако, если коэффициент усиления П-регулятора KP мал (чаще всего это наблюдается в системах с запаздыванием), то такой регулятор не обеспечивает высокой точности регулирования, так как в этом случае велика величина статической ошибки. Если KP имеет величину равную 10 и более, то П-регулятор приемлем, а если KP<10 то требуется введение в закон управления интегральной составляющей.

Наиболее распространенным на практик является ПИ-регулятор, который обладает следующими достоинствами:

  1. Обеспечивает нулевую статическую ошибку регулирования.
  2. Достаточно прост в настройке, так как настраиваются только два параметра, а именно коэффициент усиления K P и постоянная интегрирования T i . В таком регуляторе имеется возможность оптимизации K p /T i >max, что обеспечивает управление с минимально возможной среднеквадратичной ошибкой регулирования.
  3. Обладает малой чувствительностью к шумам в канале измерения (в отличие от ПИД-регулятора).

Для наиболее ответственных контуров можно рекомендовать использование ПИД-регулятора, обеспечивающего наиболее высокое быстродействие в системе. Однако следует учитывать, что это условие выполняется только при его оптимальных настройках (настраиваются три параметра). С увеличением запаздывания в системе резко возрастают отрицательные фазовые сдвиги, что снижает эффект действия дифференциальной составляющей регулятора. Поэтому качество работы ПИД-регулятора для систем с большим запаздыванием становится сравнимо с качеством работы ПИ-регулятора. Кроме этого, наличие шумов в канале измерения в системе с ПИД-регулятором приводит к значительным случайным колебаниям управляющего сигнала регулятора,что увеличивает дисперсию ошибки регулирования. Таким образом, ПИД-регулятор следует выбирать для систем регулирования с относительно малым уровнем шумов и величиной запаздывания в объекте управления. Примерами таких систем являются системы регулирования температуры.

При выборе типа регулятора рекомендуется ориентироваться на величину отношения запаздывания к постоянной времени в объекте t/T. Если t/T< 0,2, то можно выбрать релейный, непрерывный или цифровой регуляторы. Если 0,2 < t/T< 1, то должен быть выбран непрерывный или цифровой, ПИ или ПИД-регулятор. Если t /T >1, то выбирают специальный цифровой регулятор с упредителем, который компенсирует запаздывание в контуре управления. Однако этот ж регулятор рекомендуется применять и при меньших отношениях t /T.

Автоматическое управление

в технике, совокупность действий, направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта без непосредственного участия человека в соответствии с заданной целью управления. А. у. широко применяется во многих технических и биотехнических системах для выполнения операций, не осуществимых человеком в связи с необходимостью переработки большого количества информации в ограниченное время, для повышения производительности труда, качества и точности регулирования, освобождения человека от управления системами, функционирующими в условиях относительной недоступности или опасных для здоровья (см.
Автоматизация производства, Автоматизация управленческих работ, Большая система).
Цель управления тем или иным образом связывается с изменением во времени регулируемой (управляемой) величины — выходной величины управляемого объекта. Для осуществления цели управления, с учётом особенностей управляемых объектов различной природы и специфики отдельных классов систем, организуется воздействие на управляющие органы объекта — управляющее воздействие. Оно предназначено также для компенсации эффекта внешних возмущающих воздействий, стремящихся нарушить требуемое поведение регулируемой величины. Управляющее воздействие вырабатывается устройством управления (УУ). Совокупность взаимодействующих управляющего устройства и управляемого объекта образует систему автоматического управления.

Система автоматического управления

(САУ) поддерживает или улучшает функционирование управляемого объекта. В ряде случаев вспомогательные для САУ операции (пуск, остановка, контроль, наладка и т.д.) также могут быть автоматизированы. САУ функционирует в основном в составе производственного или какого-либо другого комплекса.

История техники насчитывает много ранних примеров конструкций, обладающих всеми отличительными чертами САУ (регулирование потока зерна на мельнице с т. н. «потряском», уровня воды в паровом котле машины Ползунова, 1765, и т. д.). Первой замкнутой САУ, получившей широкое техническое применение, была система автоматического регулирования с центробежным регулятором в паровой машине Уатта (1784). По мере совершенствования паровых машин, турбин и двигателей внутреннего сгорания всё более широко использовались различные механические регулирующие системы и устройства, достигшие значительного развития в конце 19 — начале 20 вв. Новый этап в А. у. характеризуется внедрением в системы регулирования и управления электронных элементов и устройств автоматики и телемеханики. Это обусловило появление высокоточных систем слежения и наведения, телеуправления и телеизмерения, системы автоматического контроля и коррекции. 50-е гг. 20 в. ознаменовались появлением сложных систем управления производственными процессами и промышленными комплексами на базе электронных управляющих вычислительных машин.

САУ классифицируются в основном по цели управления, типу контура управления и способу передачи сигналов. Первоначально перед САУ ставились задачи поддержания определённых законов изменения во времени управляемых величин. В этом классе систем различают системы автоматического регулирования (CAP), в задачу которых входит сохранение постоянными значения управляемой величины; системы программного управления, где управляемая величина изменяется по заданной программе; следящие системы, для которых программа управления заранее неизвестна. В дальнейшем цель управления стала связываться непосредственно с определёнными комплексными показателями качества, характеризующими систему (её производительность, точность воспроизведения и т. п.); к показателю качества могут предъявляться требования достижения им предельных (наибольших или наименьших) значений, для чего были разработаны адаптивные, или самоприспосабливающиеся системы.

Последние различаются по способу управления: в
самонастраивающихся системах
меняются параметры устройства управления, пока не будут достигнуты оптимальные или близкие к оптимальным значения управляемых величин; в
самоорганизующихся системах
с той же целью может меняться и её структура. Наиболее широки, в принципе, возможности
самообучающихся систем,
улучшающих
алгоритмы
своего функционирования на основе анализа опыта управления. Отыскание оптимального режима в адаптивных САУ может осуществляться как с помощью автоматического поиска, так и беспоисковым образом.

Способ компенсации возмущений связан с типом контура управления системы. В разомкнутых САУ на УУ не поступают сигналы, несущие информацию о текущем состоянии управляемого объекта, либо в них измеряются и компенсируются главные из возмущений, либо управление ведётся по жёсткой программе, без анализа каких-либо факторов в процессе работы. Основной тип САУ — замкнутые, в которых осуществляется регулирование по отклонению, а цепь прохождения сигналов образует замкнутый контур, включающий объект управления и УУ; отклонения управляемой величины от желаемых значений компенсируются воздействием через обратную связь, вне зависимости от причин, вызвавших эти отклонения. Объединение принципов управления по отклонению и по возмущению приводит к комбинированным системам. Часто, помимо основного контура управления, замыкаемого главной обратной связью, в САУ имеются вспомогательные контуры (многоконтурные системы) для стабилизации и коррекции динамических свойств. Одновременное управление несколькими величинами, влияющими друг на друга, осуществляется в системах многосвязного управления или регулирования.

По форме представления сигналов различают дискретные и непрерывные САУ. В первых сигналы, по крайней мере в одной точке цепи прохождения, квантуются по времени (см. Импульсная система

), либо по уровню (см.
Релейная система
), либо как по уровню, так и по времени (см.
Квантование сигнала
).

Простейший пример САУ — система прямого регулирования частоты вращения двигателя (рис. 1

). Цель управления — поддержание постоянной частоты вращения маховика, управляемый объект — двигатель
1
; управляющее воздействие — положение регулирующей заслонки дросселя
3
; УУ — центробежный регулятор
2,
муфта
4
которого смещается под действием центробежных сил при отклонении от заданного значения частоты вращения вала
5,
жестко связанного с маховиком. При смещении муфты изменяется положение заслонки дросселя. Структурная схема рассмотренного примера (
рис. 2
) типична для многих САУ вне зависимости от их физической природы. Описанная система представляет собой замкнутую одноконтурную непрерывную систему автоматического регулирования механического действия, допускающую
линеаризацию
при исследовании.

Промышленность выпускает универсальные регуляторы, в том числе с воздействием по производной, по интегралу (см. Коррекция динамических свойств

),
экстремальные регуляторы,
для управления различными объектами. Специализированные САУ широко применяются в различных областях техники, например: следящая система управления копировально-фрезерным станком по жёсткому копиру; САУ металлорежущих станков с программным управлением от магнитной ленты, перфоленты или перфокарты (преимущества такого управления заключаются в относительной универсальности, лёгкости перестройки программы и высокой точности обработки деталей); система программного управления реверсивным прокатным станом, включающая в свой контур управляющую вычислительную машину. В относительно медленных технологических процессах в химической и нефтяной промышленности распространены многосвязные САУ, осуществляющие регулирование большого количества связанных величин; так, при перегонке нефти информация о температуре, давлении, расходе и составе нефтепродуктов, получаемая от нескольких сотен датчиков, используется для формирования сигналов управления десятками различных регуляторов. САУ играют важную роль в авиации и космонавтике, например автопилот представляет собой САУ связанного регулирования, а иногда и самонастраивающуюся систему. В военной технике применяются высокоточные следящие системы, часто включающие вычислительные устройства (например, система углового сопровождения радиолокационной станции). При анализе многих физиологических процессов в живом организме, таких как кровообращение, регуляция температуры тела у теплокровных животных, двигательные операции, обнаруживаются характерные черты САУ (см.
Кибернетика биологическая
).

Задачи синтеза устройств А. у. и анализа процессов в управляемых системах являются предметом теории автоматического управления.

Р. С. Рутман

Теория автоматического управления

(ТАУ) изучает принципы построения систем автоматического управления и закономерности протекающих в них процессов, которые она исследует на динамических моделях действительных систем с учётом условий работы, конкретного назначения и конструктивных особенностей управляемого объекта и автоматических устройств, с целью построения работоспособных и точных систем управления.

Первоначально ТАУ развивалась как теория автоматического регулирования (ТАР) и была одним из разделов теоретической и технической механики. На этой стадии ТАУ изучала процессы управления паровыми котлами и электрическими машинами, но раздельно в пределах только теплотехники и только электротехники. Быстрое развитие всех отраслей техники и промышленности сопровождалось совершенствованием методов и средств техники управления; обнаружилась аналогичность процессов управления в технических устройствах, независимо от их природы и назначения. С развитием управления в технике шло также изучение проблем управления в организмах и в экономических системах. Вплоть до середины 20 в. исследования процессов управления в этих разнородных объектах не были связаны. В технике управляющие устройства, внешние по отношению к объектам, создаются отдельно и лишь затем соединяются с объектами в единую систему управления. На основе изучения взаимодействия этих устройств с объектами была выявлена общность процессов управления. Именно поэтому ТАР зародилась в технике и превратилась в самостоятельную техническую науку. В живых организмах и в экономике органы управления составляют неотъемлемую часть этих объектов. Здесь нет необходимости конструирования отдельно действующих органов управления, а изучение всего механизма управления велось разрозненно в соответствующих областях знаний без участия специалистов по управлению. Однако процессы управления, обладающие определенной спецификой в биологии и экономике, потребовали обязательной коллективной работы специалистов различных областей науки и техники, тем более при современном уровне развития науки, когда выявилась также и необходимость взаимного обмена знаниями. Н. Винеру

принадлежала мысль об общности процессов управления в технике, живых организмах и в экономике и необходимости совместной деятельности учёных различных специальностей (см.
Кибернетика
). Этот вывод подготовлялся длительное время и многими другими исследователями. Было обнаружено, что техническая наука — ТАР, способна объяснить процессы управления и влиять на них не только в технике; сфера её применения расширилась, но при этом усложнились цели и методы теории, которая получила новое название «Теория автоматического управления». Для ТАР характерна задача стабилизации заданного состояния объекта. В ТАУ эта задача входит составной частью в проблему приспособления, или адаптации, которая присуща живым организмам и экономическим организациям. Но и для техники эти проблемы весьма актуальны, если учесть переменность параметров объектов управления, работу их при меняющихся условиях, а также оценку эффективности этой работы в чисто экономических терминах, например прибыльность или уменьшение затрат труда и материалов. Так возникла проблема синтеза и анализа систем автоматического управления — основная проблема ТАУ. Решение её требует изучения динамических свойств САУ, для чего необходимо математическое описание поведения всех элементов системы в переходных процессах. В общем случае процессы в объектах описываются системами обыкновенных дифференциальных уравнений или уравнений в частных производных в зависимости от того, имеют ли объекты сосредоточенные или распределенные параметры. Элементы автоматических устройств также описываются системами дифференциальных уравнений. Специфичен для ТАУ последующий переход от линейных уравнений к передаточным функциям — операторным выражениям дифференциальных и разностных уравнений. Передаточные функции позволяют легко представить математическую модель системы в виде структурной схемы, состоящей из типовых динамических звеньев. ТАУ вводит понятия динамических характеристик — передаточных функций, частотных и временных характеристик, упрощающих составление математических моделей системы и последующие анализ и синтез систем. Динамический анализ САУ выясняет их работоспособность и точность. Необходимым условием работоспособности САУ служит их устойчивость (см.
Устойчивость
системы автоматического управления). Для её исследования разработаны критерии устойчивости, позволяющие определять условия устойчивости и необходимые запасы её по косвенным признакам, минуя весьма трудную операцию интегрирования уравнений движения системы. Устойчивость достигается изменением параметров системы и её структуры. В нелинейных САУ исследуется возможный для этих систем режим
автоколебаний.
Если же по самому принципу действия САУ, например для релейных систем, эти колебания неизбежны, то устанавливаются допустимые параметры — амплитуда и частота автоколебаний. Точность САУ оценивается показателями, которые в совокупности называется качеством управления (см.
Точность
систем автоматического управления), Важнейшие показатели качества САУ: статические и динамические погрешности и время регулирования (см.
Погрешность
в системе автоматического регулирования). Эти показатели определяются сравнением действительного переходного процесса изменения управляемых величин с требуемым законом их изменения; обычно они указываются для одного из типовых законов изменения управляемой величины. В ТАУ, так же как и при анализе устойчивости, пользуются косвенными методами анализа качества, не требующими решения исходных уравнений. Для этого вводятся критерии качества — косвенные оценки показателей качества (см.
Качества показатели
системы автоматического управления). При действии на САУ случайных возмущений наиболее распространён критерий качества динамической точности — средняя квадратичная ошибка. Эта величина относительно просто может быть связана со статистическими характеристиками возмущающих воздействий и параметрами передаточной функции системы. САУ, в которой достигнут экстремум какого-либо показателя качества, именуется
оптимальной системой.
Нелинейные системы обладают более широкими возможностями достижения оптимума определённого показателя качества, чем системы линейные. Это обусловило применение нелинейных связей для повышения качества систем управления. Анализ системы управления устанавливает свойства системы с уже заданной структурой. Построение алгоритма управления и разработка соответствующей ему структуры системы, выполняющей заданную цель при требуемом качестве управления, установление значений параметров этой системы составляет содержание проблемы синтеза. До начала разработки системы управления сообщаются необходимые для этого исходные данные: свойства управляемого объекта, характер действующих на него возмущений, цель управления и требуемая точность управления. К объекту управления относится его управляющий орган, через который передаётся воздействие на объект от управляющего устройства. Известные характеристики управляющего органа сразу же определяют характеристики исполнительного механизма управляющего устройства. Но на этом обрывается цепь частей системы управления, свойства которых определяются однозначно их взаимным влиянием друг на друга. Так вводится понятие неизменяемой части системы управления — неизменяемой в том смысле, что свойства её заданы до начала конструирования алгоритма управления и, как правило, не могут быть изменены. Заданная цель управления определяет и способ управления. В результате выясняется в общих чертах блочная схема системы управления. В основном пользуются 2 методами решения проблемы синтеза — аналитическим и последовательных приближений. При первом либо находится вид передаточной функции автоматического устройства или алгоритм управления, либо при выбранной структуре указанного устройства устанавливаются значения его параметров, дающие экстремум критерию качества. Этот метод позволяет сразу найти оптимальное решение, но он часто приводит к сложными громоздким вычислениям. Во втором методе по заданному критерию качества определяется передаточная функция автоматического устройства и затем для полученной системы сравниваются заданные показатели качества с их действительными значениями. Если приближение оказывается допустимым, расчёт считается законченным и можно приступить к конструированию устройства. Если же приближение оказывается недостаточным, то изменяется вид передаточной функции до получения варианта, удовлетворяющего заданным требованиям точности. При построении сложных систем управления, кроме теоретических методов, применяется
моделирование
с применением аналоговых и цифровых вычислительных машин, на которых воспроизводятся уравнения, описывающие всю систему управления в целом, и по результатам расчётов, заканчивающихся при достижении требуемых показателей качества, устанавливается структура устройства управления. Такой метод синтеза близок по идее к методу последовательных приближений. Моделирование позволяет оценить влияние таких факторов, как нелинейность ограничения координат, переменность параметров, которые ставят почти непреодолимые преграды для аналитического исследования. Применение вычислительных машин освобождает от трудностей расчёта. Они также используются в составе САУ для выполнения сложных алгоритмов управления, которые особенно характерны для адаптивных и оптимальных систем и систем с прогнозированием конечного результата управления. Решение проблемы синтеза САУ способствовало появлению новых эффективных принципов управления и развитию важных самостоятельных направлений в ТАУ: оптимальное управление, статистичная динамика и чувствительность систем управления. Теория оптимального управления позволила установить структуры систем управления, обладающих предельно высокими показателями качества при учёте реальных ограничений, накладываемых на переменные. Показатели оптимальности могут быть весьма разнообразными. Выбор их зависит от конкретно поставленной задачи. Такими показателями служат показатели динамических свойств всей системы в целом, критерии экономичности режимов управляемых объектов и др. Распространены оптимальные по быстродействию системы, которые переводят объект из одного состояния в другое за минимальный промежуток времени.

Статистическая динамика систем управления изучает действие на эти системы случайных возмущений. Методы этой теории позволяют синтезировать системы управления, обеспечивающие минимум динамической погрешности, решать задачи построения сглаживающих и прогнозирующих следящих систем, определять динамические свойства управляемых объектов по данным опыта при их нормальном функционировании без внесения пробных возмущений. Статистические методы исследования широко распространены для изучения различных типов систем управления. Большое значение эти методы приобретают для приспосабливающихся систем. Теория чувствительности систем управления изучает зависимость динамических свойств этих систем от их меняющихся параметров и характеристик. Показатель чувствительности служит мерой зависимости указанных свойств от вариаций параметров. Теория чувствительности позволяет в ряде случаев указать пути осуществления беспоисковых самонастраивающихся систем.

Последний вопрос тесно связан ещё с одним направлением в ТАУ, получившим интенсивное развитие в последние годы — общей теорией адаптации, развитой на базе статистических методов и методов линейного программирования в математике. Для ТАУ характерна тесная, непрерывно усиливающаяся и взаимно влияющая связь не только с математикой, но также и с физикой и техническими науками, изучающими свойства объектов, которые позволяют создать детальные динамические модели объектов, необходимые при решении усложнившихся задач автоматического управления.

Лит.:

Максвелл Д. К., Вышнеградский И. А., Стодола А., Теория автоматического регулирования, М.,1949; Лернер А. Я. Введение в теорию автоматического регулирования, М., 1958; Фельдбаум А. А., Вычислительные устройства в автоматических системах, М., 1959; его же. Основы теории оптимальных автоматических систем, М., 1963; Теория автоматического регулирования, под ред. В. В. Солодовникова кн. 1, М., 1967.

Оглавление БСЭ

Регулирование при наличии шумов

Наличие высокочастотных шумовых составляющих в измерительном сигнале приводит к случайным колебаниям исполнительного механизма системы, что увеличивает дисперсию ошибки регулирования и снижает точность регулирования. В некоторых случаях сильные шумовые составляющие могут привести систему к неустойчивому режиму работы (стохастическая неустойчивость).

В промышленных системах в измерительных цепях часто присутствуют шумы, связанные с частотой питающей сети. В связи с этим важной задачей является правильная фильтрация измерительного сигнала, а также выбор нужного алгоритма и параметров работы регулятора. Для этого используются фильтры низкой частоты высокого порядка (5 –7), имеющие большую крутизну спада. Их иногда встраивают в нормирующие преобразователи.

Таким образом, главной задачей регулятора является компенсация низкочастотных возмущений. При этом, с целью получения минимальной дисперсии ошибки регулирования, высокочастотные помехи должны быть отфильтрованы. Однако, в общем случае, эта задача противоречивая, так как спектры возмущения и шума могут накладываться друг на друга. Это противоречие разрешается с помощью теории оптимального стохастического управления, которая позволяет добиться хорошего быстрод йствия в системе при минимально возможной дисперсии ошибки регулирования. Для уменьшения влияния помех в практических ситуациях применяются два способа, основанных на:

  • уменьшении коэффициента усиления регулятора K p , то есть, фактически, переход на интегральный закон регулирования, который малочувствителен к шумам;
  • фильтрации измеряемого сигнала.

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Целью обыска была служба безопасности ошибка
  • Цельный монолит ошибка
  • Цельное представление где ошибка
  • Цель урока работа над ошибками математика
  • Цель упражнения исправь ошибки