Программное управление

Определение "Программное управление" в Большой Советской Энциклопедии

Программное управление, управление режимом работы объекта по заранее заданной программе. Программное управление может осуществляться как с использованием обратной связи, (системы с замкнутой цепью воздействия), так и без неё (системы с разомкнутой цепью воздействия) (см. Автоматическое управление). Системы Программное управление с замкнутой цепью воздействия могут функционировать с оптимизацией и без оптимизации режима работы управляемого объекта. Процесс Программное управление с оптимизацией можно рассматривать как минимизацию некоторого функционала, характеризующего «расстояние» между искомым и действительным (фактическим) состояниями объекта. Так, например, Программное управление летательными аппаратами реализует требуемую траекторию их движения, что обеспечивает нахождение летательного аппарата в соответствующих точках пространства в заданные моменты времени.

Термин «Программное управление» с оптимизацией возник в теории управления системами, подверженными действию случайных возмущений (стохастическими). Пусть, например, движение объекта описывается системой дифференциальных уравнений вида , где  — т. н. фазовый вектор, x — случайная вектор-функция, u (t) — управляющий вектор. Предположим также, что цель управления — перевести объект (систему) из начального состояния x₀ в некоторое конечное х_т. Поскольку система стохастическая, то нельзя говорить о точном достижении конечного состояния х_т. Речь может идти лишь о таком выборе управления, которое минимизирует некоторую функцию конечного состояния J [x (T)]. В качестве такой функции принимается норма J [x (T)] = ÷÷х (Т) — х_т÷÷. В теории подобных систем, к числу которых относятся системы управления ракетами, многими технологическими процессами и т.д., широко распространён следующий приём исследования. Предположим, что x º 0, т. е. система детерминирована. Тогда можно пытаться найти управление U (t), которое переводит систему точно в состояние х_т по некоторой траектории движения — функции x (t). Если цель управления достижима, то таких траекторий можно определить достаточно много. Следовательно, появляется возможность выбора управления U (t) (программы), которое обеспечивает оптимальное значение некоторому критерию. Например, если речь идёт о выводе ракеты на заданную орбиту, то таким критерием может быть затрата горючего. Так возникает понятие оптимальной программы, которое охватывает обычно и понятие оптимальной траектории (t), и оптимального управления (t). Понятие оптимальной программы относится к идеализированным системам. Поэтому конструктор, определив оптимальную программу, проектирует ещё и систему управления программой — траекторией. Можно написать: U =  + u, где  — фиксированная функция времени, а u — корректирующее управление, которое осуществляется по цепи обратной связи. Система управления содержит средства измерения действительной траектории, и задача корректирующего управления — обеспечить минимальное рассогласование реальной траектории x (t) и оптимальной (t), которая достигает цели управления х_т.
 

  Лит.: Моисеев Н. Н., Численные методы в теории оптимальных систем, М., 1971; его же, Оптимизация и управление (эволюция идей и перспективы), «Известия АН СССР. Техническая кибернетика», 1974, № 4; его же, Элементы теории оптимальных систем, М., 1975.
  Н. Н. Моисеев.
 

  Программное управление технологическим оборудованием и процессами охватывает управление движением (станки и др. машины, механизмы, движущиеся объекты) и управление изменением физических и химических параметров (температуры, давления, концентрации и т.п.). Наибольшее практическое применение получило Программное управление станками (см. Металлорежущий станок). В первом станке (фрезерном) с цифровым Программное управление (1952, Массачусетский технологический институт, США) программа задавалась двоичным цифровым кодом, записанным на магнитной ленте, который преобразовывался интерполятором в сигнал управления. Сигнал управления воспроизводился следящими приводами подач. В современных системах наиболее употребительны два варианта следящего привода — с замкнутой цепью управления (преимущественно постоянного тока) и с разомкнутой цепью (на шаговых электродвигателях). Схемы управления выполняются на полупроводниковых приборах. Существуют два основных класса систем Программное управление: координатное управление перемещением из одного положения в другое по непрограммируемой (но, возможно, оптимизируемой) траектории движения и контурное управление, в котором программируется вся траектория.

Первоначальное цифровое Программное управление рассматривалось как основной метод автоматизации индивидуального и мелкосерийного производств; по мере же совершенствования Программное управление оно начинает проникать в серийное и массовое производство как средство, обеспечивающее максимальную мобильность производства (быстроту смены характеристик изделий). В 60-х гг. появились системы «прямого» Программное управление с непосредственной связью ЭВМ с одним или группой станков при работе ЭВМ в реальном масштабе времени. Получают распространение системы цифрового Программное управление с малыми ЭВМ переменной структуры («с гибкой логикой»). В конце 60-х гг. появились «цикловые» системы Программное управление — малые ЭВМ, выполняющие только логические операции и заменяющие обычные электронные устройства на контактных и бесконтактных реле. Стали применяться также и адаптивные системы цифрового Программное управление, в которых программа задаёт геометрию изделия и критерии оптимальности, а адаптивное управление изменяет режимы резания по оптимальному закону. В самообучающихся системах цифрового Программное управление критерии оптимальности вырабатываются на основе статистического анализа предыдущих циклов.

Разработаны технологические участки полностью автоматизированного управления, осуществляемого по иерархическому принципу. В этом случае центральная ЭВМ управляет ЭВМ-сателлитами, а последние — малыми ЭВМ у станков. Созданы автоматические линии, работающие без ручного обслуживания (например, «Система 24» фирмы «Молинз», Великобритания). В таких системах термин «Программное управление» получает новый, более широкий смысл — всё управление осуществляется через систему ЭВМ с помощью одной главной входной программы и вспомогательных подпрограмм, хранящихся в памяти всех ЭВМ системы.

Лит.: Спиридонов А. А., Федоров В. Б., Металлорежущие станки с программным управлением, 2 изд., М., 1972; Шаумян Г. А., Комплексная автоматизация производственных процессов., М., 1973; Булгаков А. А., Программное управление системами машин, М., 1975.
  А. А. Булгаков.