1.2 Керування
Керування – це цілеспрямований вплив однієї системи на іншу, який направлений на зміну поведінки останньої в потрібному напрямку . Таким чином, процес керування реалізується шляхом взаємодії двох систем: тієї, яка керується (об’єкт керування) та тієї, яка здійснює керування (суб’єкт керування або пристрій керування). Сукупність цих систем і є системою керування.
Об’єктом керування може бути система будь-якої природи: соціальна (трудовий колектив підприємства, кадри служби головного енергетика), технічна (складна технологічна установка, окремий механізм), біологічна (живий організм або його частина). Незважаючи на їх різноманітний характер, існують загальні принципи керування цими об’єктами. Ця обставина дозволила Р. Вінеру в 1947 році визначити кібернетику як науку про керування. Предметом цієї науки стала загальна теорія керування не пов’язана безпосередньо ні з однією прикладною галуззю, але в той же час вона може бути застосована до будь-якої з них.
Найбільш поширені види керування це:
– координація – керування, мета якого в узгодженні процесів в різних елементах (підсистемах) об’єкта керування;
– регулювання – керування, мета якого в забезпеченні близькості поточних значень однієї або декількох координат об’єкта керування до їх заданих значень;
– стабілізація – керування, мета якого в забезпеченні постійності зна-чень керованих координат на заданому проміжку часу;
– екстремальне керування – керування, мета якого полягає в досяг-ненні та утриманні екстремуму заданого показника якості функціонування об’єкта керування;
– оптимальне керування – керування, мета якого в забезпеченні екст-ремального значення показника якості керування (кількісної оцінки якості керування), який описує поведінку об’єкта керування в часі.
Оптимальне керування може здійснюватись лише в умовах, коли можливий альтернативний вибір рішень. Для динамічних об’єктів, де потрібно забезпечити певний хід траєкторії процесу, показник якості керування є функціоналом виду:
де X – n-вимірний вектор керування;
Z – m-вимірний вектор параметрів стану системи;
t – час;
F – скалярна функція;
t1 – початковий момент часу;
t2 – кінцевий (для задач керування електричним режимом – не фіксований) момент часу.
Показник якості повинен мати фізичний зміст, який для кожної конк-ретної задачі може бути різний.
Виконання керування можливе при наявності відомостей, які подаються системою рівнянь стану. Виходячи з того, що енергетичні об’єкти мають динамічний характер, стан об’єкта керування описується системою диференціальних рівнянь виду:
де xi – компонента вектора X.
У реальних задачах на компоненти векторів керування X та стану Z накладаються обмеження. Тому керування повинно виконуватись в межах допустимих значень X та Z.
У загальному випадку задача оптимального керування формулюється таким чином. Дано:
– рівняння стану об’єкта керування;
– система обмежень, що встановлена на зміні стану та керування.
Потрібно знайти такі залежності X(t), при яких показник якості керу-вання досягає максимального або мінімального значення.
Геометрична інтерпретація задачі оптимального керування наведена на рис. 1.2. Її суть полягає в тому, щоб з усіх можливих законів керування Хі(t) обрати такий, який забезпечує мінімум (або максимум) для інтеграла (1.1). Як відомо, виразом (1.1) описується площа під графіком F[ X(t), Z(t),t] в межах часу t1÷t2.
Розв’язки задачі оптимального керування можуть бути знайдені такими математичними методами:
– варіаційним численням;
– принципом максимуму Понтрягіна;
– динамічним програмуванням;
– дослідженням операцій.
Можливість використання останнього математичного методу стає зрозумілою, якщо згадати, що визначений інтеграл (1.1) наближено можна показати так:
Екстремальне значення для показника якості керування (1.1) можна досягнути шляхом оптимізації кожної складової, вирішивши задачу дослідження операцій. При такому підході вирішення задачі оптимального керування в цілому зводиться до вирішення безмежновимірної задачі дослідження операцій в безмежновимірному просторі.
Перевагою такого підходу є те, що з’являється можливість викорис-тання різних математичних моделей залежно від стану об’єкта керуван-ня в момент прийняття керівного рішення – ti.
Якщо технічна система потребує керування за багатьма критеріями, то таку оптимізаційну задачу слід віднести до багатокритеріальних.
Системи керування можуть будуватися за принципами:
– централізованої керувальної системи (система з однією підсистемою, що виконує функцію прийняття рішень);
– децентралізованої керувальної системи (системи з декількома неза-лежними системами, що виконують функцію прийняття рішень);
– ієрархічної керувальної системи (підсистема прийняття рішень цієї системи розподілена за декількома підпорядкованими рівнями, кожний з яких виконує частину функцій прийняття рішень).
Вибір тієї чи іншої системи керування виконується на етапі проекту-вання АСУ.
За технічною реалізацією керування може виконуватись як автомати-зоване, так і автоматичне.
В системах автоматичного керування – керування виконується ви-ключно технічними засобами без безпосередньої участі людини. Роль людини зводиться до того, щоб спроектувати систему керування, змонтувати та налагодити її, виконувати регламентні та ремонтні роботи.
Автоматизовані системи керування – людино-машинні системи, в яких людина бере безпосередню участь в процесі керування. Функції керування певним чином розподіляються між людиною та ЕОМ.
ГОСТ 34.003-90 дає таке означення автоматизованих систем. Автоматизована система – це система, що складається з персоналу та комплексу засобів автоматизації його діяльності, яка реалізує інформаційну технологію виконання установлених функцій. В наведеному визначенні під інформаційною технологією розуміється – прийоми, способи та методи використання обчислювальної техніки при виконанні функцій збору, зберігання, обробки, передачі та використання інформації.
Залежно від функцій, що автоматизуються, виділяють автоматизовані системи управління (АСУ), автоматизовані системи навчання (АСН), системи автоматизованого проектування (САПР), автоматизовані системи планування (АСП) і т. д. Звичайно, всі вони на промисловому підприємстві інтегруються в єдину систему за прикладною ознакою (за ознакою їх належності до енергетичного господарства підприємства).
Всі задачі експлуатації системи електропостачання, до розв’язку яких залучається обчислювальна техніка, мають за свою кінцеву мету цілеспрямовано вплинути на технологічний процес електропостачання (підвищити його надійність, покращити економічні характеристики, забезпечити кваліфіковану експлуатацію і т. д.). Скажімо, задача скла-дання графіка ППР, автоматизує роботу з планування профілактичних ремонтів, що забезпечує координацію при їх виконанні та саме виконання. В результаті такого заходу підвищується надійність роботи окремих елементів системи електропостачання. Відповідно до наведеного визначення дії, які мають своєю кінцевою метою цілеспрямований вплив, оцінюються як керування. На основі цього, всі автоматизовані системи енергетичного спрямування інтегруються в єдину систему автоматизованого управління енергетичним гос-подарством підприємства (АСУЕ).
Суттєвою перевагою АСУ є їх здатність здійснювати керування за складними алгоритмами, які передбачають проведення великої кількості розрахунків, що дозволяє забезпечити оптимальне керування та прийняття керуючих рішень із врахуванням всіх технічних обмежень.
Задачі керування, характерні для промислової електроенергетики, часові розрізи, в рамках яких вони реалізуються, та області використання систем АСУ та САУ наведені на рис. 1.3.
На рис. 1.3 виділені:
1 – задачі, які реалізують системи релейного захисту;
2 – задачі регулювання напруги;
3 – економічні задачі оперативно-диспетчерського керування;
4 – задачі планування режимів роботи;
5 – задачі планування ремонтів та технічного обслуговування;
6 – задачі прогнозу та планування розвитку мережі.
Як видно, в рамках АСУ реалізуються задачі, які потребують відносно значних інтервалів часу. Це логічно зумовлено перш за все тим, що в процесі керування бере участь людина.
