Реалии жизни порой заставляют человека прибегать к выполнению однотипных монотонных задач. Такая организация труда является трудоемкой, малоэффективной, очень сильно утомляет персонал.

На данный момент человечество достигло того уровня развития, на котором человека можно избавить от скучной работы. Более 200 лет назад Ползунов и Уатт сделали первые шаги в продвижении «идеи в массы». На сегодняшний день львиная доля устройств имеет в себе автоматические регуляторы.

Так зачем же вообще нужны эти регуляторы? Как они работают? Какие принципы заложены в них? Человеку, далекому от тематики нашего сайта, а тем более, далекому от промышленной инженерии, очень трудно пояснить на основе специальных терминов, что такое регулирование. Давайте же абстрагируемся от скучной терминологии и на простом примере рассмотрим простейший принцип регулирования – по отклонению.

Человек, стоящий в метро. Наверняка, многие бывали в метро хотя бы несколько раз в своей жизни. Некоторые люди каждый день проходят через это дважды и более. Так как метро в часы пик переполнено – приходится стоять, часто бывает и ухватиться-то не за что (экстремальный случай, когда вас зажало зашедшей толпой — не рассматриваем). Так вот, стоите вы и пытаетесь удержать равновесие. В этот момент включается ваша «система регулирования положения относительно пола вагона». Задача системы – удержать вас в положении перпендикулярно полу. Представьте, если бы система отсутствовала или её функции выполнял бы другой человек, который должен был бы стоять на чеку и постоянно ловить вас, когда вы падаете!

Природа выбрала соответствующее техническое решение для контроля вашего равновесия: вестибулярный аппарат и зрительную систему. Так называемый, чувствительный элемент (датчик-преобразователь первичного сигнала) – сетчатка и завитки во внутреннем ухе. Сигналы от этих органов поступают в головной мозг, который, по сути, является регулятором. Он формирует выходной сигнал на так называемые исполнительные механизмы – мышцы вашего тела, которые сокращаясь, способны переводить тело в разные положения. Эта система тщательно настраивается в детстве, причем экспериментальным путем, путем проб и ошибок (сколько раз вы падали, опять подымались), совершенствуется путем соответствующих тренировок.

Итак, вас качает в метро, а вы начинаете бороться с так называемыми отклонениями. У вас есть постоянное задание – держать свое тело под 90 градусов к плоскости пола. Ваше положение начинает отклоняться от заданного, сигнал разбаланса растет. Данная система работает по принципу обратной связи: если вы чувствуете, что начинаете падать – вы наклоняетесь в противоположную сторону, и чем сильнее рывок, тем сильнее вы пытаетесь вернуть свое тело в нормальное положение. И тут возможны варианты:
• Если у вас хороший запас устойчивости (вполне инженерный термин) — вы с легкостью вернетесь в заданное положение;
• Если вы неуверенно себя чувствуете в таких ситуациях – вас может несколько раз качнуть из стороны в сторону, пока вы установитесь вертикально – это называется колебательным процессом.
• Вечные, незатухающие колебания вам, скорее всего не грозят, чего не скажешь о промышленных системах.
• В конце концов – вы можете просто упасть, то есть проявить себя, как неустойчивая система.
• Если вас испугает толчок – ваше поведение напомнит дифференциальную составляющую алгоритма управления – вы резко попытаетесь вернутся в исходное положение.
• От природы вы являетесь «устойчивым в малом» объектом – поэтому вы уверенно стоите на ногах и не падаете просто так, но если вас сильно толкнуть – вы потеряете равновесие и упадете.
• Если вагон монотонно и одинаково качается из стороны в сторону – вы привыкаете и начинаете качаться с ним в один такт. Если в этот момент произойдет нестандартный толчок – вы, скорее всего, потеряете равновесие. В данном случае ваша система регулирования из системы из обратной связью превратилась в разомкнутую – она перестала отслеживать отклонения, а просто повторяла действия из памяти.
• Закройте глаза – вы почувствуете, что стало намного сложнее отслеживать колебания. В данном случае вы лишились менее инерционного датчика, за счет лишь внутреннего уха держать равновесие крайне тяжело. Теперь вы сами можете оценить, какие датчики использовать лучше.
• Человек, который каждый день ездит в метро, чувствует себя увереннее того, который в метро впервые. Все дело в том, какое положение ног и туловища он выбирает(из теории автоматического управления – аналог полюсов объекта), и в какой степени резко и быстро он реагирует на колебания вагона(собственно, это и есть настройки регулятора).
• Чем больше мы устаем, тем труднее нам держаться на ногах. Мы с запаздыванием реагируем на толчки, потому что глаза устали (датчик стал инерционным и может даже врать нам), мозг загружен (центральный процессор не способен вовремя реагировать на отклонения), мышцы устали (исполнительные механизмы потеряли свои характеристики). Все это влияет на качество регулирования нашего положения.

На самом деле, рассматриваемая система управления сложнее всех известных человеку промышленных. За логику этого алгоритма отвечают миллиарды нейронов нервной системы, система использует сложнейший датчик (глаз), десятки мышц; мы способны оптимизировать наши действия, адаптировать под ситуацию, использовать нестандартную (нечеткую) логику и все это мы делаем по сложнейшим и малоизученным алгоритмам. При этом мы даже не задумываемся об этом – просто в нашем теле срабатывает рефлекс.

Можно ещё наводить большое количество примеров и параллелей между инженерией и ежедневной жизнью, и это все говорит о том, что наука — это всего лишь глубокое понимание самого себя.
Надеюсь, данный материал помог вам сделать первый шаг на пути к пониманию автоматического управления, как явления.

Tags

 
Поделиться в Ok Ok Ok Ok Share for Odnoklassniki Ok Ok

Один комментарий

  1. Сергей:

    прикольно, доходчиво! спасибо)

Оставить комментарий

 




 

Вы же не робот? *