Автоматизация. Начало. Что и почему

Что такое автоматическое управление и система автоматического управления
Это изменение параметров объекта управления в ответ на изменение его состояния, причем, в идеале, без участия человека. А с участием человека получаем, как вариант, дистанционное управление. Сложно? Сейчас поясню примером. Возьмем, в качестве объекта управления, совершенно утилитарный предмет - электрический утюг. Изменением состояния утюга будем считать изменение его температуры. А изменяемым параметром утюга будем считать включен/выключен. Система управления должна поддерживать температуру утюга. Отслеживая "состояние" мы реагируем изменяя "параметр", то есть, отслеживая температуру мы включаем утюг при его остывании и выключаем при перегреве. А включение/выключение, в свою очередь, приводит к изменению "состояния", то есть, температуры. Получаем замкнутую петлю управления. Теперь немного понятнее, не так ли?
Система автоматического управления должна:
1. Иметь представление о том, как функционирует объект управления и как им управлять.
2. Получать доступную информацию и состоянии объекта управления.
3. Изменять доступные параметры объекта управления (управляемые параметры).
Представление о функционирование объекта управления и способах управления обычно называется моделью, точнее, математической моделью. Модель, хоть и называется математической, не обязательно состоит из формул. По крайней мере, внешне. Часто это набор простых правил которые составляют алгоритм управления.
Конечно, внутри модель состоит именно из формул, так как физические, химические, механические, и прочие процессы описываются именно математическими формулами. Но непрофессионалы, обычно, имеют дело уже с моделью изложенной языком алгоритмов. Хотя знания математики, физики, химии, причем глубокого, избежать получается далеко не всегда.
Модель, или алгоритм, могут отрабатываться:
- Микроконтроллером, или даже большой ЭВМ.
- Электронной схемой на дискретной логике.
- Аналоговой электронной схемой.
- Электромеханическим, или чисто механическим, устройством.
- Человеком.
Обычно, это называют устройством управления, или УУ. Да, человек может быть устройством управления! Вам стало темно читать, нужно встать и включить свет - алгоритм управления выполнен человеком.
Информацию о состоянии объекта управления устройство управления получает от датчиков. Зачастую датчики к устройству управления подключаются не напрямую, а через устройства связи с объектом, по другому называемому УСО. УСО не всегда видно явно, даже если оно присутствует. Например, УСО можно считать микросхему расширения портов ввода-вывода которая подключена к микроконтроллеру через I2C. Сами датчики бывают очень разные, и об этом я поговорю чуть позже.
Само управление объектом осуществляется исполнительными устройствами. Например, насос может подавать воду в бак. Система управления изменяет параметры объекта включая, выключая исполнительные устройства. Или плавно регулируя напряжение/ток для исполнительных устройств. Точно так же, как и датчики, управление исполнительными устройствами часто осуществляется через УСО.

Система автоматизированного управления. Иллюстрация моя.
Вот так можно условно изобразить систему автоматического управления в общем виде. Не все компоненты присутствуют в каждой системе. Некоторые компоненты могут, на первый взгляд, объединяться в один узел.

Биметаллический регулятор температуры утюга. Изображение с сайта electrodim.ru

Например, возьмем все тот же утюг. Объект управления это сам утюг, точнее, его подошва которой гладят. Биметаллическая пластина с контактом, на первый взгляд, выглядит как три в одном - датчик, устройство управления, и исполнительное устройство. Однако посмотрим внимательнее. Биметаллическая пластина действительно является датчиком, она изгибается при нагреве (чем выше температура, тем больше изгиб). Однако устройством управления является регулятор температуры, который задает расстояние между подвижным контактом и неподвижным контактом. Это тот самый диск с условными символами температуры, который мы крутим (на самом деле там не такой простой механизм). Чем выше должна быть температура, тем больше должно быть расстояние между контактами. А исполнительными механизмом является нагревательный элемент. Взаимодействие с ним идет через устройство сопряжения с объектов состоящее из двух контактов. Подвижного и неподвижного.

Теперь рассмотрим каждый компонент системы управления более подробно. Начнем с датчиков.