Большая Советская Энциклопедия (УП)
Шрифт:
Рис. 2. к ст. Управляемый термоядерный синтез.
Рис. 1. к ст. Управляемый термоядерный синтез.
Управляющая машина
Управля'ющая маши'на , управляющая вычислительная машина (УВМ), вычислительная машина, включенная в контур управления техническими объектами (процессами, машинами, системами). УВМ принимают и обрабатывают информацию, поступающую в процессе управления, и выдают управляющую информацию либо в виде текста, таблицы, графика, отпечатанных на бумаге или отображаемых на экране дисплея, либо в виде сигналов (воздействий), подаваемых на исполнительные органы объекта управления (см. рис. ). Главная цель применения УВМ – обеспечение оптимальной работы объекта управления. Управление с помощью УВМ строится на основе математического описания поведения объектов (см. Алгоритмизация
Различают УВМ универсальные (общего назначения) и специализированные. К специализированным относятся УВМ, ориентированные на решение задач в системах, управляющих заранее определённым небольшим набором объектов (процессов). К универсальным относят УВМ, которые по своим техническим параметрам и возможностям могут быть использованы практически в любой системе управления. По способу представления информации УВМ делят на цифровые (см. Цифровая вычислительная машина ), аналоговые (см. Аналоговая вычислительная машина ) и гибридные – цифро-аналоговые. Цифровые УВМ превосходят аналоговые по точности управления, но уступают им в быстродействии. В гибридных УВМ цифровые и аналоговые вычислительные устройства работают совместно, что позволяет в максимально степени использовать их достоинства.
УВМ является центральным звеном в системах автоматического управления (САУ). Она осуществляет обработку информации о текущих значениях физических величин, характеризующих объект, и об их изменении, а также вырабатывает управляющие сигналы, обеспечивающие заданные режимы его работы. В автоматизированных системах управления (АСУ) технологическими процессами УВМ обычно работает в режиме советчика, выдавая оператору сведения о состоянии объекта управления и рекомендации по оптимизации процесса управления, или (реже) в режиме непосредственного управления. По назначению и области использования УВМ подразделяются на промышленные, аэрокосмические, транспортные и др.
Появление УВМ связано с разработкой бортовых вычислительный машин для военной авиации в начале 50-х гг. Так, например, одна из первых бортовых УВМ – «Диджитак» (США, 1952) предназначалась для автоматического управления полётом и посадкой самолёта, для решения задач навигации и бомбометания. В ней использовалось около 260 субминиатюрных электронных ламп и 1300 полупроводниковых диодов. УВМ занимала объём 150 дм3 при массе 150 кг. В середине 50-х гг. были разработаны первые бортовые УВМ на транзисторах, а в начале 60-х гг. – первые бортовые УВМ на интегральных микросхемах, в том числе несколько моделей со сравнительно высокими вычислительными возможностями. Примером такой УВМ может служить «УНИВАК-1824» (США, 1963), состоящая из арифметико-логического устройства, запоминающего устройства, блока ввода-вывода данных и блока питания; объём, занимаемый УВМ, 4,1 дм3, масса 7 кг, потребляемая мощность 53 вт (при этом не требовалась система охлаждения или вентиляции); эта УВМ собрана на 1243 интегральных микросхемах. В начале 60-х гг. УВМ применяли в системах управления непрерывными технологическими процессами (пример – УВМ RW-300, США, включенная в контур управления технологическими процессами производства аммиака). В такой системе управления воздействия, вырабатываемые УВМ, преобразовывались из цифровой формы в аналоговую и в виде электрических сигналов поступали на регуляторы исполнительных механизмов. Непосредственное цифровое управление непрерывным технологическим процессом впервые было применено в 1962 в СССР (в системе управления «Автооператор» на Лисичанском химкомбинате) и в Великобритании (в системе управления «Аргус-221» на содовом заводе в г. Флитвуд). Для управления непрерывными технологическими процессами в СССР в 60-х гг. были разработаны вычислительные машины «Днепр», «Днепр-2», ВНИИЭМ-1, ВНИИЭМ-3, УМ-1-НХ и др.
В середине 60-х гг. появилась тенденция к переходу от выпуска единичных моделей УВМ к выпуску управляющих вычислительных комплексов (УВК), которые строятся по агрегатному принципу. УВК представляет собой набор вычислительных средств, средств связи с объектом и оператором, внутренней и внешней связи. Пример УВК – комплекс М-6000, входящий в агрегатированную систему средств вычислительной техники (АСВТ), разработанную в СССР (серийный выпуск с 1969). Конструктивно ЛСВТ представляет собой набор модулей, из которых компонуют различные по структуре и назначению УВК. В основном это комплексы для сбора и первичной обработки информации при управлении различными технологич. процессами, научными экспериментами и т.п. УВК М-6000 состоит из универсального цифрового процессора, устройств ввода-вывода данных, агрегатных модулей сбора и выдачи аналоговой и дискретной информации, агрегатных модулей для организации внутренней связи и связи с др. комплексами. На базе АСВТ создаются многоуровневые АСУ промышленным предприятием. На нижнем уровне такой системы используются относительно простые УВМ (например, микропрограммный автомат М-6010 и машина централизованного контроля М-40), выполняющие функции непосредственного управления технологическим процессом. На среднем уровне при помощи УВК (например, УВК М-6000 и М-400) решаются более сложные задачи управления, связанные с оптимизацией группы технологических процессов. Эти УВК, в свою очередь, имеют связь с центральным звеном системы, которое решает задачи управления работой всей системы в целом, в том числе задачи учёта и планирования производства. На этом уровне обычно используются большие УВК (например, М-4030 и М-7000).
Одно из направлений развития УВМ – их агрегатирование на основе функциональных модулей, отвечающих требованиям единства входных и выходных параметров,
Большое внимание при создании современных УВМ уделяется повышению надёжности их функционирования при одновременном снижении стоимости, массы и габаритов, а также повышению надёжности средств получения информации, её преобразования и выдачи.
Лит.: Каган Б. М., Каневский М. М., Цифровые вычислительные машины и системы, 2 изд., М., 1973.
Г. Р. Воскобойников, И. А. Данильченко, М. И. Никитин.
Структурная схема системы управления непрерывным процессом с помощью управляющей вычислительной машины.
Управляющее воздействие
Управля'ющее возде'йствие, сигнал , поступающий на объект управления (регулирования) от задающего устройства или регулятора и влияющий на управляемую (регулируемую) величину объекта. В системах автоматического управления (САУ) У. в. изменяется таким образом, чтобы управляемая величина соответствовала заданию (в следящих системах , в системах стабилизации и программного управления ) или достигала некоторого оптимального либо экстремального значения (в системах оптимального управления , экстремального регулирования , самонастраивающихся системах и др.). В системах регулирования автоматического (САР) У. в. зависит от закона регулирования и определяется свойствами объекта регулирования, характером действующих на САР задающих и возмущающих воздействий и др. По числу У. в. различают одно- и многомерные объекты управления. В многомерных объектах каждое из У. в. может влиять на одну или несколько управляемых величин, что затрудняет управление объектом. Поэтому одна из важных задач, которая решается при создании САУ (САР), – устранение или ослабление влияния У. в. на все управляемые (регулируемые) величины, за исключением одной (см. Автономность ).
Управляющее устройство
Управля'ющее устро'йство ЦВМ, устройство управления, часть вычислительной машины, координирующая работу всех её устройств, предписывая им те или иные действия в соответствии с заданной программой. У. у. вырабатывает управляющие сигналы, обеспечивающие требуемую последовательность выполнения операций, контролирует работу машины в различных режимах, обеспечивает взаимодействие человека-оператора с ЦВМ. Структура У. у. определяется типом ЦВМ и применяемым способом управления вычислительным процессом. При синхронном управлении ЦВМ на выполнение любой из операций отводится заранее определённое время; в таких ЦВМ, как правило, используется одно У. у., называется центральным, которое синхронизирует работу машины в целом. При асинхронном способе управления начало выполнения очередной операции определяется завершением предыдущей операции. В асинхронных ЦВМ каждое устройство машины (арифметическое, запоминающее и др.) часто имеет своё местное У. у. В этом случае центральное У. у. вырабатывает только основные сигналы управления, задающие режим работы для местных У. у., которые в соответствии с этими сигналами организуют функционирование своих устройств.
Различают У. у. с жестко заданной и с произвольной программами управления. В первом случае все возможные сочетания управляющих сигналов и временные соотношения между ними неизменны и определяются структурой и конструкцией ЦВМ. Изменение порядка вычислений требует схемных преобразований в У. у. Поэтому жестко заданная программа используется чаще всего в специализированных вычислительных машинах .
У. у. с произвольной программой универсально и позволяет формировать программу решения задачи непосредственно перед её реализацией. Произвольная программа управления используется в универсальных цифровых машинах . Наиболее эффективны У. у. с мультипрограммным управлением, допускающим одновременное решение нескольких задач и независимую связь ЦВМ со многими потребителями. Мультипрограммирование обеспечивается либо несколькими У. у., каждое из которых обслуживает одну из программ, выполняемых ЦВМ, либо временным разделением выполнения нескольких программ, осуществляемым одним У. у., которое переключается с одной программы на другую в результате последовательного опроса пользователей (абонентов) или вследствие принудительного прерывания со стороны абонента в соответствии с заданным приоритетом. Получили также распространение микропрограммные У. у., в которых каждой машинной операции соответствует набор сигналов, составляющих микрокоманду; микрокоманды хранятся в постоянной памяти ЦВМ (см. Микропрограммное управление ). При этом для всех операций выбираются оптимальные наборы управляющих сигналов и в соответствии с ними строятся рабочие микропрограммы.