Автом́ат (грец. αύτόματος — самодіючий) — пристрій (машина або система), який без безпосередньої участі людини, згідно з закладеною в ньому програмою, виконує процес сприймання, перетворення, використання й передачі енергії, матеріалів чи інформації. Автомати-машини (пристрої) і автомати-системи дуже різноманітні як за принципом дії, так і за своїм призначенням. Прикладами автоматів є: верстат-автомат, ігровий автомат, електронна обчислювальна машина, автоматичні апарати для космічних досліджень тощо.
Автомат | |
|
Класифікація
За принципом дії автомати поділяються на:
- автомати з розімкнутим колом керування, які діють за зовнішніми збуреннями,
- автомати з замкнутим колом керування, або з колом зворотного зв'язку,
- комбіновані автомати, що поєднують в собі принципи розімкнутого і замкнутого керування.
За призначенням автомати поділяються на:
- стабілізуючі,
- програмні,
- слідкуючі,
- кібернетичні.
Історія
Першою системою автоматичного регулювання, про яку збереглися відомості, була система, про яку писав у 1588 році. Вона стабілізувала швидкість обертання жорен млина. Зрозуміло, що чим швидше обертається жорно, тим частіше б'ють ребра шестигранної призми по (жолобу), який подає зерно. Збільшення кількості зерна уповільнює швидкість. Навпаки, коли жорно обертається повільно, призма б'є по жолобу рідше, кількість зерна зменшується. У результаті швидкість обертання жорен залишається майже постійною. Отже, маємо замкнутий цикл передачі діяння: жорно діє на призму, призма — на жолоб, жолоб — на зерно, а зерно — на колесо. Такий замкнутий цикл передачі діяння називають колом зворотного зв'язку. Системи, які використовують це коло, мають дуже стабільні (жорсткі) характеристики.
У 1766 році російський теплотехнік І. І. Ползунов винайшов автоматичний регулятор рівня води в паровому котлі. В цьому регуляторі теж використана система замкнутого зворотного зв'язку (зміна рівня води впливав на поплавок, поплавок — на важіль, важіль — на клапан, який відкриває доступ воді в котел, а клапан — на рівень води). Тут ми знову зустрічаємося з системою замкнутого зворотного зв'язку. Пізніше у 1784 році англійський інженер Джеймс Ватт винайшов автоматичний регулятор швидкості обертання парового двигуна. Без такого регулятора парова машина не могла б працювати. Незначна зміна навантаження призводила б або до повного зупинення її, або до дуже великої швидкості обертання. Щоб запобігти цьому, з валом машини з'єднали відцентровий маятник. Коли збільшується швидкість, кулі маятника розходяться, внаслідок чого муфта переміщається вгору і з допомогою важеля діє на виконавчий елемент, який зменшує кількість пари, то подається до парової машини. Коли швидкість зменшується, зворотний зв'язок діє в протилежному напрямі. Отже, швидкість обертання машини стабілізується. Всі системи стабілізації в наведених прикладах діють за принципом замкнутого зворотного зв'язку, або, як ще кажуть, діють за відхиленням регульованої величини (швидкість, рівень води тощо). Але не менш важливим є принцип регулювання за збуренням, під яким розуміють причини, що викликають зміни регульованої величини. Регулювання за збуренням при певних умовах є регулюванням за розімкнутим циклом.
Автоматичний диференціальний регулятор відстані між електродами дугової лампи, виготовленого у 1869 році. Відстань між електродами, яка повинна бути стабільною, зовсім не вимірюється. На електромагніти, які зближують або розводять електроди, діють струм і напруга луги. Регулятор В. М. Чиколєва діє за принципом збурення, а не за принципом відхилення регульованої величини. У СРСР було розроблено спеціальну теорію комбінованих автоматичних систем, яка поводить значні переваги їх над іншими автоматичними системами щодо точності й швидкості. При певних умовах (так звані умови інваріантності) комбіновані автомати діють з надзвичайно великою точністю. має дуже велике практичне значення. Ідея повної інваріантності належить професору (1938). Але тільки в 1948 році академік довів можливість побудови фізичних систем (мостових схем) за умовами інваріантності. В 1951 році було розроблено практичні системи автоматичного регулювання із спрямованою передачею діяння, що задовольняють умови інваріантності. Так було доведено практичну цінність теорії інваріантності, яка до того часу різко заперечувалась (як пізніше і кібернетика). Помилковим в теорії професора Г. В. Щипанова було те, що він припускав можливість повного усунення похибки в системах, які діють за принципом відхилення, хоч це можливо лише в комбінованих системах і в системах, шо діють за збуренням.
Стабілізуючі автомати
Стабілізуючі автомати, або автомати-регулятори, підтримують певну фізичну величину на постійному рівні. автомат-регулятор разом з машиною, до якої він належить, становить так звану систему автоматичного регулювання. Наприклад, система регулювання курсу корабля, який рухається по заданій простій лінії, називають системою стабілізації курсу.
Слідкуючі автомати та системи
Слідкуючі автомати, або слідкуючі системи, змінюють деякі фізичні величини за певним законом залежно від певних зовнішніх факторів, зміну яких не можна передбачити. Наприклад, до слідкуючих систем відносять систему регулювання курсу корабля, яка примушує його рухатись по кривій, що відтворює обриси берега. В даному разі не кожна заздалегідь передбачити всі вигини берега, щоб задати системі певний напрям руху корабля на певній відстані від берега. Слідкуюча система може примусити корабель рухатись точно за траверсою предмета, що довільно переміщається по березі, по воді або в повітрі.
Слідкуючі системи, як і системи стабілізації, діють або за принципом замкнутого зворотного зв'язку, або за принципом розімкнутого циклу, тобто діють за збуренням, яким є кут повороту командного вала.
Програмні автомати
Програмні автомати, або системи програмного регулювання, змінюють деякі фізичні величини за певним законом залежно від часу або шляху, який проходить система. Наприклад, програмною системою в системі регулювання курсу корабля за годинниковим механізмом, який змінює заданий курс в певні моменти часу. В даному разі програма задана в часі. До програмних систем належить також система, яка регулює рух корабля за заданою, точно відомою кривою (програма задана в шляху). Програмна система регулювання відрізняється від слідкуючої системи тільки тим, що командний вал приводиться в дію годинниковим механізмом. Дуже схожі на системи з постійною програмою машини та системи з постійним алгоритмом дії. Прикладом машини-автомата, яка діє за певним постійним алгоритмом, є автоматична потокова лінія. Верстати-автомати також є машинами з заданим алгоритмом дії. Вони самостійно здійснюють всі робочі і холості допоміжні рухи, необхідні для виконання даного технологічного процесу. За певним постійним алгоритмом працюють різноманітні верстати-автомати: металорізні, деревообробні, ливарні, ковальські, зварювальні, текстильні, харчові, взуттєві, скляні, пляшкові, папероробні, сірникові тощо.
Сучасасний автомат — гідрофікована і електрифікована машина. Крім механізмів керування, автомат має механізми живлення, затиску, фіксації, контролю та інше. Незважаючи на всю різноманітність існуючих технологічних процесів, здійснюваних різними автоматами, робота механізмів усіх їх зводиться до виконання ряду однорідних елементарних рухів у певній послідовності. Змінюються лише робочі інструменти і деякі пристосування, зв'явані з специфікою даного процесу.
Кібернетичні автомати
Найдосконалішими є кібернетичні автомати. Однією з основних ідей кібернетики є думка про аналогію процесів керування в живих істотах і автоматах. І ті й ті мають властивість пристосовуватись до різних умов середовища. До появи кібернетики автомати працювали за постійним законом слідкування або за постійною програмою дії, шо встановлювались людиною перед пуском автомата в дію. На протилежність цьому кібернетичні системи автоматично змінюють завдання регулювання з метою поліпшення дії всієї системи в цілому. Так з'явились системи-автомати з самозмінюваними характеристиками. Працюючи в умовах дуже змінних навантажень і перешкод, вони самі підбирають уставку, значення параметрів, закони слідкування, нелінійні та ймовірні характеристики, програми й алгоритми дії, визначають час вимикання системи, змінюють її структуру та інші показники відповідно до умов роботи або до змін внутрішнього стану системи.
Екстремальні регулятори відшукують найкращий кут повороту лопаток турбін, підтримують умови мінімальної втрати палива в двигунах внутрішнього згоряння, визначають умови для досягнення максимального вначення ККД парових котлів і т. д. Останнім часом розроблено системи, які аналізують хід виробничого процесу і визначають найвигідніший режим роботи на великих підприємствах нафтопереробної й хімічної промисловості, в енергосистемах, а також визначають заходи для підвищення ефективності виробництва, (автоматичні диспетчери). Є також спроби застосувати кібернетику для планування як окремих виробництв, так і цілих галузей промисловості в масштабі всієї країни.
Скінчені автомати
До складу скінченних автоматів входять елементи (реле, тригери тощо), які мають скінченне число станів. До цієї групи належать захисні автомати. В комп'ютерних науках існує теорія автоматів, основним об'єктом вивчення якої саме скінченні автомати.
Теорія автоматичного регулювання
Успішна розробка різноманітних типів автоматів пов'язана з глибокою теоретичною роботою в цій галузі. Ще Д. Максвелл застосовував диференціальні рівняння для аналізу роботи автоматичних систем. Але основоположником теоретичних основ автоматичного регулювання є І. О. Вишнеградський, професор Петербурзького технологічного інституту. В Україні теорія автоматичного регулювання розроблялась багатьма вченими, серед яких можна назвати першого директора Київського політехнічного інституту В. Л. Кирпичова, професора К. Е. Реріха, професора І. М. Ніколаї та інших. Величезне значення для розвитку теорії автоматичного регулювання мали праці видатного російського вченого, академіка О. М. Ляпунова.
Запровадження автоматів є найважливішим фактором технічного прогресу в усіх галузях економіки, різкого підвищення продуктивності праці і невпинного зростання добробуту.
Див. також
Примітки
- «Автомат» [ 4 березня 2016 у Wayback Machine.] в УРЕ.
- Збірник праць Інституту електротехніки АН УРСР, в. 6, 1951, і в 10, 1953.
Література
- Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
- Максвелл Д. К., Вышнеградский И. А., Стодола А. Теория автоматического регулирования. М., 1949. (рос.)
- Автоматы. Перевод с английского. под ред. А. А. Ляпунова. М., 1956. (рос.)
- Автоматизация производственных процессов. М., 1956. (рос.)
- Лилли С. Автоматизация и социальний прогресс. Перевод с английского. М., 1958. (рос.)
- Владзиевский А. П. Автоматические линии, кн. 1—2. М., 1958. (рос.)
Посилання
Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Автомат (техніка) |
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Avtom at grec aytomatos samodiyuchij pristrij mashina abo sistema yakij bez bezposerednoyi uchasti lyudini zgidno z zakladenoyu v nomu programoyu vikonuye proces sprijmannya peretvorennya vikoristannya j peredachi energiyi materialiv chi informaciyi Avtomati mashini pristroyi i avtomati sistemi duzhe riznomanitni yak za principom diyi tak i za svoyim priznachennyam Prikladami avtomativ ye verstat avtomat igrovij avtomat elektronna obchislyuvalna mashina avtomatichni aparati dlya kosmichnih doslidzhen tosho Avtomat Avtomat u VikishovishiKlasifikaciyaZa principom diyi avtomati podilyayutsya na avtomati z rozimknutim kolom keruvannya yaki diyut za zovnishnimi zburennyami avtomati z zamknutim kolom keruvannya abo z kolom zvorotnogo zv yazku kombinovani avtomati sho poyednuyut v sobi principi rozimknutogo i zamknutogo keruvannya Za priznachennyam avtomati podilyayutsya na stabilizuyuchi programni slidkuyuchi kibernetichni IstoriyaPershoyu sistemoyu avtomatichnogo regulyuvannya pro yaku zbereglisya vidomosti bula sistema pro yaku pisav u 1588 roci Vona stabilizuvala shvidkist obertannya zhoren mlina Zrozumilo sho chim shvidshe obertayetsya zhorno tim chastishe b yut rebra shestigrannoyi prizmi po zholobu yakij podaye zerno Zbilshennya kilkosti zerna upovilnyuye shvidkist Navpaki koli zhorno obertayetsya povilno prizma b ye po zholobu ridshe kilkist zerna zmenshuyetsya U rezultati shvidkist obertannya zhoren zalishayetsya majzhe postijnoyu Otzhe mayemo zamknutij cikl peredachi diyannya zhorno diye na prizmu prizma na zholob zholob na zerno a zerno na koleso Takij zamknutij cikl peredachi diyannya nazivayut kolom zvorotnogo zv yazku Sistemi yaki vikoristovuyut ce kolo mayut duzhe stabilni zhorstki harakteristiki U 1766 roci rosijskij teplotehnik I I Polzunov vinajshov avtomatichnij regulyator rivnya vodi v parovomu kotli V comu regulyatori tezh vikoristana sistema zamknutogo zvorotnogo zv yazku zmina rivnya vodi vplivav na poplavok poplavok na vazhil vazhil na klapan yakij vidkrivaye dostup vodi v kotel a klapan na riven vodi Tut mi znovu zustrichayemosya z sistemoyu zamknutogo zvorotnogo zv yazku Piznishe u 1784 roci anglijskij inzhener Dzhejms Vatt vinajshov avtomatichnij regulyator shvidkosti obertannya parovogo dviguna Bez takogo regulyatora parova mashina ne mogla b pracyuvati Neznachna zmina navantazhennya prizvodila b abo do povnogo zupinennya yiyi abo do duzhe velikoyi shvidkosti obertannya Shob zapobigti comu z valom mashini z yednali vidcentrovij mayatnik Koli zbilshuyetsya shvidkist kuli mayatnika rozhodyatsya vnaslidok chogo mufta peremishayetsya vgoru i z dopomogoyu vazhelya diye na vikonavchij element yakij zmenshuye kilkist pari to podayetsya do parovoyi mashini Koli shvidkist zmenshuyetsya zvorotnij zv yazok diye v protilezhnomu napryami Otzhe shvidkist obertannya mashini stabilizuyetsya Vsi sistemi stabilizaciyi v navedenih prikladah diyut za principom zamknutogo zvorotnogo zv yazku abo yak she kazhut diyut za vidhilennyam regulovanoyi velichini shvidkist riven vodi tosho Ale ne mensh vazhlivim ye princip regulyuvannya za zburennyam pid yakim rozumiyut prichini sho viklikayut zmini regulovanoyi velichini Regulyuvannya za zburennyam pri pevnih umovah ye regulyuvannyam za rozimknutim ciklom Avtomatichnij diferencialnij regulyator vidstani mizh elektrodami dugovoyi lampi vigotovlenogo u 1869 roci Vidstan mizh elektrodami yaka povinna buti stabilnoyu zovsim ne vimiryuyetsya Na elektromagniti yaki zblizhuyut abo rozvodyat elektrodi diyut strum i napruga lugi Regulyator V M Chikolyeva diye za principom zburennya a ne za principom vidhilennya regulovanoyi velichini U SRSR bulo rozrobleno specialnu teoriyu kombinovanih avtomatichnih sistem yaka povodit znachni perevagi yih nad inshimi avtomatichnimi sistemami shodo tochnosti j shvidkosti Pri pevnih umovah tak zvani umovi invariantnosti kombinovani avtomati diyut z nadzvichajno velikoyu tochnistyu maye duzhe velike praktichne znachennya Ideya povnoyi invariantnosti nalezhit profesoru 1938 Ale tilki v 1948 roci akademik doviv mozhlivist pobudovi fizichnih sistem mostovih shem za umovami invariantnosti V 1951 roci bulo rozrobleno praktichni sistemi avtomatichnogo regulyuvannya iz spryamovanoyu peredacheyu diyannya sho zadovolnyayut umovi invariantnosti Tak bulo dovedeno praktichnu cinnist teoriyi invariantnosti yaka do togo chasu rizko zaperechuvalas yak piznishe i kibernetika Pomilkovim v teoriyi profesora G V Shipanova bulo te sho vin pripuskav mozhlivist povnogo usunennya pohibki v sistemah yaki diyut za principom vidhilennya hoch ce mozhlivo lishe v kombinovanih sistemah i v sistemah sho diyut za zburennyam Stabilizuyuchi avtomatiStabilizuyuchi avtomati abo avtomati regulyatori pidtrimuyut pevnu fizichnu velichinu na postijnomu rivni avtomat regulyator razom z mashinoyu do yakoyi vin nalezhit stanovit tak zvanu sistemu avtomatichnogo regulyuvannya Napriklad sistema regulyuvannya kursu korablya yakij ruhayetsya po zadanij prostij liniyi nazivayut sistemoyu stabilizaciyi kursu Slidkuyuchi avtomati ta sistemiSlidkuyuchi avtomati abo slidkuyuchi sistemi zminyuyut deyaki fizichni velichini za pevnim zakonom zalezhno vid pevnih zovnishnih faktoriv zminu yakih ne mozhna peredbachiti Napriklad do slidkuyuchih sistem vidnosyat sistemu regulyuvannya kursu korablya yaka primushuye jogo ruhatis po krivij sho vidtvoryuye obrisi berega V danomu razi ne kozhna zazdalegid peredbachiti vsi vigini berega shob zadati sistemi pevnij napryam ruhu korablya na pevnij vidstani vid berega Slidkuyucha sistema mozhe primusiti korabel ruhatis tochno za traversoyu predmeta sho dovilno peremishayetsya po berezi po vodi abo v povitri Slidkuyuchi sistemi yak i sistemi stabilizaciyi diyut abo za principom zamknutogo zvorotnogo zv yazku abo za principom rozimknutogo ciklu tobto diyut za zburennyam yakim ye kut povorotu komandnogo vala Programni avtomatiProgramni avtomati abo sistemi programnogo regulyuvannya zminyuyut deyaki fizichni velichini za pevnim zakonom zalezhno vid chasu abo shlyahu yakij prohodit sistema Napriklad programnoyu sistemoyu v sistemi regulyuvannya kursu korablya za godinnikovim mehanizmom yakij zminyuye zadanij kurs v pevni momenti chasu V danomu razi programa zadana v chasi Do programnih sistem nalezhit takozh sistema yaka regulyuye ruh korablya za zadanoyu tochno vidomoyu krivoyu programa zadana v shlyahu Programna sistema regulyuvannya vidriznyayetsya vid slidkuyuchoyi sistemi tilki tim sho komandnij val privoditsya v diyu godinnikovim mehanizmom Duzhe shozhi na sistemi z postijnoyu programoyu mashini ta sistemi z postijnim algoritmom diyi Prikladom mashini avtomata yaka diye za pevnim postijnim algoritmom ye avtomatichna potokova liniya Verstati avtomati takozh ye mashinami z zadanim algoritmom diyi Voni samostijno zdijsnyuyut vsi robochi i holosti dopomizhni ruhi neobhidni dlya vikonannya danogo tehnologichnogo procesu Za pevnim postijnim algoritmom pracyuyut riznomanitni verstati avtomati metalorizni derevoobrobni livarni kovalski zvaryuvalni tekstilni harchovi vzuttyevi sklyani plyashkovi paperorobni sirnikovi tosho Suchasasnij avtomat gidrofikovana i elektrifikovana mashina Krim mehanizmiv keruvannya avtomat maye mehanizmi zhivlennya zatisku fiksaciyi kontrolyu ta inshe Nezvazhayuchi na vsyu riznomanitnist isnuyuchih tehnologichnih procesiv zdijsnyuvanih riznimi avtomatami robota mehanizmiv usih yih zvoditsya do vikonannya ryadu odnoridnih elementarnih ruhiv u pevnij poslidovnosti Zminyuyutsya lishe robochi instrumenti i deyaki pristosuvannya zv yavani z specifikoyu danogo procesu Kibernetichni avtomatiNajdoskonalishimi ye kibernetichni avtomati Odniyeyu z osnovnih idej kibernetiki ye dumka pro analogiyu procesiv keruvannya v zhivih istotah i avtomatah I ti j ti mayut vlastivist pristosovuvatis do riznih umov seredovisha Do poyavi kibernetiki avtomati pracyuvali za postijnim zakonom slidkuvannya abo za postijnoyu programoyu diyi sho vstanovlyuvalis lyudinoyu pered puskom avtomata v diyu Na protilezhnist comu kibernetichni sistemi avtomatichno zminyuyut zavdannya regulyuvannya z metoyu polipshennya diyi vsiyeyi sistemi v cilomu Tak z yavilis sistemi avtomati z samozminyuvanimi harakteristikami Pracyuyuchi v umovah duzhe zminnih navantazhen i pereshkod voni sami pidbirayut ustavku znachennya parametriv zakoni slidkuvannya nelinijni ta jmovirni harakteristiki programi j algoritmi diyi viznachayut chas vimikannya sistemi zminyuyut yiyi strukturu ta inshi pokazniki vidpovidno do umov roboti abo do zmin vnutrishnogo stanu sistemi Ekstremalni regulyatori vidshukuyut najkrashij kut povorotu lopatok turbin pidtrimuyut umovi minimalnoyi vtrati paliva v dvigunah vnutrishnogo zgoryannya viznachayut umovi dlya dosyagnennya maksimalnogo vnachennya KKD parovih kotliv i t d Ostannim chasom rozrobleno sistemi yaki analizuyut hid virobnichogo procesu i viznachayut najvigidnishij rezhim roboti na velikih pidpriyemstvah naftopererobnoyi j himichnoyi promislovosti v energosistemah a takozh viznachayut zahodi dlya pidvishennya efektivnosti virobnictva avtomatichni dispetcheri Ye takozh sprobi zastosuvati kibernetiku dlya planuvannya yak okremih virobnictv tak i cilih galuzej promislovosti v masshtabi vsiyeyi krayini Skincheni avtomatiDo skladu skinchennih avtomativ vhodyat elementi rele trigeri tosho yaki mayut skinchenne chislo staniv Do ciyeyi grupi nalezhat zahisni avtomati V komp yuternih naukah isnuye teoriya avtomativ osnovnim ob yektom vivchennya yakoyi same skinchenni avtomati Teoriya avtomatichnogo regulyuvannyaUspishna rozrobka riznomanitnih tipiv avtomativ pov yazana z glibokoyu teoretichnoyu robotoyu v cij galuzi She D Maksvell zastosovuvav diferencialni rivnyannya dlya analizu roboti avtomatichnih sistem Ale osnovopolozhnikom teoretichnih osnov avtomatichnogo regulyuvannya ye I O Vishnegradskij profesor Peterburzkogo tehnologichnogo institutu V Ukrayini teoriya avtomatichnogo regulyuvannya rozroblyalas bagatma vchenimi sered yakih mozhna nazvati pershogo direktora Kiyivskogo politehnichnogo institutu V L Kirpichova profesora K E Reriha profesora I M Nikolayi ta inshih Velichezne znachennya dlya rozvitku teoriyi avtomatichnogo regulyuvannya mali praci vidatnogo rosijskogo vchenogo akademika O M Lyapunova Zaprovadzhennya avtomativ ye najvazhlivishim faktorom tehnichnogo progresu v usih galuzyah ekonomiki rizkogo pidvishennya produktivnosti praci i nevpinnogo zrostannya dobrobutu Div takozhTeoriya avtomativPrimitki Avtomat 4 bereznya 2016 u Wayback Machine v URE Zbirnik prac Institutu elektrotehniki AN URSR v 6 1951 i v 10 1953 LiteraturaUkrayinska radyanska enciklopediya u 12 t gol red M P Bazhan redkol O K Antonov ta in 2 ge vid K Golovna redakciya URE 1974 1985 Maksvell D K Vyshnegradskij I A Stodola A Teoriya avtomaticheskogo regulirovaniya M 1949 ros Avtomaty Perevod s anglijskogo pod red A A Lyapunova M 1956 ros Avtomatizaciya proizvodstvennyh processov M 1956 ros Lilli S Avtomatizaciya i socialnij progress Perevod s anglijskogo M 1958 ros Vladzievskij A P Avtomaticheskie linii kn 1 2 M 1958 ros PosilannyaVikishovishe maye multimedijni dani za temoyu Avtomat tehnika