Терминология основных понятий автоматики

УДК 681.5.001.4 
С16 

Рецензент 
доктор технических наук, профессор А.Г. Дьячко 

Салихов З.Г. 

С16 
Терминология основных понятий автоматики: Учебно
справ. пособие. - М.: МИСиС, 2003. - 126 с. 

В учебно-справочном пособии «Терминология основных понятий автоматики» приведен краткий обзор современного состояния 
стандартизации терминологий и основные термины и определения, 
используемые при деловом общении специалистов по техническим, 
математическим, экономическим и гуманитарным наукам, а также 
при написании и чтении литературы по автоматике и автоматизированным процессам. 

В двух последних разделах в справочно-разъяснительной форме 
приводятся основные сведения, понятия и термины по интеллектуальным системам и нейрокомпьютерам с учетом перспективы их развития 
в XXI веке. 

Учебно-справочное пособие предназначено для студентов технических и гуманитарных специальностей, преподавателей, читающих 
курсы «История развития науки и техники», «Основы автоматики», 
«Теория автоматического управления», а также аспирантов, докторантов и специалистов в смежных областях знаний. 

© Московский государственный институт 
стали и сплавов (Технологический 
университет) (МИСиС), 2003 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение 
4 

1. Состояние стандартизации и терминологии основных понятий 
автоматического управления 
7 

2. Общие понятия 
10 

3. Классификация воздействий 
25 

4. Принципы управлений 
33 

5. Управляющие объекты 
36 

6. Классификация автоматических систем 
38 

6.1. Классификация по виду алгоритма функционирования 
38 

6.2. Классификация систем по виду алгоритма управления 
43 

6.3. Виды автоматических систем 
45 

7. Типовые законы управления 
54 

8. Элементы систем управления 
55 

9. Классификация блоков и звеньев автоматической системы 
58 

10. Состояние и характеристики систем и их объектов 
63 

11. Свойства систем управления и их элементов 
68 

12. Интеллектуальные системы 
76 

13. Нейрокомпьютеры-ЭВМ XXI века 
106 

Библиографический список 
125 

ВВЕДЕНИЕ 

Автоматизация учебных и научных исследований проектных 
работ, производственных и технологических процессов является ведущей тенденцией в развитии современной техники. Самонастраивающиеся и самообучающиеся управляющие устройства, позволяющие автоматизировать учебно-производственные и другие процессы 
на более высоком уровне, существенно повышают эффективность 
использования автоматических, а также вычислительных и управляющих микропроцессорных систем в решении проблем экологии, 
экономики и других отраслей техники. Автоматизация тесно связана 
с появившимися в последнее время обобщенными математическими 
теориями: теорией информации, конечных автоматов, логических и 
нейронных сетей, теорией операций, теорией игр, которые проникают в область технических, гуманитарных и других видов науки. 

В 
этих 
условиях 
большое 
значение 
имеет 
научнообоснованная систематизация основных понятий* и терминов" автоматики, доступных как можно большему числу специалистов, желающих получить знания в области автоматизации. Недостаточное 
количество работ по упорядочению терминологии или справочных 
пособий приводит к тому, что одни и те же понятия в публикациях 
обозначаются различными терминами. В силу этого некоторые термины неправильно ориентируют читателя, поскольку противоречат 
сущности выражаемых ими понятий и создают ложные представления. Все это иногда затрудняет взаимопонимание среди специалистов, осложняет преподавание, мешает обмену опытом и часто приводит к практическим ошибкам. 

Имеется большая потребность в создании общей терминологии и обозначений, обусловленная тем, что теория, техника и эксплуатация устройств автоматического управления непрерывно пополняются новыми методами, принципами, средствами, приемами, 
заимствованными из самых различных областей физики, техники и 
физиологии живых организмов, включая результаты исследования 
мозга человека. 

' Понятие - логически оформленная общая мыель о предмете. 
" Термин- слово или еловоеочетание, являющееся точным обозначением определенного понятия какой-либо специальной области науки, техники и т.д. 

4 

Как в России, так и в других странах существует достаточно 
большое количество работ в этих областях, опубликованных малым 
тиражом. Поэтому учебно-справочной литературы по терминологии 
основных понятий автоматики, обобщающей основные определения* 
по основам автоматики и классической теории автоматики и обеспечивающей квалифицированное пользование современной научнотехнической информацией, а также облегчающей решение вопросов 
стандартизации и сертификации систем автоматики, доступной широкому кругу читателей, все еще недостаточно. Разобраться в большом количестве терминов, имеющих место в литературе, довольно 
сложно, особенно для студентов, аспирантов и докторантов по смежным специальностям. 

Настоящая работа является попыткой расширить число источников информации по терминологии основных понятий автоматики, ознакомить широкий круг специалистов из областей технических и гуманитарных наук с систематизированными терминами и 
определениями, а также с развивающейся теорией и практикой интеллектуальных систем автоматики и нейронных компьютеров. 

В данном пособии приводятся только наиболее часто употребляемые термины и определения, касающиеся основ автоматики и 
теории автоматического управления, классификация автоматических 
систем и ее составных частей. 

Последние два раздела учебно-справочного пособия, по существу, являются повторением материала об интеллектуальных системах автоматического управления и нейронных компьютерах, наиболее полно изложенного в трудах академика П.К. Анохина и классической 
работе 
профессоров 
К.А. Пупкова, 
Е.М.Воронова, 
П.Д. Егупова и других [1], а также работах [2, 3], выполненных под 
руководством автора. 

Следует отметить, что значительное количество терминов, 
определений и понятий, используемых в данном издании, заимствовано из имеющихся ГОСТов и литературы [1-7]. 

Настоящее учебно-справочное пособие, в котором приведены 
систематизированные терминологии, облегчит чтение современной 
литературы, свободное общение специалистов в различных областях 
техники, окажет содействие переходу от начавшегося в России процесса стандартизации (государственного нормирования) средств ав
' Определение - формулировка, раскрывающая содержание, еущноеть чегонибудь. 

5 

тематики, включая средства информатики, к сертификации систем 
автоматического регулирования и управления, а также позволит специалистам ускорить процесс формирования единых терминологий по 
этим классам систем автоматики и ЭВМ. 

Автор выражает благодарность рецензенту проф., д-ру техн. 
наук А.Г. Дьячко, Е.Ю. Щепотиной, Н.В. Дубовкиной за оформление 
работы и сотрудникам издательства «Учеба» МИСиС. 

Автор с благодарностью примет замечания и пожелания читателей по содержанию учебно-справочного пособия. 

6 

1. СОСТОЯНИЕ СТАНДАРТИЗАЦИИ 

И ТЕРМИНОЛОГИИ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ 

АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 

Более полстолетия ведется работа по уточнению, систематизации и стандартизации терминологии как по общим вопросам автоматики, так и по ее разделам. По терминологии автоматики имеется 
большое число работ и утвержден ряд терминологических стандартов. 

В Англии с 1949 г. действует утвержденный стандарт 1523, в 
ФРГ- стандарт DIN 19226, утвержденный в 1952г., в Голландии 
(Нидерландах) - стандарт V 3009, разработанный Королевским техническим институтом. 

В ряде стран существуют стандарты, разработанные и подготовленные специально созданными комитетами специалистов и научно-технических обществ. 

В США систематическая разработка терминологии автоматического регулирования началась в 1936 г., когда ASME организовала 
специальный терминологический комитет, который в апреле 1954 г. 
предложил терминологический стандарт. 

Наряду с этими проектами стандартов существует также проект, разработанный IRE. Следует отметить, что некоторые крупные 
фирмы, как, например. General Elekctric Со, имеют свою номенклатуру терминов. Фирма Miler Floid Power Со разработала принятые на 
объединенной конференции гидравликов и пневматиков проекты 
стандартов терминологии по пневматическим и гидравлическим регуляторам. 

В Японии комитеты по автоматическому регулированию 
японских обществ инженеров-механиков совместно разработали 
проект стандарта терминологии. 

В Швейцарии Электротехнический институт в Цюрихе опубликовал в 1956 г. стандарт, разработанный им на основе постановления 70-й ассамблеи Швейцарского общества электротехников в 
1954 г. Там же имеет хождение и проект основных положений по 
терминологии 
регулирования 
скорости 
вращения 
гидротурбогенераторов SEV 0205. 

В Австрии существует стандарт по электрическим регуляторам OVE-R10/1953, который выделяется среди прочих тем, что он 
посвящен исключительно электрическим регуляторам и наряду с 

7 

терминологией включает указания по испытанию регуляторов, по 
наладке, настройке и правилам эксплуатации. 

В Италии Теплотехническим комитетом Итальянской технической ассоциации разработан и опубликован проект терминологического стандарта по автоматическому управлению. 

Во Франции Электротехнический комитет по заданию Международной электротехнической комиссии разработал терминологию 
по автоматическому управлению для Международного электротехнического словаря. 

В Чехословакии был опубликован стандарт GSN 010170, 
принятый управлением заводов по промышленной автоматике 
Regula по рекомендации Академии наук Чехословакии. 

Венгрия имеет стандарт проекта по технике автоматического 
регулирования и автоматического управления. 

Комитет технической терминологии АН СССР опубликовал 
сборники «Терминология основных понятий автоматики» и «Терминология управления, регулирования и автоматики авиадвигателей». 
Научно-технический комитет Национального комитета СССР по автоматическому управлению вел подготовку общей терминологии 
автоматического управления, в результате были приняты следующие 
ГОСТы: 19174-72, 19675-74, 27.002-83, 19176-80. В настоящее время 
Россия и страны СНГ не имеют ГОСТов основных понятий автоматики. В этом направлении Россией были приняты законы «О защите 
прав потребителей» от 7.02.92 г. и «О сертификации продукции и 
услуг» от 10.06.93 г. Этими законами установлены правовые основы 
обязательной и добровольной сертификации продукции и услуг, а 
также права, обязанности и ответственность участников сертификации. Номенклатура продукции и услуг, подлежащих обязательной 
сертификации в РФ, введена в действие с 1.10.94 г. постановлением 
№ 8 Росгосстандарта от 31.03.94 г. Она охватывает весь спектр изделий и самый крупный в номенклатуре - раздел 2 «Товары электротехнической, электронной и приборостроительной промышленности» (140 позиций). В этот раздел входят все средства автоматики, 
включая вычислительные машины (п. 2.37). В свете этого, очевидно, 
было бы целесообразно активизировать координацию и кооперацию 
усилий, направленных на разработку единой терминологии, соответствующей требованиям Международного комитета по стандартизации. Это особенно актуально в связи с активным привлечением микропроцессоров-автоматов в качестве управляющих и регулирующих 
устройств, изготовленных различными фирмами и странами. 

8 

Методика разработки терминологии неоднократно была темой докладов на многих конференциях и съездах в ФРГ, Англии, 
США, Италии, Франции, Австрии, Швейцарии и других странах. 
Имеется значительное число раздробленных работ по терминологии 
основных понятий автоматики. 

Следует отметить, что в некоторых странах имеется тенденция к «национализации» терминов. 

Среди стандартизированных терминов очень мало терминов 
для таких перспективных областей автоматического управления, как 
системы цифрового регулирования, оптимальные, экстремальные, 
самонастраивающиеся, самообучающиеся, самодиагностирующиеся 
интеллектуальные и тренинговые системы, а также нейронные компьютерные сети в системах автоматики. 

Отсутствуют также термины для понятий, связанных с применением в теории автоматического управления новых разделов математики, таких, как математическая логика, теория случайных процессов, динамическое и линейное программирование, теория решающих функций, теории операций и теории игр, а также теории 
нечетких множеств. 

Хотя научные основы для создания интеллектуальных систем 
с нейронными сетями были предложены академиком П.К. Анохиным 
еще в 1935 году (кибернетическая модель П.К. Анохина), реальные 
исследования в этой области начались лишь в 1980-1991 гг. под научным руководством проф. Е.М. Воронова, К.А. Пупкова, Р.А. Алиева 
и др. В зарубежных изданиях практически нет данных по разработке 
интеллектуальных систем, а в отдельных монографиях имеются лишь 
сведения о создании обучающихся и адаптивных систем. 

) 

2. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ 

К основным общим понятиям относятся: управляемый объект, воздействие, управление, автоматическое управляющее устройство и автоматическая система. 

Автоматическое управление широко проникло в самые различные области науки и техники, однако эти понятия являются для 
них общими. Указанные понятия используются независимо от конкретных особенностей, принципа действия и практического назначения тех или иных автоматических систем. 

Развитие техники, сопровождающееся повышением скорости, 
быстротечностью управляемых процессов, точности и объективности 
управления, привело к тому, что для человека, даже специально подготовленного и натренированного, в ряде случаев стало непосильным выполнение функции управления. Возникла необходимость в 
создании таких машин, приборов или аппаратов, которые координировали бы работу машин - двигателей без участия человека, оставляя 
за ним только функции предопределения порядка их функционирования, наладки, регулировки и включения всей системы в действие, а 
в современных условиях - окончательный анализ результатов работы 
автоматов за какой-либо промежуток времени. 

Такие приборы, аппараты и устройства совместно с управляемыми ими машинами и процессами стали называть автоматическими. 

Как отмечает большинство авторов, для управления производственными и другими агрегатами в некоторых случаях невозможно заранее составить подробную программу их функционирования из-за большого влияния на нее внешних воздействий, характер 
которых заранее неизвестен. Поэтому возникла необходимость в создании таких интеллектуальных систем автоматического управления, 
которые сами устанавливали бы подробную программу управления, 
подчиняясь некоторым целевым критериям управления, заданным 
человеком. В ряде случаев возникла также необходимость замены 
человека специальными устройствами и машинами и в области наблюдения за правильностью работы самих автоматических управляющих устройств, их наладки, регулировки и определения в них 
неисправностей. 

Распространение автоматизации на производственные объекты, расположенные на значительном расстоянии друг от друга, приве
10 

ло к включению в состав автоматических устройств средств телеизмерения и телемеханики, предназначенных для передачи управляющих 
воздействий между отдельными автоматическими устройствами. 

Развитие техники автоматики способствовало все большему 
освобождению человека от функций непосредственного контроля и 
управления производственными и другими процессами. Этот признак был положен в основу определения понятий автоматики в 
большинстве имеющихся в литературе терминологий. 

Любую совокупность машин, аппаратов и управляющих устройств, осуществляющих какой-либо технический процесс, можно в 
наиболее общем виде рассматривать как некоторую замкнутую техническую систему, взаимодействующую с внешней средой (рис. 2.1). 

• 

Система 

Внешняя 
среда 

< 
1 

Рис. 2.1. Схема взаимодействия технической системы 
и внешней среды 

Внешняя среда оказывает на техническую систему воздействия, которые в общем случае могут носить как возмущающий, так и 
организующий характер. К возмущающим относятся случайные воздействия, оказываемые внешней средой, которые складываются из 
неучтенных, непредусмотренных факторов. 

Объектами управления могут быть живые организмы (животные, растения), коллективы людей, производственные предприятия, заводы, цехи, отдельные станки, машины. В зависимости от 
объекта и задачи управления могут быть различными и системы 
управления - от самых простых систем автоматического регулирования, поддерживающих неизменной какую-либо величину (например, 
яркость освещения, напряжение, температуру или давление), до 
сложных, содержащих десятки вычислительных машин, решающих 
задачи оптимального управления множеством объектов, например, 
удовлетворяющих условиям минимальных затрат или получения 
максимальной выгоды. 

11 

Наука об управлении техническими устройствами называется 
технической кибернетикой. 

Разделами технической кибернетики являются теория информационных устройств, связанная со сбором и переработкой информации, необходимой для управления системой человеком, и теория автоматического управления, связанная с управлением системой 
без непосредственного участия человека. 

Проблема функционирования человека в системе управления 
техническими устройствами представляет самостоятельный раздел 
технической кибернетики, известный под названием «Человек и автомат». 

В основу теории автоматического управления положена теория автоматического регулирования, которая сформировалась в самостоятельную научную дисциплину только к 1940 году. Регулирование представляет собой простейшую разновидность управления. 

Автоматическим регулированием называется поддержание 
постоянной некоторой заданной величины, характеризующей процесс, или изменение ее по заданному закону, осуществляемое при 
помощи измерения состояния объекта или действующих на него 
возмущений и воздействия на регулирующий орган объекта. 

Управление охватывает больший круг задач. Под автоматическим управлением понимается автоматическое осуществление 
совокупности воздействий, выбранных из множества возможных на 
основании определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с целью управления. 

Сравнивая определения управления и регулирования, можно 
заключить, что все задачи регулирования входят в состав задач 
управления как более простые случаи. 

Кроме того, задачи автоматического управления охватывают 
такие вопросы, как адаптация, или самонастройка системы управления, в соответствии с изменением ее параметров или внешних воздействий, вопросы обеспечения оптимального функционирования 
системы управления при различных условиях, автоматический выбор 
наилучших режимов из нескольких возможных, не входящих в круг 
задач автоматического регулирования. 

Теория автоматического управления включает теорию автоматического регулирования как основную и наиболее разработанную 
часть, а также более сложные задачи управления. 

12