ТРИЗ в электронике

   а также связанные цифровые технологии — разработка и выпуск класса устройств, потребляющих электрическую энергию, содержащих логические элементы, и, как правило, обрабатывающих некоторую информацию. Продуктами цифровых технологий являются калькулятор, компьютер, телевизор и подобные электронные устройства.

   Передача  и обработка информационного  сигнала происходит в различных  средах, но чаще всего электронное устройство представляет собой электрическую цепь. 

   Электротехника  

   — область технических наук, изучающая получение, распределение, преобразование и использование электрической энергии.

   Электротехника  выделилась в самостоятельную науку  из физики в конце XIX века, после коммерциализации телеграфа и средств передачи электрической энергии.

   В настоящее время электротехника включает в себя несколько наук: электроэнергетику, электронику, системы управления, обработку сигналов и телекоммуникации. Основное отличие от электроники заключается в том, что электротехника изучает проблемы, связанные с силовыми крупногабаритными электронными компонентами: линии электропередачи, электрические приводы, в то время как в электронике основными компонентами являются компьютеры и интегральные схемы. В другом смысле, в электротехнике основной задачей является передача электрической энергии, а в электронике — информации.

   Эле́ктроэнерге́тика — отрасль энергетики, включающая в себя производство, передачу и сбыт электроэнергии. Электроэнергетика является наиболее важной отраслью энергетики, что объясняется такими преимуществами электроэнергии перед энергией других видов, как относительная лёгкость передачи на большие расстояния, распределения между потребителями, а также преобразования в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую, световую и др.). Отличительной чертой электрической энергии является практическая одновременность её генерирования и потребления, так как электрический ток распространяется по сетям со скоростью, близкой к скорости света.

   Федеральный закон "Об электроэнергетике" даёт следующее определение электроэнергетики:

   Электроэнергетика — отрасль экономики Российской Федерации, включающая в себя комплекс экономических отношений, возникающих в процессе производства (в том числе производства в режиме комбинированной выработки электрической и тепловой энергии), передачи электрической энергии, оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике, сбыта и потребления электрической энергии с использованием производственных и иных имущественных объектов (в том числе входящих в Единую энергетическую систему России), принадлежащих на праве собственности или на ином предусмотренном федеральными законами основании субъектам электроэнергетики или иным лицам. Электроэнергетика является основой функционирования экономики и жизнеобеспечения.

   Определение электроэнергетики содержится также  в ГОСТ 19431-84:

   Электроэнергетика — раздел энергетики, обеспечивающий электрификацию страны на основе рационального расширения производства и использования электрической энергии. 

   Система управления

   — систематизированный набор средств  влияния на подконтрольный объект для  достижения определённых целей данным объектом. Объектом системы управления могут быть как технические объекты, так и люди. Объект системы управления может состоять из других объектов, которые могут иметь постоянную структуру взаимосвязей.

   Системы управления с участием людей как  объектов управления зачастую называют системами менеджмента.

   Техническая система управления — устройство или набор устройств для манипулирования поведением других устройств или систем.

   Объектом управления может быть любая динамическая система или её модель. Состояние объекта характеризуется некоторыми количественными величинами, изменяющимися во времени, то есть переменными состояния. В естественных процессах в роли таких переменных может выступать температура, плотность определенноговещества в организме, курс ценных бумаг и т. д. Для технических объектов это механические перемещения (угловые или линейные) и их скорость, электрические переменные, температуры и т. д. Анализ и синтез систем управления проводится методами специального раздела математики — теории управления.

   Системы управления разделяют на два больших  класса:

• Автоматизированные системы управления (АСУ) — с участием человека в контуре управления;
• Системы автоматического управления (САУ) — без участия человека в контуре управления.

   Типы  систем автоматического управления:

    Обобщенная  схема САУ

   Система автоматического управления, как  правило, состоит из двух основных элементов — объекта управления и управляющего устройства.

   По  цели управления:

   Объект  управления — изменение состояния объекта в соответствии с заданным законом управления. Такое изменение происходит в результате внешних факторов, например вследствие управляющих или возмущающих воздействий.

   Системы автоматического регулирования:

• Системы автоматической стабилизации. Выходное значение поддерживается на постоянном уровне (заданное значение — константа). Отклонения возникают за счёт возмущений и при включении.
• Системы программного регулирования. Заданное значение изменяется по заранее заданному программному закону f. Наряду с ошибками, встречающимися в системах автоматического регулирования, здесь также имеют место ошибки от инерционности регулятора.
• Следящие системы. Входное воздействие неизвестно. Оно определяется только в процессе функционирования системы. Ошибки очень сильно зависят от вида функции f(t).

   Системы экстремального регулирования

   Способны  поддерживать экстремальное значение некоторого критерия (например минимальное или максимальное), характеризующего качество функционирования объекта. Критерием качества, который обычно называют целевой функцией, показателем экстремума или экстремальной характеристикой, может быть либо непосредственно измеряемая физическая величина (например, температура, ток, напряжение, влажность, давление), либо КПД, производительность и др.

   Выделяют:

• Системы с экстремальным регулятором релейного действия. Универсальный экстремальный регулятор должен быть хорошо масштабируемым устройством, способным исполнять большое количество вычислений в соответствии с различными методами.
• Сигнум-регулятор используется как аналоговый анализатор качества, однозначно характеризующий лишь один подстраиваемый параметр систем. Он состоит из двух последовательно включенных устройств: Сигнум-реле (D-триггер) и исполнительный двигатель (интегратор).
• Экстремальные системы с безинерционным объектом
• Экстремальные системы с инерционным объектом
• Экстремальные системы с плавающей характеристикой. Используется в случае, когда экстремум меняется непредсказуемым или сложно идентифицируемым образом.
• Системы с синхронным детектором (экстремальные системы непрерывного действия). В прямом канале имеется дифференцирующее звено, не пропускающее постоянную составляющую. Удалить или зашунтировать по каким-либо причинам это звено невозможно или неприменимо. Для обеспечения работоспособности системы используется модуляция задающего воздействия и кодирование сигнала в прямом канале, а после дифференцирующего звена устанавливают синхронный детектор фазы.

   Адаптивные  системы автоматического управления

   Основная  статья: Адаптивная система (теория управления)

   Служат  для обеспечения желаемого качества процесса при широком диапазоне  изменения характеристик объектов управления и возмущений.

   По  виду информации в управляющем устройстве

   Замкнутые САУ

   В замкнутых системах автоматического  регулирования управляющее воздействие  формируется в непосредственной зависимости от управляемой величины. Связь входа системы с его  выходом называется обратной связью. Сигнал обратной связи вычитается из задающего воздействия. Такая обратная связь называется отрицательной.

   Разомкнутые САУ

   Сущность  принципа разомкнутого управления заключается  в жестко заданной программе управления. То есть управление осуществляется «вслепую», без контроля результата, основываясь лишь на заложенной в САУ модели управляемого объекта. Примеры таких систем : таймер, блок управления светофора, автоматическая система полива газона, автоматическая стиральная машина и т. п.

   В свою очередь различают:

• Разомкнутые по задающему воздействию
• Разомкнутые по возмущающему воздействию

   Характеристика САУ

   В зависимости от описания переменных системы делятся на линейные и нелинейные. К линейным относятся системы, состоящие из элементов описания, которые задаются линейными алгебраическими или дифференциальными уравнениями.

   Если  все параметры уравнения движения системы не меняются во времени, то такая система называется стационарной. Если хотя бы один параметр уравнения движения системы меняется во времени, то система называется нестационарной или с переменными параметрами.

   Системы, в которых определены внешние (задающие) воздействия и описываются непрерывными или дискретными функциями во времени относятся к классудетерминированных систем.

   Системы, в которых имеет место случайные  сигнальные или параметрические  воздействия и описываются стохастическими  дифференциальными или разностными  уравнениями относятся к классу стохастических систем.

   Если  в системе есть хотя бы один элемент, описание которого задается уравнением частных производных, то система относится к классу систем с распределенными переменными.

   Системы, в которых непрерывная динамика, порождаемая в каждый момент времени, перемежается с дискретными командами, посылаемыми извне, называются гибридными системами.