Регулирование по разомкнутому и замкнутому циклам в системах управления и автоматики

Поддержание регулируемой величины в заданных пределах или изменение ее по заданному закону в процессе работы системы управления и автоматики может быть выполнено по разомкнутому или замкнутому циклам регулирования. Рассмотрим систему (рис. 1), состоящую из последовательно соединенных: объекта регулирования ОР, регулирующего органа РО, регулятора Р и задатчика З — устройства, с помощью которого в систему подается задающее воздействие.

При регулировании по разомкнутому циклу (рис. 1, а) задающее воздействие х( t ), поступающее на регулятор от задатчика, не является функцией результата этого воздействия на объект, оно задается оператором. Определенному значению задающего воздействия будет соответствовать определенное текущее значение регулируемой величины у(t), которое будет зависеть от возмущающего воздействия F(t). Объяснение основных терминов смотрите здесь: Общие принципы построения систем автоматики

Разомкнутая система представляет собой по существу передаточную цепь, в которой задающее воздействие х(t) от задатчика после надлежащей обработки регулятором посредством внутренних воздействий Z 1( t) и Z2( t ) передается объекту регулирования, но обратного воздействия объекта на регулятор нет.

Рис. 1. Схемы регулирования по разомкнутому (а) и замкнутому (б) циклам: З — задатчик, Р — регулятор, РО — регулирующий орган, ОР — объект регулирования, х( t ) — задающее воздействие, Z 1( t) и Z2( t ) — внутренние регулирующие воздействия, у( t ) — регулируемая величина, F( t ) — возмущающее воздействие.

Примеры регулирования по разомкнутому и замкнутому циклам

На рис. 2, а приведена схема управления частотой вращения двигателя постоянного тока Д. При изменении положения движка реостата Р будет меняться ток возбуждения в обмотке возбуждения ОВГ генератора Г, что приводит к изменению его э. д. с. и, следовательно, напряжения подводимого к двигателю Д.

Тахогенератор ТГ, установленный на одном валу с двигателем Д, развивает э. д. с, пропорциональную частоте вращения со вала двигателя. Вольтметр, подключенный к щеткам тахогенератора, со шкалой, проградуированной в единицах частоты вращения, позволяет осуществлять только визуальный контроль за частотой вращения двигателя.

Если характеристики машин стабильны, то каждому положению движка реостата будет соответствовать определенное значение частоты вращения двигателя. В данной системе имеет место воздействие регулятора на объект, но обратного воздействия нет, т.е. система работает по разомкнутому циклу.

Рис. 2. Принципиальные схемы управления частотой вращения двигателя постоянного тока по разомкнутому (а) к замкнутому (б) циклам: Р — реостат, ОВГ — обмотка возбуждения генератора, Г — генератор, ОВД — обмотка возбуждения двигателя, Д — двигатель, ТГ — тахогенератор, ДП — двигатель привода ползунка реостата, У — усилитель.

Если соединить выход системы с регулятором таким образом, чтобы на регулятор все время поступало два сигнала — сигнал с задатчика и сигнал с выхода объекта, то получим систему, работающую по замкнутому циклу. В такой системе существует воздействие не только регулятора на объект, но и объекта на регулятор.

На рис. 2, б приведена схема управления частотой вращения двигателя Д постоянного тока, в которой выход системы посредством тахогенератора ТГ, реостата Р, усилителя У и двигателя ДП привода ползунка реостата Р соединен с входом системы.

Здесь существует автоматический контроль за частотой вращения двигателя. Любое изменение частоты вращения приведет к появлению сигнала на двигателе ДП, который переместит ползунок реостата Р в ту или другую стороны от положения, соответствующего заданной частоте вращения двигателя Д.

Если частота вращения по какой-либо причине уменьшится, то ползунок реостата Р займет положение, при котором ток возбуждения в обмотке возбуждения ОБ генератора увеличится. Это приведет к увеличению напряжения генератора, а следовательно, и к увеличению частоты вращения двигателя Д, которая примет первоначальное положение.

При увеличении частоты вращения двигателя Д произойдет перемещение ползунка реостата Р в обратном направлении, что и приведет к уменьшению частоты вращения двигателя Д.

Разомкнутая система автоматического регулирования самостоятельно, без вмешательства оператора, не может изменить режим своей работы, если стали иными возмущения, поступающие на систему. Замкнутая система автоматически реагирует на любые изменения, происходящие в системе.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Экономические циклы

Экономические циклы — колебания экономической активности (экономической конъюнктуры), состоящие в повторяющемся сжатии (экономического спада, рецессии, депрессии) и расширении экономики (экономического подъема). Циклы носят периодический, но, обычно нерегулярный характер. Обычно (в рамках неоклассического синтеза) интерпретируются как колебания вокруг долгосрочного тренда развития экономики.

Детерминистская точка зрения на причины экономических циклов исходит из предсказуемых, вполне определенных факторов, формирующихся на стадии подъема (факторы спада) и спада (факторы подъема). Стохастическая точка зрения исходит из того, что циклы порождаются факторами случайной природы и представляют собой реакцию экономической системы на внутренние и внешние импульсы.

Обычно выделяют четыре основных вида экономических циклов:

краткосрочные циклы Китчина (характерный период — 2-3 года);
среднесрочные циклы Жюгляра (характерный период — 6-13 лет);
ритмы Кузнеца (характерный период — 15-20 лет);
длинные волны Кондратьева (характерный период — 50-60 лет).

Фазы

Бизнес-циклы в экономике

Подъем (оживление) наступает после достижения низшей точки цикла (дна). Характеризуется постепенным ростом занятости и производства. Многие экономисты полагают, что данной стадии присущи невысокие темпы инфляции. Происходит внедрение инноваций в экономике с коротким сроком окупаемости. Реализуется спрос, отложенный во время предыдущего спада.

Пик, или вершина цикла деловой активности, является «высшей точкой» экономического подъема. В этой фазе безработица обычно достигает самого низкого уровня либо исчезает совсем, производственные мощности работают с максимальной или близкой к ней нагрузкой, то есть в производстве задействуются практически все имеющиеся в стране материальные и трудовые ресурсы. Обычно, хотя и не всегда, во время пиков усиливается инфляция. Постепенное насыщение рынков усиливает конкуренцию, что снижает норму прибыли и увеличивает средний срок окупаемости. Возрастает потребность в долгосрочном кредитовании с постепенным снижением возможностей погашения кредитов.

Спад (рецессия) характеризуется сокращением объемов производства и снижением деловой и инвестиционной активности. Вследствие этого увеличивается рост безработицы. Официально фазой экономического спада, или рецессией, считают падения деловой активности, продолжающееся свыше трех месяцев подряд.

Дно (депрессия) экономического цикла — это «низшая точка» производства и занятости. Считается, что данная фаза цикла обычно не бывает продолжительной. Однако история знает и исключения из этого правила. Великая депрессия 1930-х годов, несмотря на периодические колебания деловой активности, длилась 10 лет (1929-1939гг).

Характерной особенностью циклического развития является то, что это, в первую очередь, развитие, а не колебания вокруг некой постоянной (потенциальной) величины. Цикличность означает развитие по спирали, а не по замкнутому кругу. Этот механизм прогрессивного движения в самых разных его формах. В экономической литературе особо подчеркивается, что циклические колебания происходят около траектории долгосрочного роста (векового тренда).

Причины

Теория реальных экономических циклов объясняет спады и подъемы воздействием реальных факторов. В индустриальных странах этим может быть появление новых технологий, изменение цен на сырье. В аграрных странах — урожай или неурожай. Также толчком к переменам могут стать форс-мажорные ситуации (война, революция, стихийные бедствия). Предвидя изменение экономической обстановки в лучшую или худшую сторону, домохозяйства и фирмы массово начинают экономить или больше тратить. В результате сокращается или возрастает совокупный спрос, уменьшается или увеличивается оборот розничной торговли. Фирмы получают меньше или больше заказов на изготовление продукции, соответственно меняется объем производства, занятость. Меняется деловая активность: фирмы начинают сокращать ассортимент выпускаемой продукции или наоборот запускают новые проекты, берут кредиты на их осуществление. То есть вся экономика колеблется, стремясь прийти в равновесие.

Кроме колебаний совокупного спроса существуют и другие факторы, влияющие на фазы экономического цикла: изменения, зависящие от смены времен года в сельском хозяйстве, строительстве, автомобильной промышленности, сезонность розничной торговли, вековые тенденции экономического развития страны, зависящие от ресурсной базы, численности и структуры населения, правильного управления.

Влияние на экономику

Существование экономики, как совокупности ресурсов для неуклонно растущего потребления, имеет колебательный характер. Колебания экономики выражены в экономическом цикле. «Тонким» моментом экономического цикла считается спад, который при некоторых масштабах может перейти в кризис.

Концентрация (монополизация) капитала приводит к «ошибочным» решениям в масштабе экономики страны или даже мира. Любой инвестор стремится получить доход от своего капитала. Ожидание инвестора по размеру этого дохода происходят от этапа подъем-пик, когда доходы максимальные. На этапе спада инвестор считает невыгодным для себя вкладывать капитал в проекты с доходностью ниже «вчерашней».

Без таких вложений (инвестиций) сокращается производственная деятельность, как следствие платежеспособность работников этой сферы, которые являются потребителями товаров и услуг других сфер. Таким образом кризис одной или нескольких отраслей отражается на всей экономике в целом.

Другая проблема концентрации капитала — изъятие денежной массы (денег) из сферы потребления и производства потребительских товаров (также и сферы производства средств производства этих товаров). Деньги, полученные в виде дивидендов (или прибыли), накапливаются на счетах инвесторов. Возникает нехватка денег для поддержания необходимого уровня производства, и как следствие снижение объёмов этого производства. Растет уровень безработицы, население экономит на потреблении, происходит падение спроса.

Из отраслей экономики, сфера услуг и отрасли, выпускающие товары кратковременного пользования, в несколько меньшей степени затрагиваются разрушительными последствиями экономического спада. Рецессия даже способствует активизации некоторых видов деятельности, в частности повышает спрос на услуги ломбардов и юристов, специализирующихся на банкротствах. Наиболее чувствительны к циклическим колебаниям фирмы, выпускающие средства производства и потребительские товары длительного пользования.

Эти фирмы не только тяжелее других переносят деловой спад, но и больше всех выигрывают от подъема в экономике. Основные причины две:

Покупка капитального оборудования чаще всего может быть отложена на будущее; в тяжелые для экономики времена производители склонны воздерживаться от закупок новых машин и оборудования и строительства новых зданий. Во время продолжительного спада фирмы зачастую предпочитают ремонтировать или модернизировать устаревшее оборудование, вместо того чтобы тратить большие средства на приобретение нового оборудования.

В результате инвестиции в товары производственного назначения во время экономических спадов резко сокращаются. Это же относится к потребительским товарам длительного пользования. В отличие от продуктов питания и одежды, покупку роскошного автомобиля или дорогой бытовой техники можно отложить до лучших времен. В периоды экономических спадов люди в большей степени склонны чинить, а не менять товары длительного пользования. Хотя объемы продаж продуктов питания и одежды, как правило, также сокращаются, это сокращение обычно меньше по сравнению с падением спроса на товары длительного пользования.

Монопольная власть в большинстве отраслей, выпускающих средства производства и потребительские товары длительного пользования, связана с тем, что на рынках этих товаров, как правило, господствуют немногие крупные фирмы. Монопольное положение позволяет им во времена экономических спадов сохранять цены на прежнем уровне, уменьшая производство в ответ на падение спроса. Следовательно, падение спроса в гораздо большей степени влияет на производство и занятость, нежели на цены. Иная ситуация характерна для отраслей, выпускающих товары краткосрочного потребления. На падение спроса эти отрасли обычно реагируют общим снижением цен, поскольку ни одна из фирм не обладает значительной монопольной властью.

История и длинные циклы

Экономические циклы не являются подлинно «циклическими» в том смысле, что продолжительность периода, скажем, от одного до другого пика на протяжении истории значительно колебалась. Хотя экономические циклы в США длились в среднем около пяти лет, известны циклы продолжительностью от одного года до двенадцати лет. Наиболее выраженные пики (измеренные как процентное повышение над трендом экономического роста) совпали с большими войнами 20 века, а самый глубокий экономический спад, исключая Великую депрессию, наблюдался после окончания Первой мировой войны.

В конце 20 века американская экономика, по-видимому, вступила в период длительного спада, о чем свидетельствуют некоторые экономические показатели, в частности уровень реальной заработной платы и объем чистых инвестиций. Тем не менее даже при наличии долгосрочной тенденции к снижению темпов роста экономика США продолжает развиваться; хотя в начале 1980-х годов в стране был зарегистрирован отрицательный прирост ВВП, во все последующие годы, кроме 1991, он оставался положительным.

Симптоматичным для начавшегося в 1960-х годах долговременного спада является тот факт, что, хотя темпы роста редко оказывались отрицательными, уровень экономической активности в США с 1979 практически ни разу не превышал трендовую величину роста.

Следует отметить, что наряду с описанными экономическими циклами в теории выделяются также длинные циклы. Длинные циклы в экономике — экономические циклы с длительностью более 10 лет. Иногда называются по именам их исследователей.

Инвестиционные циклы (7-11 лет) изучил Клемент Жюгляр (фр. Clement Juglar). Данные циклы, видимо, имеет смысл рассматривать в качестве среднесрочных, а не длинных.

Инфраструктурные инвестиционные циклы (15-25 лет) изучил нобелевский лауреат Саймон Кузнец.

Циклы Кондратьева (45-60 лет) описал российский экономист Николай Кондратьев.

Именно эти циклы чаще всего и обозначают как «длинные волны» в экономике.

Циклы Китчина — краткосрочные экономические циклы с характерным периодом 3-4 года, открытые в 1920-е годы английским экономистом Джозефом Китчином. Сам Китчин объяснял существование краткосрочных циклов колебаниями мировых запасов золота, однако в наше время такое объяснение не может считаться удовлетворительным. В современной экономической теории механизм генерирования этих циклов обычно связывают с запаздываниями по времени (временными лагами) в движении информации, влияющими на принятие решений коммерческими фирмами.

На улучшение конъюнктуры фирмы реагируют полной загрузкой мощностей, рынок наводняется товарами, через какое-то время на складах образуются чрезмерные запасы товаров, после чего принимается решение о снижении загрузки мощностей, но с определенным запаздыванием, так как информация о превышении предложения над спросом сама обычно поступает с определенным запаздыванием, кроме того требуется время на то, чтобы эту информацию проверить; определенное время требуется и на то, чтобы принять и утвердить само решение.

Кроме того наблюдается определенное запаздывание между принятием решения и актуальным уменьшением загрузки мощностей (на приведение решения в жизнь тоже требуется время). Наконец, еще один временной лаг существует между моментом начала снижения уровня загрузки производственных мощностей и актуальным рассасыванием избыточных запасов товаров на складах. В отличие от циклов Китчина в рамках циклов Жюгляра мы наблюдаем колебания не просто в уровне загрузки существующих производственных мощностей (и, соответственно, в объеме товарных запасов), но и колебания в объемах инвестиций в основной капитал.

Циклы Жюгляра — среднесрочные экономические циклы с характерным периодом в 7-11 лет. Названы по имени французского экономиста Клемана Жугляра, одним из первых описавшего эти циклы. В отличие от циклов Китчина в рамках циклов Жугляра мы наблюдаем колебания не просто в уровне загрузки существующих производственных мощностей (и, соответственно, в объеме товарных запасов), но и колебания в объемах инвестиций в основной капитал. В результате, к временным запаздываниям, характерным для циклов Китчина, здесь добавляются еще и временные задержки между принятием инвестиционных решений и возведением соответствующих производственных мощностей (а также между возведением и актуальным запуском соответствующих мощностей).

Дополнительная задержка формируется и между спадом спроса и ликвидацией соответствующих производственных мощностей. Данные обстоятельства и обуславливают то, что характерный период циклов Жюгляра оказывается заметно более продолжительным, чем характерный период циклов Китчина. Циклические экономические кризисы/рецессии могут рассматриваться в качестве одной из фаз цикла Жугляра (наряду с фазами оживления, подъема и депрессии). Вместе с тем от фазы кондратьевской волны зависит глубина этих кризисов.

Поскольку четкой периодичности не наблюдается, было взято среднее значение в 7-10 лет.

Фазы цикла Жюгляра

В цикле Жюгляра достаточно часто выделяют четыре фазы, в которых некоторые исследователи выделяют подфазы:

Циклы (ритмы) Кузнеца имеют продолжительность примерно 15-25 лет. Они получили название циклов Кузнеца по имени американского экономиста будущего лауреата Нобелевской премии Саймона Кузнеца. Были открыты им в 1930 году. Кузнец связывал эти волны с демографическими процессами, в частности, притоком иммигрантов и строительными изменениями, поэтому он назвал их «демографическими» или «строительными» циклами.

В настоящее время рядом авторов ритмы Кузнеца рассматриваются в качестве технологических, инфраструктурных циклов. В рамках этих циклов происходит массовое обновление основных технологий. Кроме того хорошо совпадают с циклом Кузнеца большие циклы цен на недвижимость на примере Японии 1980—2000 гг. и длительность большой полуволны подъема цен в США.

Высказывалось также и предложение рассматривать ритмы Кузнеца в качестве третьей гармоники Кондратьевской волны. Четкой периодичности не наблюдается, поэтому исследователи берут среднее значение в 15-20 лет.

Циклы Кондратьева (К-циклы или К-волны) — периодическиe циклы современной мировой экономики продолжительностью 40-60 лет.

Существует определенная связь между длинными циклами Кондратьева и среднесрочными циклами Жюгляра. Такая связь была замечена еще самим Кондратьевым. В настоящее время высказывается мнение, что относительная правильность чередования повышательных и понижательных фаз Кондратьевских волн (каждая фаза 20-30 лет) определяется характером группы близлежащих среднесрочных циклов. Во время повышательной фазы Кондратьевской волны быстрое расширение экономики неизбежно приводит общество к необходимости изменения. Но возможности изменения общества отстают от требований экономики, поэтому развитие переходит в понижательную В-фазу, в течение которой кризисно-депрессивные явления и трудности заставляют перестраивать экономические и иные отношения.

Теория разработана русским экономистом Николаем Кондратьевым (1892—1938). В 1920-е гг. он обратил внимание на то, что в долгосрочной динамике некоторых экономических индикаторов наблюдается определенная циклическая регулярность, в ходе которой на смену фазам роста соответствующих показателей приходят фазы их относительного спада с характерным периодом этих долгосрочных колебаний порядка 50 лет. Такие колебания были обозначены им как большие или длинные циклы, впоследствии названные Й. Шумпетером в честь российского ученого кондратьевскими циклами. Многие исследователи стали называть их также длинными волнами, или кондратьевскими волнами, иногда К-волнами.

Характерный период волн — 50 лет с возможным отклонением в 10 лет (от 40 до 60 лет). Циклы состоят из чередующихся фаз относительно высоких и относительно низких темпов экономического роста. Многие экономисты не признают существования таких волн.

Н. Д. Кондратьев отметил четыре эмпирические закономерности в развитии больших циклов:

Перед началом повышательной волны каждого большого цикла, а иногда в самом начале ее наблюдаются значительные изменения в условиях хозяйственной жизни общества.
Изменения выражаются в технических изобретениях и открытиях, в изменении условий денежного обращения, в усилении роли новых стран в мировой хозяйственной жизни и т. д. Указанные изменения в той или иной степени происходят постоянно, но, по утверждению Н. Д. Кондратьева они протекают неравномерно и наиболее интенсивно выражены перед началом повышательных волн больших циклов и в их начале.

Периоды повышательных волн больших циклов, как правило, значительно богаче крупными социальными потрясениями и переворотами в жизни общества (революции, войны), чем периоды понижательных волн.
Для того чтобы убедиться в этом утверждении, достаточно посмотреть на хронологию вооруженных конфликтов и переворотов в мировой истории.

Понижательные волны этих больших циклов сопровождаются длительной депрессией сельского хозяйства.

Большие циклы экономической конъюнктуры выявляются в том же едином процессе динамики экономического развития, в котором выявляются и средние циклы с их фазами подъема, кризиса и депрессии.

Исследования и выводы Кондратьева основывались на эмпирическом анализе большого числа экономических показателей различных стран на довольно длительных промежутках времени, охватывавших 100—150 лет. Эти показатели: индексы цен, государственные долговые бумаги, номинальная заработная плата, показатели внешнеторгового оборота, добыча угля, золота, производство свинца, чугуна и т. д.

Оппонент Кондратьева, Д. И. Опарин, указывал на то, что временные ряды исследованных экономических показателей, хотя и дают большие или меньшие отклонения от средней величины в ту или иную сторону в разные периоды экономической жизни, но характер этих отклонений как по отдельному показателю, так и по корреляции показателей, не позволяют выделить строгой цикличности. Прочие оппоненты указывали на отступления Н. Д. Кондратьева от марксизма, в частности использование им для объяснения циклов «количественной теории денег».

За последние 80 лет, теория Длинных волн Николая Кондратьева, обогатилась теориями созидательного разрушения И. Шумпетера, теорией технико-экономических ценозов Л. Бадалян и В. Криворотова, теорией о технологических укладах разработанная академиками С. Глазьевым и Львовым, теорией эволюционных циклов Владимира Пантина.

Теорию длинных волн, а также самого Николая Кондратьева реабилитировал известный советский экономист С.М. Меньшиков в своей работе «Длинные волны в экономике. Когда общество меняет кожу» (1989 год).

Датировки Кондратьевских волн

Для периода после промышленной революции обычно выделяются следующие кондратьевские циклы/волны:

Однако, имеются различия в датировке «посткондратьевских» циклов. Анализируя ряд источников, Гринин Л. Е. и Коротаев А. В. приводят следующие границы начала и конца «посткондратьевских» волн:

Соотношение между кондратьевскими волнами и технологическими укладами

Многие исследователи связывают смену волн с технологическими укладами. Прорывные технологии открывают возможности для расширения производства и формируют новые секторы экономики, образующие новый технологический уклад. Кроме того, кондратьевские волны являются одной из важнейших форм реализации индустриальных принципов производства.

Сводная система кондратьевских волн и соответствующих им технологических укладов выглядит следующим образом:

После 2030-х (2050-х по другим данным) возможно наступление технологической сингулярности, которая не поддается на данный момент анализу и прогнозу. Если эта гипотеза верна, то циклы Кондратьева могут оборваться ближе к 2030 году.

Ограничения модели Кондратьева

Кондратьевские волны до сих пор не получили окончательного признания в мировой науке. Одни ученые строят расчеты, модели, прогнозы исходя из К-волн (во всем мире и особенно в России), а значительная часть экономистов, в том числе и самых известных, сомневаются в их существовании или вовсе их отрицают.

Необходимо отметить, что, несмотря на всю важность вскрытой Н. Д. Кондратьевым цикличности развития социума для задач прогнозирования, его модель (как впрочем и любая стохастическая модель) всего лишь изучает поведение системы в зафиксированной (замкнутой) среде. Такие модели не всегда дают ответ на вопросы, связанные с природой самой системы, поведение которой изучается. При этом хорошо известно, что поведение системы является важным аспектом в ее изучении.

Однако не менее важны, а быть может даже наиболее важны аспекты системы, связанные с ее генезисом, структурные (гештальтные) аспекты, аспекты взаимодополнения логики системы с ее предметом и т. д. Именно они позволяют корректно ставить вопрос о причинах того или иного типа поведения системы в зависимости, например, от внешней среды, в которой она функционирует.

Циклы Кондратьева в этом смысле всего лишь последствие (результат) реакции системы на сложившуюся внешнюю среду. Вопрос вскрытия природы процесса такого реагирования сегодня и вскрытия факторов, которые влияют на поведение систем является актуальным. Особенно, когда многие, опираясь на результаты Н. Д. Кондратьева, А. В. Коротаева и С. П. Капицы об уплотнении времени, прогнозируют более или менее быстрый переход социума к периоду перманентного кризиса.

Источник