Глава 11. АДАПТИВНЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
§ 11.1. Введение
Термин «адаптация» заимствован теорией управления из биологии, где им обозначают свойство приспособления организма к изменениям внешней среды. Так как элементы приспособления или адаптации существуют в любой автоматической системе, как в замкнутой, так и разомкнутой, то для выделения класса адаптивных систем необходимо дать характеристику тем условиям или требованиям, которые предъявляются к автоматическим системам управления и не могут быть качественно разрешены традиционными методами неадаптивного управления.
Прежде всего необходимость в адаптивных системах управления возникает в связи с значительным усложнением решаемых задач управления, причем специфическая особенность такого усложнения заключается в отсутствии практической возможности для подробного изучения и описания процессов, протекающих в управляемом объекте. Примерами таких объектов могут служить многокомпонентные технологические процессы в химической промышленности, где не представляется возможным описание всей совокупности химических реакций, термодинамических и других физических процессов, или современные высокоскоростные летательные аппараты, точные априорные данные о характеристиках которых во всех условиях
функционирования не могут быть получены из-за значительных разбросов параметров атмосферы, больших диапазонов изменения скоростей полета, дальностей и высот, а также из-за наличия широкого спектра параметрических и внешних возмущений.
Неадаптивные методы управления, как правило, предусматривают наличие достаточного объема априорных сведений о внутренних и внешних условиях работы объекта еще на предварительной стадии разработки системы, которые затем используются при проектировании автоматической системы. Чем полнее априорная информация о характеристиках системы и условиях ее работы, тем обычно выше качество неадаптивного управления. Отсюда видно, что создание адаптивных систем управления осуществляется в принципиально иных условиях, т. е. адаптивные методы должны способствовать достижению высокого качества управления при отсутствии достаточной полноты априорной информации о характеристиках управляемого процесса или в условиях неопределенности.
Вполне очевидно, что по мере усложнения задач, возлагаемых на автоматические системы управления, указанная неопределенность растет, т. е. становится все сложнее заранее определять характер изменения динамических свойств системы и управляемого процесса. Поэтому трудности в обеспечении надлежащего качества управления также возрастают по мере уменьшения объема априорных знаний о системе.
Благодаря адаптивным методам управления найдены достаточно эффективные способы преодоления указанных трудностей.
Эффект приспособления к изменяющимся условиям в адаптивных системах достигается за счет того, что часть функций по получению, обработке и анализу недостающей информации об управляемом процессе осуществляется уже не проектировщиком на предварительной стадии, а самой системой в процессе ее нормальной эксплуатации.
Такой частичный перенос функций способствует не только более полному использованию рабочей информации (совокупности данных о состоянии системы, получаемой непосредственно в процессе управления) при формировании управляющих воздействий, но и позволяет существенно снизить влияние неопределенности на качество управления, компенсируя в определенной степени недостаток априорного знания проектировщика об управляемом процессе.
Таким образом, к адаптивному управлению приходится обращаться тогда, когда сложность управляемого процесса достигает такого уровня, при котором влияние неопределенности или «неполноты» априорной информации об условиях работы системы становится существенным для обеспечения заданного качества процессов управления.
