ГЛАВА 12. САМОНАСТРАИВАЮЩИЕСЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

§ 12.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ САМОНАСТРАИВАЮЩИХСЯ СИСТЕМ

Самонастраивающимися называются САУ, в которых параметры и структура управляющего устройства, а возможно, и управляющие воздействия автоматически изменяются на основе текущей информации для осуществления требуемого (обычно оптимального) управления объектом при начальной неопределенности сведений о процессе и условиях работы.

Необходимость в разработке самонастраивающихся систем вызвана следующим. Для синтеза систем управления, кроме заданных требований к качеству процесса, необходимо иметь информацию об объекте, о возмущениях, действующих на объект, и о начальном состоянии объекта. Для многих современных объектов управления получение этой информации либо совсем невозможно, либо связано с затратой больших материальных средств и значительного времени. К таким объектам необходимо отнести многие сложные производственные комплексы, летательные аппараты и т. д. Далее, если система была синтезирована при наличии всей необходимой информации, то в процессе ее заводского изготовления неизбежны отклонения от проекта. Эти отклонения могут возрасти при транспортировке и хранении вследствие естественного старения элементов системы. В процессе эксплуатации могут возникать постепенные или мгновенные отказы отдельных элементов или узлов системы управления. Таким образом, в принципе трудно заранее знать характеристики реального объекта до момента их определения.

Известно, что качество процесса управления определяется не только свойствами объекта и регулятора, но и возмущениями, действующими на систему. Во многих случаях проектировщики системы не знают, какие именно возмущающие воздействия будут прикладываться к объекту и регулятору в условиях эксплуатации.

В связи с указанным естественно потребовать, чтобы система в процессе эксплуатации сама автоматически получала и использовала для выработки требуемых управляющих воздействий недостающую информацию. При этом система приобретает новое качество — качество самонастройки (самоприспособления или адаптации).

Теория самонастраивающихся систем — это новая область теории управления. Еще не установлена твердо терминология и не существует строгой классификации этих систем. Самонастраивающиеся

системы обеспечивают поддержание экстремального или заданного значения определенного показателя качества. По способу получения информации о текущем значении показателя качества самонастраивающиеся системы принято подразделять на поисковые (экстремальные) и беспоисковые (аналитические).

В поисковых системах экстремум показателя качества находится в результате поиска во времени в пространстве входных координат объекта (управляющих воздействий).

В беспоисковых системах наилучшее управление обычно находится в результате использования аналитических зависимостей, связывающих желаемое значение показателя качества с параметрами управления.

Рис. 12.1 Общая схема самонастраивающейся системы

В общем случае работа самонастраивающейся системы характеризуется тремя этапами:

1) получением информации о текущем состоянии процесса управления (о характеристиках объекта, внешних воздействий или об отклонении от оптимального режима) — идентификацией;

2) обработкой этой информации и нахождением величин управляющих воздействий (настройки, параметров, структуры);

3) реализацией полученных управляющих воздействий.

На рис. 12.1 изображена общая схема самонастраивающейся системы. Трем этапам процесса самонастройки соответствуют специальные блоки — анализатор А, синтезатор С и исполнительное устройство На рисунке приняты следующие обозначения: у — выходной сигнал системы; — входной сигнал; — помеха, — корректирующие воздействия контура самонастройки; пробные сигналы; сигналы для получения информации о разомкнутом контуре основной системы; Р — регулятор; О — объект; — звено обратной связи.

Анализатор представляет собой устройство для определения динамических характеристик системы и, возможно, входных сигналов Он может использоваться для определения динамических характеристик как всей замкнутой системы, так и только объекта

регулирования. В первом случае на анализатор должны поступать сигналы со входа и выхода системы. Во втором случае используются сигналы на входе и выходе объекта. Кроме того, этот блок может производить оценки помех и полезного сигнала

Синтезатор — это устройство, предназначенное для определения на основе заданного критерия самонастройки требуемых настроек, параметров или структуры регулятора.

Исполнительное устройство контура самонастройки воздействует на изменяемую часть регулятора либо путем перестройки его параметров (сигнал либо путем выработки дополнительного задающего сигнала . В случае необходимости исполнительное устройство вырабатывает пробные сигналы для организации поисковых колебаний системы в целях упрощения процесса идентификации. Для организации поисковых колебаний могут быть использованы также сигналы