ГЛАВА 12. Адаптивные системы автоматического управления

12.1. Определение адаптивных систем автоматического управления и их классификация

Необходимость построения адаптивных систем

При проектировании систем автоматического управления обычно исходят из известного характера воздействия на систему и предполагают, что этот характер, а также параметры системы при работе не изменяются или изменяются в малых пределах. Например, часто задающее воздействие аппроксимируют полиномом степени и рассчитывают систему (определяют порядок астатизма, строят желаемую ЛАЧХ, находят параметры корректирующих устройств) таким образом, чтобы обеспечить требуемые показатели качества (динамическую ошибку, перерегулирование, время регулирования и др.) или добиться экстремального значения критерия оптимальности. При поступлении на вход системы случайных задающего воздействия и помехи синтезируют оптимальную систему с минимальной среднеквадратической ошибкой, исходя из средних статистических характеристик воздействия. Однако характеристики реальных внешних воздействий могут существенно отличаться от принятых при расчете системы вследствие неполной априорной (начальной) информации об этих воздействиях. Поэтому и процессы, происходящие в системе, будут отличаться от расчетных или оптимальных, а ошибки системы могут превосходить допустимые.

Кроме изменения характеристик внешних воздействий не остаются постоянными также некоторые параметры управляемого объекта или системы в целом, а самопроизвольно изменяются по мере «старения», изменения окружающей среды, давления, влажности и по другим причинам. Примером объекта с изменяющимися параметрами является самолет или ракета — при полете изменяются их массы вследствие сгорания горючего и коэффициенты трения об окружающую среду. Обратная связь в САУ с принципом управления по отклонению, хотя и уменьшает влияние изменения параметров системы на ее работу, однако это изменение приводит к расстройке системы, отклонению процесса управления от расчетного, ухудшению ее показателей качества.

Таким образом, в условиях неполной априорной информации (т. е. в условиях начальной неопределенности) о внешних воздействиях и о параметрах объекта управления задача управления усложняется. Возможность управления объектами при неполной априорной информации основана на применении адаптации в автоматических системах,

Рис. 12.1. Обобщенная функциональная схема адаптивной системы.

которая уменьшает первоначальную неопределенность на основе использования информации, получаемой в процессе управления.

В адаптивных (приспосабливающихся) системах автоматически в процессе работы системы пополняется иформация об изменении характеристик внешйих воздействий и параметров объекта и в соответствии с этой текущей (рабочей) информацией автоматически изменяется алгоритм управления системы, обеспечивая необходимое или наилучшее (оптимальное по какому-либо критерию) качество управления объектом при изменяющихся условиях работы. Автоматическое изменение коэффициентов и вида алгоритма управления, в соответствии с которым формируется управляющее воздействие, достигается в общем случае изменением уставки, параметров и структуры управляющего устройства и требует дополнительных устройств. Функциональная схема адаптивной системы в общем виде изображена на рис. 12.1. Эта система состоит из двух частей — основной системы управления (устройство управления управляемый объект УО, охваченные обратной связью) и устройства управления автоматической адаптации Основная система в зависимости от ее назначения решает определенную задачу (например, задачу стабилизации, программного управления, воспроизведения, преобразования), а устройство управления автоматической адаптации осуществляет настройку устройства управления основной системы изменяя ее параметры или структуру с целью обеспечения необходимого процесса управления при изменяющихся условиях работы. В частности, если изменяются характеристики задающего а и возмущающего воздействий, то в результате анализа поступающих в этих воздействий определяются их текущие характеристики (например, вид аппроксимирующегося полинома, спектральная плотность). В соответствии с этими характеристиками по заранее заложенному алгоритму в управляющем устройстве вырабатывается управляющее воздействие V и. перестраиваются параметры или изменяется структура основного обеспечивая каждый раз минимальную ошибку системы.

Если уход системы от расчетного режима вызван отклонениями параметров системы (чаще всего управляемого объекта), то для соответствующей настройки необходимо выявлять эти отклонения. Посколькунепосредственное измерение параметров системы (объекта) представляет собой сложную задачу, то выявление отклонений параметров осуществляется косвенным способом — по реакции системы (объекта) на рабочий сигнал, а чаще всего — на специальные пробные воздействия, которые подаются на Последние вводятся в систему, если рабочий сигнал недостаточен для получения необходимой информации. Реакция системы (объекта) подается в где анализом определяется некоторый показатель качества — критерий качества I (например, число колебаний реакции системы на ступенчатое

или импульсное пробное воздействие) и его отклонение от желаемого. Если реакция системы отличается от желаемой, то в вырабатывается управляющее воздействие V, которое изменяет некоторые параметры (например, коэффициент усиления системы, постоянные времени корректирующих устройств) или структуру таким образом, что отклонение текущего критерия качества от желаемого уменьшается или сводится к нулю.