12.2. Самонастраивающиеся системы автоматического управления со стабилизацией качества управления
В СНС со стабилизацией качества управления благодаря адаптации (настройке основного управляющего устройства
рис. 12.1) поддерживается с определенной точностью значение критерия качества
на заданном уровне. Самонастраивающиеся системы такого типа чаще всего применяются для стабилизации динамических свойств (характеристик) систем. В этом случае критерием качества могут служить непосредственно динамические характеристики системы (переходные функции и частотные характеристики), различные косвенные показатели качества переходных процессов (например, интегральные оценки), статистические оценки точности (например, среднеквадратическая ошибка). Необходимые при этом эталонные характеристики системы (объекта) можно формировать аналитически и с помощью эталонной модели системы (объекта). При аналитическом формировании эталонных динамических характеристик применяются вычислительные устройства, в частности микропроцессоры. Последние по величине входного сигнала и реакции системы вычисляют критерий качества системы
и его отклонение
от эталонного. На основании
формируется управляющее воздействие, осуществляющее настройку основного
Примером такой адаптивной системы является микропроцессорная система автоматического управления технологическим процессом (см. рис. 9.12), в которой микропроцессор МКП вырабатывает управляющие воздействия, изменяющие соответствующим образом уставки основных автоматических управляющих устройств АУУ.
Самонастраивающиеся системы с эталонной моделью
Вариант обобщенной функциональной схемы СНС с эталонной моделью М изображен на рис. 12.2. Эталонная модель может быть аналоговой или цифровой моделью основной системы, обладающей желаемой динамической характеристикой. В рассматриваемом случае основной системой является комбинированная САУ со связью по задающему воздействию
В состав системы входят корректирующие устройства в прямой цепи
и цепи главной обратной связи
, усилитель-преобразователь УП и управляемый объект УО. На вход эталонной модели М и основной системы поступает одно и то же задающее воздействие
либо пробные сигналы, вырабатываемые генератором
Выходные величины модели
и основной системы
сравниваются в элементе сравнения
контура адаптации. Если динамические характеристики модели и системы не идентичны, то возникает сигнал рассогласования
который подается на вход механизма настройки МН параметров. Последний обычно представляет собой или содержит интегрирующий элемент. Механизм настройки так изменяет параметры корректирующего устройства в прямой цепи основной системы
что сигнал рассогласования
уменьшается или сводится к нулю. Идентичности
Рис. 12.2. Вариант обобщенной функциональной схемы СНС с эталонной моделью.
динамических характеристик системы и модели также можно добиваться настройки параметров корректирующих устройств в главной обратной связи
или в связи по задающему воздействию СЗВ системы (соответствующие каналы воздействия на рис. 12.2 изображены штриховыми линиями). В частности, настройкой параметров СЗВ можно поддерживать выполнение того или иного условия инвентариантности (например, условия повышения порядка астатизма системы) при изменяющихся параметрах системы.
Таким образом, при изменении параметров системы (объекта) контур самонастройки с эталонной моделью настраивает параметры корректирующих устройств системы так, что динамическая характеристика всей системы остается неизменной, близкой к характеристике эталонной модели.
Чтобы можно было обеспечивать идентичность динамической характеристики системы с характеристикой эталонной модели изменением параметров физически реализуемых корректирующих устройств, структура (алгоритмическая схема) эталонной модели должна быть сходной со структурой основной системы. В ряде случаев оказкваегся возможным применение упрощенной модели системы в виде колебательного или апериодического звена. Параметры эталонной модели должны выбираться с учетом ограничений координат реальной системы.
Самонастраивающаяся система стабилизации амплитудно-частотной характеристики с моделью
Функциональная схема СНС со стабилизацией амплитудно-частотной характеристики основной системы на одной частоте
изображена на рис. 12.3 [81]. Генератор пробных сигналов
вырабатывает гармоничное колебание частоты
Это колебание поступает на эталонную модель М и на основную систему. Амплитуда
выходного колебания модели на частоте
соответствует ординате Мы
желаемой амплитудно-частотной характеристики системы (рис. 12.4). Колебательная составляющая выходного сигнала системы
Рис. 12.5. Структурная схема ССН с моделью и большим коэффициентом усиления.
Исключив из системы уравнений промежуточные переменные, определяем комплексную (заменив
передаточную функцию всей системы
В области частот, где
и
выполняется приближенное равенство
комплексная передаточная функция всей системы определяется желаемой передаточной функцией модели, несмотря на возможные изменения параметров основной системы.