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. 12.3. Функциональная схема СНС со стабилизацией амплитудно-частотной характеристики на частоте

Рис. 12.4. Амплитудно-частотные характернстики СНС (рис. 12.3).

выделяется с помощью узкополосного фильтра Ф, настроенного на частоту Колебания с выхода модели М и фильтра Ф системы предварительно выпрямляется с помощью выпрямителей В, а затем сравниваются в Сигнал ошибки, пропорциональный отклонению ординаты амплитудно-частотной характеристики системы от поступает на механизм настройки состоящий из усилителя У и вспомогательного двигателя Последний перемещает движок потенциометра, с помощью которого регулируется коэффициент усиления потенциометра и тем самым изменяет амплитудно-частотную характеристику системы.

Для стабилизации амплитудно-частотной характеристики системы на нескольких частотах применяют соответствующее количество аналогичных контуров самонастройки. К контуру самонастройки взаимодействие с основным контуром управления накладывает следующие два основных требования: пробные сигналы должны быть достаточно малы, быстродействие контура должно быть больше быстроты изменения стабилизируемых динамических характеристик основной системы.

Самонастраивающаяся система с моделью и большим коэффициентом усиления

В САУ, допускающих большие коэффициенты усиления, возможно достижение стабилизации динамических характеристик при использовании эталонной модели без соответствующей настройки параметров корректирующих устройств основной системы. Вариант структурной схемы такой системы изображен на рис. 12.5. В цепь обратной связи системы, состоящей из управляющего устройства и объекта с передаточными функциями вместе со звеном включено звено с большим коэффициентом усиления На вход цепи обратной связи поступает сигнал, равный разности выходных сигналов основной системы Р и модели Уравнения элементов 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.