Управление по эталонной модели

Идея управления по эталонной модели, предложенная в 1961 г. [1-3], может быть реализована при небольшой модификации схемы на рис. 11.27. Эта идея оказала большое влияние на работы по системам управления. Суть ее состоит в том, чтобы построить, синтезировать или адаптировать систему, общая импульсная характеристика которой наилучшим образом соответствует характеристике эталонной модели или характеристике некоторой идеальной модели.

Предположим, например, что динамические характеристики управления самолетом существенно отличаются для скоростей до звукового барьера и сверхзвуковых. Чтобы предоставить пилоту возможность адекватно управлять самолетом независимо от его скорости, вводится автопилот, который принимает сигналы управления пилота и приводит в действие управляющие сервомеханизмы. Реакция самолета на сигналы управления пилота соответствует реакции некоторой эталонной модели, которая выбирается разработчиком системы так, чтобы снабдить самолет «чувством руля», удобным для пилотов. Многие физические системы синтезируются так, что их характеристики подобны характеристикам моделей, и многие из этих систем являются адаптивными.

Реализовать описанный подход нетрудно, видоизменив схемы на рис. 11.11 или 11.27. Для этого нужно просто заменить обратную модель с задержкой на эталонную. Тогда общая характеристика системы скорее будет подобна характеристике эталонной модели, чем просто задержанному скачку. Такая модификация схемы приведена на рис. 11.28.

В системах на рис. 11.11 и 11.27 задержка введена для обеспечения возможности точного обратного моделирования, соответствующего низкому уровню СКО ей. При наличии задержки можно получить хотя и задержанный, но более точный отклик. Как отмечено выше, введение задержки необходимо в тех случаях, когда имеется задержка реакции в управляемой системе или эта система не является минимально-фазовой. При замене задержки на эталонную модель в случаях, когда задержка нужна для точного обратного моделирования, как правило, ее необходимо вводить и в эталонную модель.

Рис. 11.28. Управление с адаптивной обратной моделью, аналогичное рис. 11.27, но с включением эталонной модели

При этом нужно формировать такую характеристику эталонной модели, которую можно реализовать при последовательном включении управляемой системы и адаптивного фильтра, если весовые коэффициенты этого фильтра соответствуют минимальной СКО. Схема на рис. 11.28 хорошо функционирует тогда, когда для адаптивной системы задаются гибкие условия. Не следует, однако, считать, что эта схема менее инерционна или имеет более точный отклик, чем это возможно для управляемой системы и ее адаптивного устройства управления с конечной импульсной характеристикой.

Для примера адаптивной системы управления с применением обратного моделирования по эталонной модели рассмотрим следующую реализацию схемы на рис. 11.28:

эталонная модель: весовых коэффициентов в модели весовых коэффициентов в устройстве управления итераций адаптивного процесса. На рис. 11.29 показан отклик на единичный скачок нескомпенсированной управляемой модели, а на рис. 11.30 — отклик скомпенсированной системы, наложенный на отклик эталонной системы. Очевидно, что получено очень близкое приближение.

Рис. 11.29. Импульсный отклик нескомпенсировэнной системы

Рис. 11.30. Импульсный отклик скомпенсированной системы (показан крестиками) и требуемый импульсный отклик эталонной модели. Наложение графиков показывает, что процесс адаптации протекает успешно