popovEP2 (Попов Е.П. - Теория линейных систем автоматического регулирования и управления), страница 27

При атом характериым является усложнение функций автоматических систем, повышение требований к их точности и палея~- ности, к легкости перенастройки программ управления, необходимость организации цеитрапизованного управления одновременно многими взаимосвязанными объектами ит. п. Все это приводит к нецелесообразности «нагромождения» традиционных алементов автоматики и отдельных регуляторов с устройствами связи и согласования, объединяющими их в едияу1о систему.

Введение ЦВМ в состав системы автоматического управления наилучшим образом решает указанные технические проблемы реалиаации многих современяых систем. Одним из определяющих факторов является успех миниатюризации устройств вычислительной техники, появлеиие иитегральных схем и микропроцессорных си- стем. Поэтому удается в малых габаритах и весах реализовать слоясные законы (алгоритмы) управления с обработкой большого количества исходной информации.

В одной и той ясе ЦВМ можно наложить рааличные программы управления и менять нх по мере необходимости в процессе эксплуатации. Большое значение для современной автоматики имеют также широкие воэможности выполнения ЦВМ различных логических операций наряду с вычислительными. С испольэованием ЦВМ исключаются трудные для традиционной автоматики вопросы увяэки между собой большого числа отдельных устройств, каналов и каскадов при формировании более илн менее сложных систем управления. Облегчается борьба с источниками ошибок, раэброса параметров и многих других недостатков, присущих традиционным автоматическим системам.

Наряду с этим при использовании ЦВМ лучше решаются вопросы проверки исправного действия системы и эадача автоматического поиска неисправностей для их устранения. Теперь уже можно говорить о том, что во многих случаях системы автоматического управления с ЦВМ становятся более выгодными по габаритам и весам, чем непрерывные системы, построенные на традиционных элементах автоматики, при выполнении тех ясе функций управления, Это особенно важно для бортовых ЦВМ в системах управления раэличного рода двнягущимися объектами. В сложных системах для решения задач управления не обяэательно ставить одну многофункциональную ЦВМ.

Часто более целесообраэиым является применение нескольких специалиэнрованиых микропроцессорных устройств в разных частях системы. Такие вычислители могут быть органически встроены в отдельные блоки системы. Это позволяет, кстати, раэвнть модульный принцип построения систем автоматического управления, когда раэличные сложные системы управления смогут быть сформированы как разные комбинации нз набора унифицированных цифровых блоков, единых для самых раэличных областей применения автоматических систем, Такой подход весьма целесообраэен для построения систем управления движущимися Объектами, для авто- ГЛАВА 9 САМОИАСТРАИВА(ОЩИЕСЙ СИСТЕМЫ й 9Л.

Виды самонастраивающихся систем Процесс проектирования автоматической системы, выгекающяй из рассмотрепного ранее материала по линейным (231 и нелинейным системам, предполагает, что известны параметры объекта управления, внешние воздействия, режимы работы. В результате будут определены ;труктура и все параметры системы управления, удовлетзоряющие заданным требованиям к точности н качеству процесса управления. Однако не всегда существует такая определенность всех укааанных факторов.

Часто ананне параметров объмтта управления, а иногда и структуры его математнче".кого описания, не является достоверным, т. е. они известны или приблиягенно нлн некоторые параметры дая~е полностью неизвестны. Могут быть также случаи, когда в объекте с переменными параметрами хорошо определеяы их значения в начальном состоянии, но законы измеаения параметров объекта в процессе зксплуатацни (нли двпженпя) известны плохо. А требования к качеству процесса управления, допустим, ставятся высокие. В этих случаях при проектировании невозможно создать хорошу|о систему управления с определеннымп параметрами, а иногда бывает невозможно точно определить даже и рацнональну1о структуру системы управления.

Тогда возникает необходимость создать не обычную систему автоматического управления, а такую систему, з которой параметры (а иногда и структура) айтоматически настрапвалпсь бы таким образом, чтобы фактически получающийся в ходе зксплуатацня (нли двиягения) процесс управления удовлетворял заданным требованиям. Цля етого необходимо в дополнение к обычному аамкнугому контуру системы управления вводить добавочное устройство, которое реагировало бы на определенные фак- торы, характеризующие систему, нли на тот плн иной показатель качества процесса управления, с тем, чтобы соответственно изменять некоторые параметры регулятора (например, коэффициент усиления) нли дая~е его структуру так, чтобы процесс управления получал требуемое качество.

Такие системы управления называются самонастраивающимися системами, Самонастраивающиеся системы, автоматически формирующие структуру регулятора в процессе эксплуатации, имеют еще специальное название — самоорганизующиеся системы. При этом в нпх может автоматически формироваться н алгоритм управления (закон регулирования) . Самонастраивающиеся системы могут служить и другим целям. Кроме неизвестных параметров объекта, па поведение системы оказывают влияние и внешние воздействия как задающие (в системах слежения), так и возмущающие, в том числе различные виды помех.

Прн больших диапазонах изменения внешних воздействий нли прн значительной их неопределенности такяге бывает целесообразным вводить самонастройку параметров (и структуры) системы управления. Это может делаться уже не по внутренним факторам и не по показателю качества (что труднее), а непосредственно — по более быстрой реакции на сами возмущающие и задающие воздействия~ Для этого потребуются устройства самонастройки иные, чем в описанном выше случае. То же самое касается и неопределенности режимов работы объекта, которыми надо управлять.

Возможно, что режимы работы системы будут аавнсеть от ряда разнообразных условий, меняющихся в процессе эксплуатации (нлн движения в какой-либо среде) нлн же просто заранее непредсказуемых. Тогда понадобятся нного рода устройства самонастройки, реагирующие на указанные условия и обстановку действия системы. Наконец, могут быть случаи, когда удовлетворение предъявленным к системе высоким требованиям точности н качества будет сопряя1ено с высокой точностью изготовления элементов системы управления в их стабильностью, которые, допустим, оказываются недостпжимымп нли слишком дорогостоящими прн современном уровне технологии производства. Тогда введение самонастройки параметров системы управленля может позволить достичь желаемого качества процесса управления при значительно пониженных технологических требованиях к элементам по точности н стабильности в изменяющихся либо резко необычных условиях эксплуатации, либо после длительного хранения, повлиявшего на свойства элементов.

Возможны н многие другие случаи, когда автоматические системы должны быть самонастраивающимися. Самонастраивающиеся системы являются одной из разновидностей адаптиеных систем автоматического управления. Адаптация является несколько более общим понятием, чем самонастройка. Адаптация означает, что в процессе достижения поставленной цели управления система самоприспосабливается к условиям среды, к окружающей обстановке, к неизвестным объектам и неизвестным путям двиясення к цели.

Система распознает обстановку, объекты, отыскивает пути н принимает решение о своем дальнейшем поведении прн осуществлении заданной цели управления. При атом система может обладать свойством самообучения, запоминания накопленного опыта действпй в различных ситуациях с последующей реализацией запомненного при повторении этих ситуаций. Поэтому адаптивные системы автоматического управления самопрнспосабливаются в процессе своего действия не только путем самонастройки параметров и структуры системы, но и более широким арсеналом способов, вплоть до использования возможностей искусственного интеллекта.

В данном учебном пособии мы ограничимся только обсуясдением самонастраивающихся систем. Итак, самонастраивающаяся система автоматического управления по сравнеии|о с обычными системами, изучавшимнся ранее, обладает специальным добавочным контуром самонастройки.

Этот контур самонастройки может быть разомкнутым нли замкнутым. Например, когда самонастройка производится по какому-либо показателю качества процесса управления л(г) (рис. 9.1), текущее значение которого определяется в процессе работы системы, получается замкнргьш" контур са во~ астройки (он реагирует на результат своого действия).

Контур самонастройки будет разомкнугыл, если он не связан с пзмереппем сигналов основного контура управления, а реагирует на косвенные величины г(Г), от которых зависят параметры объекта (например, скоростной напор, число Маха в летательных аппаратах) (рис. 9.2). Аналогично, если самонастройка производится по свойствам внешних воздействий: задающего д(1) или возмущающего 1(8) (рис. 9.3), то контур самоиастройки разомкиут — ои ке реагирует иа получаемый результат самонастройки.

При самокастройке по рен1иму работы Рис. 9.1. системы контур самонастройки может быть либо замкнутым, либо разомкиутым в зависимости от того, иа какой исходиый фактор в системе ои реагирует. Рис, 9.2. Система самонастройки по двум илп нескольким факгорам может иметь ряд контуров, замкнутых и разомкзутых. Процесс самонастройки состоит из следующих агапов: а) определение (измерекие, вычисление) исходного фактора дли самоиастройки; б) идептификацпя (определеш1е осповкых параметров али характеристик, необходимых для самонастройки); в) формирование воздействия на настраиваемую часть системы управления; г) изменение какого-либо параметра или структуры атой части системы.