popovEP2 (Попов Е.П. - Теория линейных систем автоматического регулирования и управления), страница 28

На первом этапе а) процесса самонастройки измеряется какая-либо переменная, например сама выходная величина х(г) или частота ее колебаний, или декремент Рзс. 9.3. затухания, или, в других случаях, величины б(Ю), Д1), их частоты, порядок величпн и т. п. Измеренная величина может непосредственно слуяшть исходным фактором для самонастройки или же последний вычисляется на основании данных измерений. Вто зависит от критерия, избранного для самонастройки.

Второй этап б) — идентификация — э простейших случаях может содержать лишь сравнение фактического значения исходного фактора, найденного в элементе а), с эталонным. Но во многих случаях идентификация включает более или менее сложные вычислительные операции с временными, частотными или статистическими характернст1шамя процесса, внешнпх воздействий нля свойств среды с целью определения параметров объекта, координат состояния или других факторов. Третий зтап в) состоит в определении того, насколько надо иаменить определенный параметр системы управления илн как переформировать структуру системы, чтобы прнвестп характеристики системы к вталонным плп нувшым образом учесть пзменпвшнеся внепшпе воздействия илн свойства среды и другие факторы. В результате подается соответствующий корректирующий сигнал в настраиваемую часть системы.

Наконец, четвертый этап г) состоит в реалпэацнн иэиенения параметра нлн структуры настраиваемой части :истемы в соответствии с укаванным корректирующим :пгналом. Описанная схема процесса самонастройки лишь прниеряо отрангает фушщиойнрованне контура самонастройан в общей форме. Конкретные же системы могут быль Рвс. 9мь зссьма раэличными.

Контур самонастройки может вклюгать в себя действительно четыре устройства, соответствуощне укаэанным выше элементам процесса самонастройхи (рис. 9.4 и 9.5). Однако структурно эти элементы Рис. 9.5. иогут как объединяться, так и расчленяться. Элемент идентификации может иметь дополнительную структураую единицу — выработку эталона пли динамическую модель (рис. 9.6 блок д), Д~л~~ существенным является способ выявления исходного фактора' для самонастройки; с помощью подачи специального пробного воадействня на систему управления (на объект) или же путем анализа естественного хода процесса управления; путем полока экстремального значения показателя качества как критерия самонастройки нли яге путем беспонскового определения (вычисления) критерия самонастроикн. В связи с этим различают поисковые и беспоисковые самонастраивающиеся системы.

Применяются также термины: экстремальные системы и аналитические самонастраивающиеся системы, Ряс. 9.6. Мы рассмотрели общие понятия о самонастраивающихся системах, характеризующихся в дополнение к основному замкнутому контуру автоматического управления наличием специального добавочного контура самонастройки. Такие системы называют иногда системами с активной самонастройкой.

Существует, однако, ряд систем автоматического управления и регулирования, не имеющих специального добавочного контура самонастройки, по по существу обладающих некоторыми свойствами самонастраивающихся систем. Такие системы называются системами с пассивной самонастройкой или системами, эквивалентными самонастраивающимся. К последним принадлежат, например, системы с нелинейными корректнрующпми устройствами (см. гл. 7) н системы с пере« менной структурой. В этих системах автоматически меняются параметры закона управления (по нелинейным зависимостям) прп изменения размера ошибки регулирования нлп в зависимости от определенной созокупностя координат состояния системы.

Кроме того, в ннх мо»кно автоматпческп стабилизировать необходимые частотные свойства системы прп переменных параметрах объекта нли прн наличии дестабилизирующего влияния неизбежно присущих системе вредных нелинейпостей. Нелинейные системы, в которых органнауется скольаящий процесс, также являются системамн, эквивалентными самонастраивающимся.

В ннх, как лы видели, в идеале достигается полная независимость, а практически — слабая зависимость динамических свойств системы от переменных параметров объекта дансе при существенном их изменении. Наконец, к пассивной самонастройке мондино отнести н свойство нелинейных систем, заключающееся в существенном различил их динамического поведения в быстрых и медленных составляющих процесса (см. гл.

б). Это используется в иня~енерной практике для придания я<знаемых свойств системе в основной медленной составляющей процесса управления, в частности путем организации определенных колебаний быстрой составляющей (например, вибрационное сглаживание нелииейностей).

Система моя«ет быть построена так, что быстрая часть движения будет определяться главными переменными параметрами системы, а основная медленная часть процесса будет иметь почти неизменные требуемые характеристики. Практическое значение различных систем, аквнвалентных самонастраивающимся (т. е. систем с пассивной самонастройкой) весьма велико, так как в нпх «самонастройка» происходит в темпе самого процесса управления, в то время как в активных самонастраивающихся системах (рис.

9Л вЂ” 9.6) часто возникают больппге трудности создания быстродействующего контура самонастройки. Высокое быстродействие контура самонастройки требуется потому, что надо успеть перенастроить параметры основного контура управления раиыпе, чем в нем закончится данный переходный процесс (нли же существенно изменится поведение системы). Это касается особенно систем с замкнутым контуром самонастройки (рис.

9.1, 9.4) и в значительно мепыпей степени— с разомкнутым контуром (рпс. 9.2, 9.3, 9.5), когда не требуется анализа свойств процесса л(»). Системы само- застройки с моделью (рпс. 9.6) во мотях случаях обладают преимуществом в атом отношении. Имеет смысл такн~е создание систем, в которых основной контур управления обладает пассивной самонастройкой (за счет спепиальной нелинейности), а к нему добавляется дополннтельныи контур активной самонастройки.

$9.2. Системы с разомкнутой цепью самонастройки Рассмотрим случаи, когда самонастройка параметров системы управления производитсн не на основании анализа фактического процесса управления, а путем измерения каких-либо внешних факторов, влияющих на поведение системы, и последующего формирования (вычисления) сигналов для коррекции параметров системы управления (рис. 9.7). В данной схеме под )(1) подразумевается либо внешнее воамущающее воадействие (если его поясно измерить), либо какие-то характеристики внешней среды„поддающиеся измерению. При этом можно намерять не непосредственно те исходные факторы, которые берутся в основу самонастройки, а некоторые вспомогательныевеличины, легко измеряемые, по которым можно вычислить укааанные исходные факторьь То же самое относится и к косвенной идентификации параметров объекта.

Например, при управлении полетом самолета по измерению уровня топлива в баках можно вычислять изменяющуюся массу самолета, которая входит в козффициенты уравнения динамики управляемого объекта, а на основании етого можно подсчитать и необходимую коррекцию коэф- фициента усиления автопилота со стороны контура самонастройки.

Прн управленлп полетом с существенно изменяющейся высотой и скоростью полета в качестве измеряемых величин, влияющих на параметры управляемого объекта, могут быть взяты плотность воздуха р и скорость движения относительно воздушной среды о (рис. 9.8). От Рис. 9.В. них зависят коэффициенты уравнения динамики объекта, а значит, могут быть вычислены и необходимые сигналы для коррекции параметров системы управления. В этих случаях в устройстве самонастройки параметров системы управления должен иметься компактный специализированный вычислитель. Рис. 9.9.

В системах слежения самонастройка такого типа может применяться для настройки параметров управляющего устройства по измерению входного воздействия у(~) (рнс. 9.9), если прн широком диапааоне изменения а(~) по величине или по спектру частот качественное слежение требует автоматического изменения параметров си- стемы в процессе работы пли же если необходимо автоматически перснастрапвать спстему в связи с различными андами помех, поступающих на вход системы вместе с полезным сигналом К(~). Разомкнутая цепь самонастройки моягет быть применена в следящих системах и других автоматических системах еще в тех случа- и ях, когда значительно меняется нагрузка на выходе, а характеристика исполнительного устройства смещается с увеличением нагрузки, как показано на рис.

9ЛО. 'Тогда необходимо, измеряя нагрузку,' производить соответствующую перенастройку величины коэффициента усиления в управляющем устройстве системы, чтобы сохранить ааданное качество процесса управления (рис. 9.11). Основой самонастройки во многих иа указанных случаев (рнс. 9.7, 9.8, 9.11) может слузкить требование сохранения неизменной передаточной функции замкнутой системы (отвечающей заданному качеству процесса управления) при меняющихся по какой-либо причине параметрах обьекта.