Popov_2 (Попов П.М., 2000 - Организация автоматизированных систем подготовки авиационного производства (PDF)), страница 8

Уровень этих возмущающих воздействий снижается каксхемно-техническими решениями, так и программно-интерфейсными решениямивысокого уровня помехозащищенности. Для этого используют математические фильтры(типа фильтра Калмана), либо схемно-технические приемы с высокой степенью защиты отвозмущающих воздействий (интегральные схемы с высокой плотностью прожига).

Но всетаки основным приемом и современным решением при проектированииавтоматизированных систем является априорная математическая и электронная модели,по которым отрабатывается общая схема соответствия системы управления и объектауправления до выхода требуемого продукта.

Этот эффективный прием — метод можетинтерпретировать результат воздействия на объект управления возмущений, и, вконечном итоге, снизить влияние возмущений на процесс управления повышениемсоответствия математической модели ее электронной модели объекта управления с последующим построением адаптивных (легко адаптирующихся в процессе управлениятехнологическим процессом) управляющих систем.Рассмотрим некоторые приемы-способы устранения воздействия возмущений наобъект управления, так как по отношению к автоматизированной46системе управления функционально объект (технологический процесс, процесспроектирования и др.) управления является автономным.1. Управление по отклонениюЭтот принцип заключается в том, что система управления оказывает на объектуправления такое воздействие, что оно направлено на устранение отклоненияконтролируемой переменной от заданного значения (рис.2.5).Рис 2.5. Функционально-программная схема регулирования системы поотклонению,где 1 - элемент программного сравнения, вырабатывающий управляющий сигнал отклоненияфактического значения выходной величины от заданного;2 - элемент-усилитель сигнала рассогласования и его преобразования в вид, необходимый дляработы исполнительного органа (элемента);3 - исполнительный элемент-орган (или процессор);ОУ - объект (или система) управления;4 - датчик выходной контролирующей величины;f- действующие возмущенияОтклонение значения контролируемой величины от заданного под действием любыхвозмущений преобразуется в управляющее воздействие на объект управления,дополнительное к воздействию на этот же объект начальной командной установки,обеспечивающей получение заданных значений контролируемых выходных параметровпри отсутствии возмущений.

Для того, чтобы при очень больших коэффициентахусиления в цепи обратной связи на ее выходе появлялся сигнал, позволяющийкомпенсировать действие возмущений, необходимо учесть при проектировании системыуправления, что сигнал был и на входе обратной связи. Этот сигнал есть разность междузначением контролируемого выходного параметра и полученным при воздействии наобъект управления возмущения, из этого следует, что эта разность должна иметь конечноезначение, следовательно, в системах регулирования и управления по отклонению'невозможно полностью устранить воздействие возмущения на регулируемую величину [6](исключение составляет случай установившегося режима в астатических системах, когдаблок обратной связи вырабатывает регулирующее воздействие пропорциональноинтегралу отклонения фактического значения контролируемой величины от заданногозначения).

Из этого следует, что при регулировании по отклонению влияниевозмущений на объект управления хотя и можно уменьшить, но нельзя устранитьполностью. В этом заключается некоторый недостаток приема-способа устранениявоздействия возмущений на объект управлений.48тывает динамические свойства объекта управления. К достоинствам систем управления,использующих статические законы регулирования, относятся их хорошие динамическиесвойства и относительная легкость достижения устойчивости.

Желание учесть динамикудвижения системы приводит к необходимости учитывать прошлое состояние объектауправления, прогнозировать его апостериорное состояние и учитывать при управленииэтот прогноз (в виде, например, математической или электронной модели). Простейшийспособ прошлого состояния — это накопление значения отклонения реальнойтраектории движения управляемой точки от желаемого, то есть введение в законрегулирования интеграла от отклонения(2.25)при равных интервалах дискретности.В этом случае F - дискретная функция.В астатических системах регулирования можно достичь полной компенсациивозмущений, если возмущения редко воздействуют на объект управления.

Однако этотпроцесс идет достаточно медленно, и в это время успевают произойти изменения всостоянии системы управления, из-за чего в ряде случаев достичь устойчивого состоянияобъекта управления невозможно.Желание учесть апостериорное состояние объекта управления приводит кнеобходимости ввести в систему управления элемент, обеспечивающий получение такогосостояния (то есть математическая модель, модель электронная или натурная модель,выполненная на основе двух первых моделей). В качестве простейшей математическойоперации (моделирования), которую можно использовать для получения апостериорногосостояния движения управляемой точки, является выполнение первой производнойскорости ее движения.

Закон регулирования по первой производной(2.27)обеспечивает возможность управления с учетом апостериорного его состояния. Вдискретном варианте системы управления выражение (2.27) будет иметь вид0.28)Системы управления, которые реализуют при управлении закон (2.27) и (2.28),практически не встречаются, так как при малых значениях первой производной в системеуправления отсутствует обратная связь, а при боль-49ших значениях система управления оказывается неустойчивой. Поэтому, когда говорят озаконе регулирования по первой производной, имеют в виду закон регулирования,обеспечивающий наиболее эффективное управление:(2.29)В некоторых случаях в качестве закона регулирования можно использоватьизодромный закон регулирования:(2.30)Использование этого закона позволяет осуществить эффективное управлениеобъектом во время переходных процессов, обеспечиваемое действием обратной связи попервой составляющей формулы (2.30), что способствует относительно быстромузатуханию возникших переходных процессов.Повышение точности регулирования в установившемся режиме обеспечиваетсядействием обратной связи, определяемым вторым членом уравнения (2.30), можнопостроить-систему управления с гибкой обратной связью, при которой в зависимости отхарактера значения изменения Ау включаются в работу различные элементы цепиобратной связи или различные блоки алгоритмов управления.На различных участках движения (рис.

2.6) управляемой точки значенияуправляющих воздействий разные. При постоянном смещении фактической траекториидвижения по отклонению к желаемой управляющее воздействие, выработанное всоответствии с соотношением (2.25), постоянно будет расти и, следовательно, будет растиуправляющее воздействие по выводу объекта управления на требуемую траекторию; прималых отклонениях Ау, но относительно больших первых производных эффективноеуправление по первой производной также будет расти и может обеспечить большееуправляющее воздействие, чем воздействие, полученные в соответствии с законом регулирования (2.24) и (2.25).Однако при больших значениях первой производной такая система может оказатьсянеустойчивой.

В этом случае, а также когда первая производная оказывается малой илиравной нулю, управление можно вести с использованием закона управления ирегулирования по возмущению.2. Управление по возмущениюАвтоматизированныесистемыуправлениятехнологическойподготовкойпроизводства, построенные на принципе регулирования по возмущению, относительнопросты в проектировании и эксплуатации, а сам принцип регулирования достаточнохорошо изучен и освоен разработчиками, проектировщиками и системотехниками.

Внастоящее время на ряде промышленных (в том числе авиационных) предприятийиспользуются заимствованные автоматизированные системы проектирования иуправления разработками, построенные на основе теории инвариантности CIMATRON,CADDS-5, CATIA,51блока 2 остается неизменной в широком диапазоне амплитуд и частот, то инвариантностьсистемы управления будет существовать практически для всех возмущений, если они неочень велики. Это является одним из достоинств инвариантных систем, так как навозмущающее воздействие может не накладываться никаких ограничений, кромеконечных его величин.В ряде случаев при проектировании системы управления абсолютной инвариантностидостичь невозможно или просто не удается. Тогда для улучшения динамическиххарактеристик системы вводят контур управления по отклонению (рис. 2.8).Рис.

2.8. Функциональная схема комбинированной системы регулирования,обеспечивающая достижение инвариантности за счет использованиякомпенсационной связи, где 1 - блок сравнения;2 - усилительный блок;3 - исполнительный орган;4 - датчик отклонения фактического значения регулируемой величины от заданного;К - компенсирующий элемент;ОУ - объект управления;Г- действующее возмущение;- —г - возможные места подключения компенсирующей связиЗадачи построения инвариантных систем управления для множества возмущений ивыходных координат также решаются методами теории инвариантности.Особой эффективности от применения методов теории инвариантности можнодостичь применительно к сложным многомерным объектам управления (например,автоматизированное проектирование технологической оснащенности, инструмента истапельно-сборочной оснастки).

В многосвязанных объектах управления изменениеодного из регулируемых параметров ведет к изменению других так же, как изменениеуправляющего воздействия для управления одной из координат приводит к изменениюдругих (например, изменение размерных цепей фюзеляжа ведет к изменению размерныхцепей рубильников стапельной оснастки и т.п.). В системах управления и регулированияпо отклонению задача учета многосвязанности управляемых перемен-52ных решается с помощью математических моделей, которые всегда априорноприближенные.