Теория систем автоматического управления. В.А. Бесекерский, Е.П. Попов, 1975 (В.А. Бесекерский, Е.П. Попов - Теория систем автоматического управления), страница 10

Это можно сделать, например, путем измененияпостоянной времени фильтра в управляющей части указанной следящей системы взависимости от измеренной частоты поступающего извне сигнала или других свойствсигнала и помехи. В результате вместо обычной следящей системы получитсясамонастраивающаяся система по возмущению типа представленной на рис. 2.14, б (ееназывают часто следящей системой с саморегулированием параметров).

При этоманализатор свойств внешнего воздействия может быть, более или менее сложным,основанным на анализе вероятностных характеристик полезного сигнала и помехи.§ 2.6. Системы с самонастройкой структуры (самоорганизующиеся системы)Все те же задачи самонастройки и некоторые новые задачи целесообразно бываетрешать не путем изменения параметров регулятора, имеющего» определенную структуру,а путем изменения самой структуры регулятора не заданным заранее образом. Это —системы с самонастройкой структуры (самоорганизующиеся системы).В рассмотренных ранее системах при автоматической настройке параметроврегулятора закон регулирования был заранее задан, а менялись не заданным заранееобразом лишь входящие в него коэффициенты. Теперь же при автоматической настройкеструктуры регулятора не задан вообще даже и закон регулирования; в общем случаенеизвестно заранее, какие корректирующие устройства и как вводить, какие логические ивычислительные операции производить.

В общем случае может меняться структура нетолько усилительно-преобразовательного, но и измерительного устройства системыуправления, если почему-либо выгодно применять разные принципы измерения или жеизмерять разные исходные величины в разных условиях работы объекта (подобно тому,как человек использует в разных условиях то зрение, то слух, то осязание и т.

п. или ихкомбинированное действие).В частных случаях возможны более простые самоорганизующиеся системы, вкоторых заранее не задана структура лишь одной небольшой части системы, а структураостальной части задана неизменной. В законе регулирования может быть определено,например, что сигнал по отклонению регулируемой величины обязательно идет поструктурно-заданному каналу, а добавляемые сверх этого корректирующие устройствасамоорганизуются.Говоря о самонастройке структуры или, что-то же самое, о самоорганизации,необходимо подчеркнуть, что имеется в виду автоматическое изменение структуры незаданным заранее образом.

Это весьма существенно.В самом деле, когда рассматривались нелинейные законы регулирования (§ 2.2), ужеговорилось, об изменении структуры регулятора. Там могли включаться и отключатьсяпроизводные и интеграл, могла включаться или переключаться обратная связь и т. п. Новсе это делалось хотя и автоматически, но заранее заданным образом в зависимости отзначения отклонения регулируемой величины и ее производных. Такое изменениеструктуры относится не к самоорганизации, а к нелинейным законам регулирования.Нелинейные законы регулирования применяются, в частности, в оптимальныхавтоматических системах.Точно так же, если бы структура регулятора менялась программным устройством поопределенному заданию во времени, это тоже не относилось бы к самоорганизации, также как программное изменение параметров, рассматривавшееся в предыдущем параграфе,не относилось к самонастройке параметров.Равным образом к самоорганизующимся системам не относятся многиесуществующие измерительные системы, в которых имеется несколько измерительныхприборов, основанных на разных принципах измерения одной и той же величины, когдаобработка информации от всех этих приборов и их включение и отключение заранеезапрограммированы либо во времени, либо в зависимости от размера и скоростиизменения измеряемой величины.

Вообще же возможна, конечно, и самоорганизация визмерительных системах со многими чувствительными элементами.В самоорганизующуюся систему закладывается лишь тот или иной определенныйкритерий качества работы системы или комбинация критериев для разных внешнихусловий работы системы. Система сама путем автоматического поиска с применениемвычислительных или логических операций выбирает такую структуру (из возможных,имеющихся в ее распоряжении), при которой удовлетворяется заданный критерийкачества работы всей системы. Это делается путем подключения и отключений различныхзвеньев в некоторой логической последовательности с фиксированием (запоминанием)более удачных структур.При любой самонастройке и, особенно при самоорганизации может быть учтенотребование повышения надежности и предусмотрена возможность работы системы привыходе из строя каких-либо звеньев.В самоорганизующейся системе, как и прежде, должен быть либо анализатор, либооптимизатор качества. Анализатор ставится, когда нужно обеспечить просто заданное вопределенных пределах качество.

Оптимизатор же предназначается для отыскания иосуществления максимально возможного в данной системе (при данных реальныхусловиях ее работы) качества.В крупном плане общую схему системы можно представить в таких же вариантах,как на рис. 2.11 и 2.12, но только не с настраивающим устройством, а с логической схемойпереключения отдельных звеньев системы в соответствии с сигналами анализатора илиоптимизатора. В качестве анализатора здесь тоже может применяться, в частности,математическая эталонная модель объекта с желаемыми свойствами.Замена такой модели действиями человека позволяет и здесь производить как быобучение машины человеком.

Это совершенно аналогично той картине процессаобучения, которая была описана выше в связи с самонастройкой параметров, но здесьимеет место, образно говоря, более высокий уровень, обучения.Как и прежде, здесь в ряде случаев возможна установка на объектсамоорганизующейся системы регулирования лишь в начальный период егоэксплуатации. Затем самоорганизующаяся система может быть снята и заменена болеепростой системой с определенной структурой или со структурой, меняющейся попрограмме, которая была автоматически выработана в процессе работысамоорганизующейся системы.Очевидно, что при прочих равных условиях самоорганизация, т. е. автоматическийпоиск наивыгоднейшей структуры системы по результатам анализа или оптимизациикачества ее работы; является процессом более сложным и более длительным, чемсамонастройка параметров, а потому пока что значительно более далеким от примененияк автоматическому управлению динамическими объектами, где не только поиск, но и сампо себе анализ качества работы требует некоторого промежутка времени.

Поэтому здесьопять-таки речь может идти в настоящее время об объектах, работающих в более илименее стационарных условиях, изменяющихся либо медленно, либо редкими скачками.Как уже отмечалось, к экстремальным и самонастраивающимся системамприменяются также термины адаптивные или «приспосабливающиеся» системы исистемы с автоматической оптимизацией (в том случае, когда автоматическаяоптимизация используется не в процессе проектирования, а в самой системерегулирования или управления в процессе ее эксплуатации).

Кроме рассмотренных вышесуществуют различные другие аспекты самоорганизации, самообучения и т. п., которыерассматриваются в литературе по кибернетике; изучающей наиболее общие законыуправления и преобразования информации в автоматических системах, в системах связи, ввычислительных и других машинах, а также и в живых организмах с общей точки зрения.Чем дальше развивается автоматика в технике и познания в биологии, тем большепоявляется аналогий функционирования автоматических систем и живых организмов, втом числе системы нервной высшей деятельности и головного мозга человека. Изучениеэтих аналогий, рассматриваемых с общей кибернетической точки зрения, оказываетсяочень полезным как для техники, так и для биологии.

В частности, техника автоматизацииеще далеко не полностью использует возможности нелинейных законов регулирования,самонастройки, самоорганизации и высокой надежности, которые имеют место впроцессах управления и преобразования информации в живых организмах.В целом ряде систем управления техническими объектами в качестве «звена»замкнутой системы участвует человек-оператор. В связи с этим развивается новая важнаяобласть технической кибернетики, называемая инженерной психологией, которая изучаетпроблемы взаимодействия человека-оператора с автоматикой в системах управления ипреобразования информации.

Это приобретает теперь особенно важное значение нетолько в процессах управления производством, но также и в связи с совершенствованиемпроцессов управления скоростными самолетами и в связи с развитием космическихполетов.В заключение отметим, что техническая реализация самонастраивающихся исамоорганизующихся систем регулирования и управления в большинстве случаевсложнее, чем систем с нелинейными законами регулирования. Но при этом и возможностисамонастраивающихся систем значительно шире. Однако инженер должен иметь в виду,что во многих случаях при помощи нелинейных законов регулирования, прощереализуемых на практике, можно успешно решать ряд таких задач, которые с точкизрения линейной теории регулирования считаются требующими самонастройки какнеразрешимые в рамках этой линейной теории.Р А 3 Д ЕЛIIОБЫКНОВЕННЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГОРЕГУЛИРОВАНИЯГЛАВА 3ЛИНЕАРИЗАЦИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ СИСТЕМАВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ§ 3.1.

Линеаризация уравненийПри составлении дифференциальных уравнений динамики любой автоматическойсистемы последнюю разбивают на отдельные звенья и записывают уравнение каждогозвена в отдельности. Уравнения всех звеньев образуют единую систему, которую можнопреобразовать к одному уравнению путем исключения промежуточных переменных.Уравнение звена должно быть составлено так, чтобы оно выражало зависимость (вдинамическом процессе) между теми величинами, которые в схеме исследуемой системыуказаны на выходе и входе данного звена, т.