Теория систем автоматического управления. В.А. Бесекерский, Е.П. Попов, 1975 (В.А. Бесекерский, Е.П. Попов - Теория систем автоматического управления), страница 9

п. для настройки величинкоэффициентов усиления, коэффициентов обратных связей и т. п.В тех случаях, когда параметры объекта изменяются во времени при его работе (т. е.динамика объекта описывается уравнением с переменными коэффициентами), причемхорошо известен закон их изменения во времени, можно заранее рассчитать, по какомузакону во времени нужно менять параметры регулятора, чтобы при данном изменениипараметров объекта качество работы системы в целом оставалось неизменно хорошим.В данном случае нужно будет включить в систему уже не ручную, а программнуюнастройку параметров регулятора по заданному закону во времени. В общем случаенеобходимо менять несколько параметров регулятора, корректирующего устройства илифильтра.Поскольку непрерывное изменение параметров не всегда удобно для конструкции,прибегают к ступенчатому изменению параметров регулятора через определенныепромежутки времени, рассчитанные так, чтобы за это время качество системы не сильноухудшалось.

При этом программным устройством в определенные моменты временибудут скачком подключаться или отключаться определенные участки сопротивлений,емкостей и т. п. для соответствующего изменения параметров регулятора.Указанные пути ручной или программной настройки параметров, конечно, неприводят к самонастраивающимся системам. Они были описаны только для того, чтобысделать более наглядным последующее изложение основ самонастройки.

Вместе с темизложенные методы программной настройки имеют и самостоятельное практическоезначение и часто применяется. Во многих случаях такого рода ручной или программнойнастройки параметров регулятора или системы управления бывает достаточно, чтобы всреднем <(с допустимыми отклонениями) получать желаемые качества работы системы втечение всего времени.

Однако на практике существует много случаев, когда указанныепути неприемлемы.Во-первых, часто характер работы объекта вообще не допускает ручной настройкипараметров системы управления во время эксплуатации. Во-вторых, составлениепрограммы изменения параметров регулятора часто невозможно либо вследствиенезнания истинного закона изменения хотя бы некоторых параметров объекта, либовследствие случайного характера их изменения.Это имеет место, например, в различных неустановившихся режимах полетаскоростных самолетов, когда встает задача о полной автоматизации управления. Такие жеситуации часто могут иметь место в системах управления многими производственнымипроцессами в металлургии, в машиностроении, в химической промышленности и т. п.Во всех этих случаях приходится прибегать к самонастройке параметров регулятора(системы управления) по заданному показателю желаемого качества работы системы.

Приэтом в системе должно иметься специальное автоматическое устройство для анализакачества работы объекта в данной системе по какому-нибудь заданному критерию (рис.2.13, а) или для анализа величины ошибок регулирования (рис. 2.13, б). В обоих случаяхэто устройство (анализатор) определяет отклонение качества системы от требуемогокачества и передает соответствующий сигнал на настраивающее устройство, котороеавтоматически изменяет параметры регулятора в нужную сторону, чтобы ликвидироватьнежелательное ухудшение качества работы системы.Критерий качества может быть выбран любым из применяемых в теориирегулирования или даже вновь выработан в интересах практики.

Выбор его зависит отназначения и конструкции системы.Таким образом, в самонастраивающихся системах данного типа сверх обычногозамкнутого контура регулирования (управления) имеется замкнутый контурсамонастройки (рис. 2.13).Дальнейшим развитием устройств самонастройки в системах данного типа являетсясамооптимизация системы, когда анализатор качества на схемах рис. 2.13 заменяетсяоптимизатором, т.

е. устройством, которое производит настройку параметров регулятораоптимальным образом, отыскивая экстремум качества по заданному критерию, вчастности, например, минимум ошибки регулирования.Если задачей обычной самонастройки (с анализатором качества) было сохранениезаданного качества системы в некоторых пределах, то задача оптимизатора (т. е.экстремальной настройки параметров регулятора) состоит в том, чтобы в каждый моментвремени при меняющихся параметрах объекта настраивать параметры регулятора так,чтобы получать максимум качества, возможный в данных реальных условиях.Такой оптимизатор должен содержать в себе, следовательно, устройствоавтоматического поиска экстремума качества (минимум ошибки), подобно поискуэкстремального задания регулируемой величины в рассматривавшихся ранееэкстремальных системах регулирования.

Но особенность оптимизатора здесь состоит нетолько в специфике той величины, экстремум которой ищется, но главным образом в том,что воздействует он не на настройку требуемого значения регулируемой величины, а нанастройку параметров корректирующих устройств самого регулятора.Самооптимизация (экстремальная самонастройка) является наиболее совершенным,но в то же время и наиболее сложным видом системы с замкнутым контуромсамонастройки параметров. В тех случаях, когда самонастройка применяется в системахуправления вследствие недостоверности знания свойств объекта, системасамооптимизации напоминает процесс самообучения системы 1). Система при этом путемавтоматического поиска как бы сама познает неизвестные свойства управляемого объектаи обучается управлять этим объектом наилучшим образом (сама настраивает параметрырегулятора, по экстремуму заданного критерия качества).В таких случаях можно поступать следующим образом: запустить указаннуюсложную самооптимизирующуюся (самообучающуюся) систему в пробную эксплуатациюи дать ей возможность самой настроить параметры регулятора.

Затем можно снятьустройство самонастройки вовсе и дальше эксплуатировать более простую систему спостоянной или с программной настройкой, выработанной в процессе самооптимизации(самообучения). Это, конечно, не всегда возможно.Одним из распространенных видов анализаторов и оптимизаторов качества всамонастраивающихся системах являются устройства из операционных усилителей илидругих математических моделей, построенных на блоках вычислительных машин,которые имитируют желаемое динамическое поведение объекта. Это эталонное качествоповедения модели сравнивается с реальным поведением системы, и параметры регуляторанастраиваются автоматически и таким образом, чтобы поведение системы «подогнать» кэталонному поведению модели.На этом же принципе производится «обучение» машины человеком.

В самом деле, вкачестве эталонной модели можно взять работу человека по управлению, например,процессами в металлургической печи. Можно ввести при этом все те же связи савтоматической системой, которые вводятся в указанной выше самонастраивающейсясистеме с моделью. Тогда в результате произойдет самонастройка параметров этойсистемы. Система настроится на работу, дающую те же результаты, которые даваларабота человека.Важная особенность такой системы заключается в том, что здесь не требуетсязакладывать заранее критерий качества (что требовалось выше), так как он содержится всамом характере действий человека.При помощи современных средств автоматики и вычислительной техники (включая,конечно, и присущие им логические операции) такого рода сложные задачи длянекоторых объектов оказываются вполне осуществимыми.

Пока что это делается толькодля длительно работающих объектов с медленным или с редким скачкообразнымизменением параметров, когда процесс самонастройки успевает за темпом изменениясвойств объекта. При быстром изменении параметров объекта и окружающих его условийпостроение таких самонастраивающихся систем является в настоящее время весьматрудной задачей.Возможны еще и другие виды систем с самонастройкой параметров регулятора,которые не производят непосредственно анализ или оптимизацию какого-либо показателякачества работы (или ошибки системы), а анализируют форму возмущающего изадаваемого извне управляющего воздействий на систему (рис.

2.14, а) и перенастраиваютпараметры регулятора в зависимости от формы воздействия по определенному правилу,заложенному заранее в настраивающее устройство. Это — системы с самонастройкойпараметров регулятора по возмущению..Применение их выгодно в тех случаях, когда внешнее воздействие может бытьизмерено с целью анализа его свойств и когда изменение егоформы является решающим для качества работы системы. Часто это имеет место вразличного рода следящих системах, особенно когда на вход системы вместе с полезнымсигналом поступает помеха. В этом случае для наилучшего воспроизведения полезногосигнала изменяющейся частоты на фоне случайных помех целесообразно было бы менятьполосу пропускания ел едящей системы.