Системы с переменной структурой

Системы с переменной структурой

Большие дополнительные возможности улучшения процессов регули­рования дает нелинейное управление работой объекта путем изменения структуры регулятора в зависимости от размеров и знаков входных величин, поступающих  в  регулятор   от измерительного   устройства.

При этом могут использоваться комбинации линейных законов регу­лирования. Например, если известно, что при одном линейном законе регу­лирования получается быстрое начальное изменение регулируемой величи­ны, но с большими последующими колебаниями (кривая 1, рис. В.7), а при

другом линейном законе регулирования — медленное изменение, но плавный подход к новому установившемуся режиму (кри­вая 2, рис. В.7),

Рис. В.7.

то можно, включив сначала первый закон, переключить затем систему на второй закон в некоторой точке А, когда отклонение х достигнет определенного значения х_А. В результате процесс регулирования изобразится кри­вой 3 (рис. В.7), объединяющей оба каче­ства — быстроту и плавность процесса.

Для осуществления этого необходимо иметь в системе переключающее устрой­ство, срабатывающее в данном случае при х = х_А (рис. В.8).

Если   в   такой системе с переменной структурой   все  звенья линейные,   то  за счет указанного переключения, происходящего автоматически в процессе регулирования, система становится нели­нейной. Это можно сравнить с тем, как получается нелинейная статиче­ская характеристика из отрезков прямых линий. Но здесь имеет место нелинейная динамическая характеристика, состав­ляемая из последовательности разных линейных дифференциальных урав­нений, соответствующих первому и второму законам регулирования.

Рекомендуемые материалы

Рис. В.8.

В общем случае срабатывание переключающего устройства в системе с переменной структурой может происходить от нескольких входных вели­чин. При этом кроме основной нелинейности, возникающей за счет переклю­чения структуры, дополнительно могут иметься какие-либо нелинейные свойства в отдельных других звеньях регулятора или объекта.

Системы  с  самонастройкой  программы   (экстремальные  системы)

Раньше речь шла все время о таких системах регулирования, в которых требуемое значение регулируемой величины было заранее задано либо постоянным, либо изменяющимся по определенной программе во времени; в следящих системах оно задавалось извне во время работы системы.

В отличие от них экстремальными системами регулирования называются такие, которые сами ищут наивыгоднейшую программу, т.е. то значение регулируемой величины, которое нужно в данный момент выдерживать, чтобы режим работы регулируемого объекта был наивыгоднейшим. При этом имеется в виду уже не выбор закона регулирования, а автоматический поиск требуемого наивыгоднейшего значения регулируемой величины при изме­няющихся внешних условиях работы объекта. Таким образом, на систему называемую экстремальной, сверх обычной задачи автоматического выдер­живания требуемого значения регулируемой величины, накладывается допол­нительная задача автоматического поиска наивыгоднейшего значения тре­буемой регулируемой величины, т.е.  самой программы регулирования.

Рис. В.9.

Следовательно, в таких системах вместо программного устройства или задатчика ставится устройство автоматического поиска (рис. В.9), которое производит анализ какой-нибудь характеристики объекта z и подает в регу­лятор требуемое значение регулируемой величины х₀ так, чтобы данная характеристика z(х₀) получила экстремальное (максимальное или минималь­ное)  значение.

Например, характеристика z(x₀) может быть коэффициентом полезного действия регулируемого объекта (например, двигателя) или величиной рас­хода горючего в объекте. Тогда устройство автоматического поиска будет выдавать такое требуемое значение регулируемой величины х₀ (например, требуемой скорости вращения двигателя), которое дает, соответственно, максимум коэффициента полезного действия или минимум расхода горючего.

При этом как сама величина экстремума z, так и соответствующее ему
значение х₀ могут существенно меняться в зависимости от внешних условий
работы объекта. Устройство автоматического поиска должно всегда находить этот экстремум независимо от причин, вызывающих его смещение в процессе работы объекта.

Часть 3 - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

В схеме на рис. В.9 в целях наглядности функции автоматического поиска величины х₀ и измерения фактического значения x₁ регулируемой величины разделены. Чаще же система экстремального регулирования устраивается так, что обе эти функции объединены в одном приборе, в резуль­тате чего устройство автоматического поиска выдает не x₀, а непосредственно разностный сигнал на усили­тель х₃, пропорциональный откло­нению фактического значения регу­лируемой величины от требуе­мого для обеспечения экстремума той или иной характеристики регулируемого объекта (рис. В.10).

Рис. В.10.

Это не меняет общей сути дела.

Экстремальное регулирование может применяться, например, для поддержания наивыгоднейшей ско­рости полета, соответствующей минимуму   расхода   горючего   на единицу длины пути. При этом будет достигнута и максимальная   дальность полета  при  заданном  запасе  горючего.

Примерами экстремальных систем регулирования могут служить также автоматическое  поддержание  максимальной  скорости проходки  скважины турбобуром  при  меняющихся  свойствах  грунта;   автоматические  системы управления различными производственными процессами, поддерживающие наивыгоднейший режим работы станков; управление энергетическими установками и системами, обеспечивающее автоматический поиск и поддержание экстремума эксплуатационных характеристик, и т.д.