Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления (1988) (1095388), страница 27
Текст из файла (страница 27)
В данном учебном пособии мы ограничимся только обсуждением самонастраивающихся систем. Итак, самонастраивающаяся система автоматического управления по сравнению с обычными системами, изучавшимися ранее, обладает специальным добавочным контуром самонастройки. Этот контур самонастройки может быть разомкнутым нли замкнутым. Например, когда самонастройка производится по какому-либо показателю качества процесса управления х(Г) (рис.
9А), текущее значение которого определяется в процессе работы системы, получается замкнутый понту р самонастройки (он реагирует на результат своего действия). Контур самонастройки будет разомкнутым, если он не связан с измерением сигналов основного контура управления, а реагирует на косвенные величины г(1), от которых зависят параметры объекта (например, скоростной напор, число Маха в летательных аппаратах) (рис. 9.2). Аналогично, если самонастройка производится по свойствам внешних воздействий: задающего л(1) нли возмущающего ~(с) (рис. 9.3), то контур самонастройки разомкнут — он не реагирует на получаемый рсаультат самонастройки. Прн самонастройке по режиму работы Рвс.
9Л. системы контур самонастройки может быть либо замкнутым, либо разомкнутым в зависимости от того, на какой исходный фактор в системе он реагирует. Рас. 9.2. Система самонастройки по двум илн нескольким факторам монсет иметь ряд контуров, замкнутых и разомкнутых. Процесс самонастройки состоит из следующих зт апов: а) определение (измерение, вычисление) исходного фактора для самонастройки; б) идентификация (определенпе основных параметров или характеристик, необходимых для самонастройки); в) формирование воздействия на настраиваемую часть системы управления; г) изменение какого-либо параметра или структуры атой части системы. На первом зтаие а) процесса самонастройки измеряется какая-либо переменная, например сама выходная величина х(г) илн частота ее колебаний, или декремент Рис.
9.3. затухания, или, в других случаях, величины б(8), Дг), их частоты, порядок величин и т. п. Измеренная величина может непосредственно служить исходным фактором для самонастройки или л~е последний вычисляется на основании данных измерений. Это зависит от критерия, избранного для самонастройки. Второй этан б) — идентификация — з простейших случаях мол<ет соперничать лишь сравнение фактического значения исходного фактора, найденного в злементе а), с эталонным. Но во многих случаях идентификация включает более или менее слол1ные вычислительные операции с времепнымп, частотными или статистическими характеристиками процесса, внешних воздействий или свойств среды с целью определения параметров объекта, координат состояния или других факторов. Третий этап в) состоит в определении того, насколько надо изменить определенный параметр системы управления нли как переформировать структуру системы, чтобы привести характеристики системы к зталонным илп нужным образом учесть паменнвшиеся внешние воздействгш или свойства среды н другие факторы.
В результате подается соответствующий корректирующий сигнал в настраиваемую часть' системы. Наконец, четвертый этап г) состоит в реализации изменения параметра илн структуры настраиваемой частп системы в соответствии с указанным корректирующим сигналом. Описанная схема процесса самонастройки лишь примерно отражает функционирование контура самонастройки в общей форме. Конкретные же системы могут быть Рис.
9.4. весьма различными. Контур самонастройки может включать в себя действительно четыре устройства, соответствующие указанным выше элементам процесса самонастройки (рис. 9.4 и 9.5). Однако структурно эти элементы Рис. 9ть могут кан объединяться, так и расчленяться. Элемент идентификации может иметь дополнительную структурную единицу — выработку эталона или динамическую модель (рис. 9.6 блок д). Дал~с, существенным является способ выявления исходного фактора' для самонастройки: с помощью подачи специального пробного воздействия на систему управления (на объект) илн же путем анализа естественного хода процесса управления; путем поиска экстремального значения показателя качества как критерия самонастройки или я<е путем беспонскового определения (вычисления) критерия самонастройки.
В связи с этим различают поисковые и беспоисковые самонастраивающиеся системы. Применяются также термины: вкстремальные системы и аналитические самонастраивающиеся системы. Ряс. 9.6. Мы рассмотрели общие понятия о самонастраивающихся системах, характернаующнхся в дополнение к основному замкнутому контуру автоматического управления наличием специального добавочного контура самонастройки. Такие системы нааывают иногда системами с активной самонастройкой. Существует, однако, ряд систем автоматического управления и регулирования, не имеющих специального добавочного контура самонастройки, но по существу обладающих некоторыми свойствами самонастраивающихся систем.
Такие системы называются системами с пассивной самонастройкой или системами, вквивалентными самонастраивающимся. К последним принадлеяват, например, системы с нелинейными корректирующими устройствами (см. гл. 7) и системы с переменной структурой. В этих системах автоматически меняются параметры закона управления (по нелинейным зависимостям) прп пзменешш размера ошибки регулирования плп в зависимости от определенной совокупности координат состояния системы. Кроме того, в них моя~но автоматически стабилизировать необходимые частотные свойства системы при переменных параметрах объекта или прн наличии дестабилизирующего влияния неизбежно присущих системе вредных нелинейпосгей.
Нелинейные системы, в которых организуется скользящий процесс, также являются системамп, эквивалентными самонастраивающимся. В них, мак мы 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 моншо отнести н свойство нелинейных систем, заключающееся в существенном различии нх динамического поведения в быстрых и медленных составляющих процесса (см. гл.
6). Зто используется в инженерной практике для придания я<елаемых свойств системе в основной медленной составляющей процесса управления, в частности путем организации определенных колебаний быстрой составляющей (например, вибрацнонное сглаживание нелиивйностей). Система моягет 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, эквивалентных самонастраивающимся (т.
е. систем с пассивной самонастройкой) весьма велико, так как в низ «самонастройка» происходит в темпе самого процесса управления, з то время как в активных самонастрапвагощихся системах (рнс. 9.1 — 9.6) часто возникают больпше трудности создания быстродействующего контура самонастройки. Высокое быстродействие контура самонастройки требуется потому, что ладо успеть перенастроить параметры основного контура управления раньше, чем в нем закончится данный переходный процесс (илн х."е существенно изменится поведение системы).
Зто касается особенно систем с замкнутым контуром самонастройки (рис. 9Л, 9.4) п в значительно меньшей степени— с разомкнутым контуром (рнс. 9.2, 9.3, 9.5), когда не требуется анализа свойств процесса х(г). Системы само настройки с моделью (рнс. 9.6) во могнх случаях обладают преимуществом в этом опюшенин.
Имеет смысл также создание систем, в которых основной контур управления обладает пассивной самонастройкой (ва счет специальной яелинейности), а к нему добавляется допол>штельный контур активной самонастройки. з 9.2. Системы с разомкнутой цепью самонастройки Рассмотрим случаи, когда самонастройка параметров системы управления производится 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 >(~) подразумевается либо внешнее возмущающее воздействие (если его можно измерить), Рвс. 9.7. либо какие-то характеристики внешней среды, подда>ощиеся измерению. При этом можно измерять не непосредственно те исходные факторы, которые берутся в основу самонастройки, а некоторые вспомогательныевеличины, легко измеряемые, по которым можно вычислить указанные исходные факторы.
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 коэффициенты уравнения динамики управляемого объекта, а на основании этого можно подсчитать и необходимую коррекцию коэф- фэщиента усиления автопилота со стороны контура самонастройки. Прн управления полетом с существенно изменяющейся высотой н скоростью полета з качестве намеряемых величин, влияющих на параметры управляемого объекта, могут быть взяты плотность воздуха р и скорость движения относительно воздушной среды и (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
