8.2. Поисковые и аналитические
Самонастраивающиеся системы
Поисковыми СНС называют системы, обладающие свойствами выполнять автоматический поиск (самонастройку) экстремума величины, характеризующей критерий качества управления при произвольном изменении внешних условий работы. Чаще всего поиск осуществляется в целях отыскания некоторого параметра (или нескольких параметров) УУ, которые обеспечивали бы экстремальное значение показателя качества управления. В большинстве систем показателем качества выступает выходная координата САУ. Изменение показателя качества вызывает непрерывный поиск параметров, при которых показатель качества приобретает экстремальное значение.
Для обеспечения самонастройки в поисковую СНС обычно входят:
датчик показателя экстремума, позволяющий получить характеристику
– показатель качества (рис. 8.5) в функции
изменяемых параметров;логическое устройство, обеспечивающее выработку управляющего сигнала, и ИУ для ввода сигнала на изменение параметра
.
Сложность поисковых СНС повышается по мере увеличения числа варьируемых параметров , поскольку это вызывает усложнение логических устройств и возрастание числа исполнительных органов. По этой причине появление микропроцессорных устройств, реализующих программным путем алгоритмы самонастройки, позволило реализовать теоретические разработки в этом направлении.
Поисковые СНС имеют замкнутый контур самонастройки, часто называемый оптимизатором.
По характеру процесса поиска различают следующие экстремальные системы:
с непосредственным дифференцированием;
шагового типа;
с использованием моделирующих сигналов;
с запоминанием экстремума.
Рассмотрим принцип действия перечисленных поисковых СНС, полагая, что ОУ характеризуется показателем качества с одним экстремумом.
Функциональная схема поисковой СНС с непосредственным дифференцированием представлена на рис. 8.5.
Очевидно,
что в точке экстремума
,
а знак производной определяет точку
нахождения на экстремальной характеристике
(рис. 8.6). Если
,
экстремум функции будет получен при
увеличении параметра
;
если
,
экстремум будет достигнут при уменьшении
параметра
.
Поэтому, имея информацию о знаке
можно
организовать движение к точке,
обеспечивающей получение экстремального
показателя качества.
Система
шагового типа представлена на рис. 8.7.
В этих системах производится
последовательное сравнение двух значений
показателя качества
с целью определения крутизны характеристики
.
При этом скорость изменения ,
в отличие от предыдущего способа, может
быть получена в виде отношения дискретных
приращений
,
определяющих наклон характеристики
.
Процесс
оптимизации – поиск экстремума –
заключается в последовательном изменении
характеристики
и запоминании ее значения. В ЛУ
запомненное значение сравнивается с
предыдущим и определяется величина и
знак разности
.
ИУ при подаче сигнала разности
изменяет параметр
на некоторый постоянный шаг. Направление
движения ИУ зависит от знака
.
При отработке одного шага от
до
цикл повторяется от
до
и т.д. до тех пор, пока не будет достигнут
экстремум показателя качества.
Система с
использованием моделирующих сигналов
показана на рис. 8.8. С помощью генератора
синусоидальных колебаний ГК создается
дополнительный непрерывный сигнал
поиска
.
Этот сигнал преобразуется линейной
частью объекта управления ЛЧО. Сигнал
подается на фильтр
, где выделяется
периодическая составляющая основной
частоты сигнала
поиска. В фазовом дискриминаторе ФД
определяется сдвиг по фазе
относительно сигнала, поступающего
от ГК. Этот сигнал поступает в ЛУ, где
формируется функция
.
ИУ в зависимости от знака фазы
осуществляет движение к экстремальной
точке.
Система с
запоминанием экстремума работает по
принципу сравнения текущего значения
показателя качества
и его экстремального значения
.
Функциональная схема такой СНС показана
на рис. 8.9.
Для
определения экстремального значения
показателя качества использовано
устройство запоминания экстремума
УЗЭ, в котором, кроме того, осуществляется
сравнение сигналов
и
,
т.е. формируется значение
Сигнал
поступает на логическое устройство
ЛУ, задача которого состоит в том, чтобы
определить функцию
.
Когда разность достигнет некоторого
уровня, определяемого порогом
чувствительности, и изменит свой знак,
включается в работу ИУ до тех пор, пока
не будет найдено значение
,
соответствующее значению функции
вблизи экстремума.
