1. Классические принципы управления.
1) Принцип разомкнутого управления – алгоритм управления строится на основе лишь заданного алгоритма функционирования и не контролируется по фактическому значению управляемой величины. Блок управления БУ приводится в действие генератором алгоритма функционирования ГАФ, т. е. сигналом x0. Управление осуществляется так, чтобы x -> x0. Близость x и x0 обеспечивается жесткостью характеристик схемы и устойчивостью объекта Р к внешним возмущениям, однако при возникновении сильных внешних возмущений f(t) величина x может значительно отличаться от x0, и данный принцип становится непригодным.
2) Управление по отклонению (принцип обратной связи) – воздействие на регулятор Рег генерируется функцией F(ε), где ε – отклонение регулируемой величины x от эталонного x0 (ε – ошибка регулирования, должна стремиться к минимуму).
Объект Р и регулятор Рег. Образуют замкнутую систему, называемую системой автоматического регулирования. Связь a-b называется главной обратной связью между входом и выходом. В системе могут так же присутствовать локальные обратные связи. Если обратная связь приходит на сумматор со знаком «–» – это отрицательная обратная связь. Такая связь способствует стабилизации системы. Положительная обратная связь (приходит на сумматор со знаком «+») способствует дестабилизации системы, т. е. ε –> max.
3) Принцип регулирования по возмущению (принцип компенсации) – так как отклонения ε регулируемой величины зависят не только от управления u, но и от возмущающего воздействия среды f, то можно сформулировать некой закон управления u = F2(f), при котором отклонения отсутствуют. Т. о. управление вырабатывается так, чтобы компенсировать действие возмущения f. Здесь РВ – регулятор по возмущению. Недостатком такого принципа является то, что затруднено измерение внешних воздействия в большинстве систем либо такие воздействия учитываются не полностью.
4) Принцип экстремального управления (принцип на основе поиска экстремума показателя качества). В ряде процессов показатель качества (эффективность) выражается в каждый момент времени функцией текущих координат (параметров) системы. При этом управление может считаться оптимальным, если оно обеспечивает удержание показателя качества в точке максимума (по аналогии с приемником с ручной настройкой). Точка экстремума под воздействием различных возмущений смещается в некотором направлении, но при этом неизвестно, в каком именно направлении следует воздействовать на регулирующий элемент, чтобы вернуть систему к экстремуму.
Для экстремального управления сначала выполняются небольшие пробные движения, затем анализируется реакция системы на них; по результатам анализа вырабатывается управляющее воздействие. Устройство измерения показателя эффективности ИПЭ, измеряющее координаты процесса x и вычисляющее по ним показатель качества I = f(x1, x2, … , xn), подключено к выходу объекта Р. Устройство пробного воздействия УПВ генерирует пробное воздействие v на систему регулирующих элементов РЭ. Логическое устройство ЛУ получает информацию как о введенных воздействиях, так и об изменениях под влиянием I, анализирует эти данные и сообщает их вычислительному устройству ВУ, которое вырабатывает управляющее воздействие u.
5) Принцип оптимального управления – можно применять в процессах, показатель эффективности которых зависит не только от текущего значения координат (параметров) системы, но и от характера их изменения во времени, т. е. показатель эффективности выражается некой функцией, зависящей от координат, времени и некоторых ограничений (пример: бегун-марафонец). Нахождение оптимального управления в подобных задачах требует решения в процессе управления достаточно сложной математической задачи. Т. о. неотъемлемой частью системы оптимального управления становится вычислительная машина. На вход ВУ поступает информация о текущем значении координат x с выхода объекта Р, информация о внешнем воздействии f, значение критерия оптимальности I, граничные условия x(0) и x(t), ограничения.
6) Принцип адаптации – применяется, когда параметры системы под влиянием внешних факторов изменяются непредвиденным заранее образом настолько сильно, что движение системы претерпевает существенные качественные изменения. При этом все предыдущие принципы уже не обеспечивают нормального функционирования системы, и необходимо в процессе управления изменять параметры или даже структуру системы. Схема данного принципа аналогична схеме принципа 5. Отличие будет заключаться в алгоритмах, которые заложены в ВУ.