- •Основная (фундаментальная) задача теории оптимизации и ее 4 части.
- •Основные понятия о системах оптимального управления.
- •Основные типы критериев оптимальности.
- •Классификация оптимальных систем. Определение характеристического критерия, как необходимое условие для применения оптимизационных методов.
- •Определение математической модели технической системы, как необходимое условие для применения оптимизационных методов.
- •Формулировка задачи условной оптимизации с ограничениями.
- •Формулировка задачи безусловной оптимизации.
- •Задачи оценки состояния системы, общие сведения об эстиматорах.
- •Система асимптотической оценки вектора состояния системы, структурная схема.
- •Оптимизация стабилизирующей ос. Интегральный критерий качества и его минимизация.
Основные типы критериев оптимальности.
Крит оптим сист оптимальный по быстродействию
J=t1∫t2 f(t)dt → min
если f(t)=1, то J=t2 – t1 → min
Сист оптимальн по точности в динамических режимах
J=0∫t ∆X2(t) dt → min
- ∆X(t) – отклонение выходн пар-ра по которому осуществляется оптимизация от заданного;
- 0 …t – рассматриваемый интервал времени;
- квадрат переменной под знаком интеграла обеспечивает независимость выходной переменной от знака отклонения.
Данный критерий хар-ет суммарную ошибку в динамич СУ за время переходного процесса. Минимизировать функционал означает ограничение отклонений регулируемой величины и времени их существования.
В ряде случаев используется обобщенная интегральная оценка, ограничивающая отклонения не только выходн переменной, но и ее производной.
Сист оптимальн по условию инвариантности (независимости от возмущений)
J=0∫t Xi2(t+τ)fi2(t) dt → min
Xi(t+τ) – переменная для которой необходимо обеспечить независимость от возмущающего воздействия fi(t);
τ – приращение времени.
Сист оптимальн по такому критерию наз инвариантными.
Для многомерных СУ, т.е. для систем с несколькими управляемыми переменными необходимо обеспечить независимость некоторой переменной Xi(t) от какой то др переменной Xк(t)
J=0∫t Xi2(t+τ) Xк 2(t) dt → min
Сист оптимальн по такому критерию наз автономными.
Если экстремальные значения функции качества зависят от многих переменных, напр от Q(x1,x2…xn), то устанавливается одна из наиб существенных этих переменных и оптимизация осуществляется по след критерию
J=t1∫t2 ðQ(x1,x2…xn) ⁄dXj ∆Xj(t) dt → min
6. Часто в теории управления используются минимаксные критерии характеризующие наилучшие критерии работы в наихудших условиях, напр: min время при max перерегулировании.
Классификация оптимальных систем. Определение характеристического критерия, как необходимое условие для применения оптимизационных методов.
Классификация оптимальных систем
В зависимости от реализации критерия оптимальности
- сист оптим по быстродействию → реализ критерий min времени перех процесса
- сист оптим по точности → формируется по критерию min отклонения переменных за время перех процессов или по критерию минимума критерия среднеквадратичн ошибки (предпочтительно)
- сист оптим по расходу → реализ критерии min расхода
- сист оптим по условию инвариантности → формируется по критерию независимости вых перемен от внешних возмущ или др переменных
- оптим экстремальные сист → обуславл критер min отклонения показателя качества от его экстремального значения (для тепловых процессов)
2. В зависимости от характеристики объекта (системы)
- оптим линейные сист;
- оптим нелинейные сист;
- оптим непреревные сист;
- оптим дискретные сист;
- оптим аддитивные сист;
- оптим параметрические сист.
В аддитивных сист воздействие на объект (сист) не изменяют его хар-к; если же воздействие изменяет коэф уравнений объекта, то такие сист наз параметрическими.
В зависимости от типа крит оптимальности
- равномерно-оптимальные → каждый отдельн процесс протек оптимально;
- сататически определенные → реализ Крит оптимальности имеющий статич хар-р из-за случайн воздействия на сист. В этом случае наилучш поведение обеспечивается не в каждом отдельном процессе, а лишь в некоторых.
- максимально-оптимальный → критерий для текущей сист синтезируется из минимаксимального критерия обеспечивая лудший наихудший результат по сравнению с наихудшим результатом в любой другой сист.
По степени полноты инф об объекте
- сист с полной инф;
-сист с неполной инф.
В состав инф об объекте д.б. включена след сведения: • о хар-ре зависимости между входн и выходн величинами (о матем операторе сиси); • о хар-ре возмущений приложенных к сист; • о состоянии объекта (сист); • о задающих возд (о векторе управл возд), определяющий треб режим работы сист; • о цели управления (о функционале обеспечив Крит оптимальности).
В зависимости от полноты инф об объекте управления Крит оптимальности м.б. «жесткий» - при достаточно полной инф; «приспосабливающийся» - изменяется при изменен инф.
По этому признаку оптим СУ подразделяют:
- оптим СУ с жеской настройкой;
- адаптивные СУ (экстремальные, самонастраивающиеся, обучающиеся и т.д.)
Определение характеристического критерия, как необходимое условие для применения оптимиз. методов.
Если подлежащ. оптимизации система определена и установлены ее границы, то след. этап – выбор критерия, на основе кот. можно оценить хар-ки системы. или ее проекта, чтобы выявить наилучший или множ-во наилучших условий функц-я системы. Эта задача связана с задачей синтеза оптим-й системы (структ. синтез или параметрический). А задача опр-ния. наилучш. условий функционирования связ. с практич. способами осуществления оптимального управления, причем эти способы в значит. степени опр-ся степенью определяемости систем, которыя делится на –хорошо опред. и –неопределяемые. Спектр возможных формулировок таких весьма широк. Это м.б. критерии экономического или технологич плана. Независимо от содержания оптимиз. методов при инж. опт-ции, как правило, исп-ся только один критерий, т.к. желание найти наилучш. решение, котор. являлось бы наилучшим с позиции нескольких критериев как правило невозможно или трудно выполнимо. Поэтому на практике все упрощают – какой-либо критерий считают первичным (главным), а остальные – вторичными, неосновными. Первичный исп-ся при оптимизации как хар-ная мера или цель опт-ции, а вторичный порождает ограничения опт. задачи, кот. уст-ет диапазон изменения соотв. показателей от мин. до макс-но приемлимого.
