1.6 Оптимальные сау

Для проектирования оптимальной САУ необходима полная информация об ОУ, возмущающих и задающих воздействиях, начальном и конечном состояниях ОУ, после чего выбирается критерий оптимальности. В качестве такого критерия можно использовать один из показателей качества системы. Однако требования к отдельным показателям качества, как правило, противоречивы. Кроме того, оптимальная система должна иметь минимально возможную ошибку не только при обработке какого-то конкретного управляющего воздействия, но в течение всего времени работы системы. Следует также учитывать, что решение задачи оптимального управления зависит не только от структуры системы, но и от параметров составляющих ее элементов. Достижение оптимального функционирования САУ во многом определяется тем, как осуществляется управление во времени, какова программа, или алгоритм управления. В связи с этим для оценки оптимальности систем используют интегральные критерии, вычисляемые как сумма значений интересующего проектировщиков параметра качества системы за все время процесса управления.

В зависимости от принятого критерия оптимальности рассматривают следующие виды оптимальных систем:

1. системы, оптимальные по быстродействию;

2. системы, оптимальные по расходу ресурсов;

3. системы, оптимальные по потерям управления.

Для решения задач оптимизации разработаны специальные методы вариационного исчисления (метод максимума, метод динамического программирования), позволяющие учесть все ограничения реальных систем.

Как и обычные системы, оптимальные системы бывают разомкнутыми, замкнутыми и комбинированными.

1.7 Адаптивные сау

Обычные неадаптивные САУ обеспечивают заданные показатели качества управления лишь при заранее известных и неизменных внешних воздействиях и характеристиках ОУ. Однако во многих случаях условия работы САУ или неизвестны, или меняются случайным образом. Типичным примером является летательный аппарат, параметры которого (масса, моменты инерции) и возмущающие воздействия (скорость и направление ветра, давление и температура воздуха) в процессе полета изменяются в широких пределах. Другими примерами является большинство технологических процессов химии и нефтехимии (перегонка нефти, производство бензина), металлургии (выплавка стали), микробиологии (получение антибиотиков) и другие. В некоторых случаях обеспечить управление подобными объектами можно путем разработки САУ с большими запасами по диапазону управляемых величин, быстродействию, мощности и т. д. В других случаях можно вручную производить настройку САУ человеком-оператором по мере изменения внешних условий. Радикальным путем обеспечения автоматического управления в таких случаях является введение в САУ возможности самонастройки, или адаптации.

Адаптивными называются системы, которые решают задачи управления в условиях неопределенных или переменных внешних воздействий или параметров ОУ путем автоматической самонастройки. Различают адаптивные системы со стабилизацией и с оптимизацией качества управления.

Адаптивные САУ со стабилизацией качества управления вычисляют текущее значение критерия качества, и сравнивают его с заданным значением и в зависимости от знака отклонения производят перестройку в ту или иную сторону. Основное применение системы этого типа получили для стабилизации динамических характеристик, поэтому в качестве критериев качества используют различные косвенные критерии переходного процесса – корневые, частотные, интегральные, а также непосредственно частотные и переходные характеристики ОУ.

В адаптивных САУ с оптимизацией качества управления, требуемое значение качества управления не задано, его необходимо найти самой системе. Вследствие этого в экстремальных адаптивных системах, кроме задач идентификации и настройки, появляется еще задача поиска экстремального значения, предшествующая рабочей операции – настройке основного контура. В экстремальных адаптивных системах точка экстремума непостоянна, поэтому поиск ее надо осуществлять автоматически.

Экстремальные адаптивные САУ классифицируют в зависимости от способа поиска экстремума.