9.3. Самонастраивающиеся системы (снс)

Основное отличие СНС от САУ с жесткими, неиз­менными алгоритмами работы состоит в том, что в них при изменении динамических характеристик объ­екта и характера входных воздействий автоматически, по не заданному заранее закону, изменяются пара­метры управляющего устройства для обеспечения за­данного или экстремального значения показателя ка­чества. В СНС могут изменяться коэффициенты уси­ления, постоянные времени инерционных звеньев и другие параметры. Настройка параметров осущест­вляется при помощи специального контура настройки, то есть СНС имеет как минимум два контура.

По функциональному назначению СНС могут быть системами стабилизации, следящими системами и си­стемами программного управления. Назначение систе­мы определяет вид показателя качества ее работы. Показателями качества работы СНС могут быть точ­ность управления, быстродействие и другие показа­тели качества, применяемые для оценки работы обыч­ных САУ. В общем случае показатель качества СНС можно записать в виде некоторого функционала I=I(β₁,...,β_k,ε,t) зависящего от настраиваемых параметров β_j (j=1, 2, ..., k) и ошибки ε(t) =y_тр(t) - y(t), где y_тp(t), y(t) - соответственно тре­буемое и фактическое значение выходной координаты объекта управления.

В процессе работы СНС можно выделить следую­щие четыре задачи:

а) получение информации о динамических харак­теристиках объекта управления и величинах возму­щающих воздействий (рабочая информация);

б) формирование показателя качества системы I;

в) сравнение величины I с требуемым значением показателя качества I_тр и выработка управляющего воздействия;

г) изменение (настройка) параметров управляю­щего устройства для обеспечения I_тр.

Решение этих четырех задач в конкретных СНС может осуществляться разными способами. Получе­ние информации о характеристиках управляемого объекта может происходить в условиях нормального функционирования, то есть при естественных входных воздействиях, или путем подачи на вход системы или объекта специальных пробных сигналов; например, подавая гармонические колебания разных частот, мо­жно получить точки АЧХ. В этом случае для органи­зации пробных движений необходимо иметь специаль­ное устройство (генератор пробных сигналов), что приводит также к дополнительным затратам энергии; однако при этом время, необходимое для получения информации, меньше, чем при первом способе.

Существуют различные способы формирования па­раметров настройки по показателю качества СНС. Например, можно выделить системы с настройкой пара­метров по эталону (модели) и системы с экстремаль­ной настройкой параметров. В системах с настройкой параметров по модели целью настройки является обе­спечение близости динамических характеристик объекта и модели. В качестве модели используется вычислительное устройство, которое обеспечивает тре­буемую зависимость выходного сигнала от входного воздействия. На рис. 9.4 показана функциональная схема СНС с настройкой по модели. Входная величи­на

системы x(t) подается на вход модели М. Выход­ные координаты объекта y(t) и модели у_м поступают в вычислитель отклонений ВО, который определяет, как нужно изменить параметры β_j (j=1,2,...,k) управляющего устройства основного контура УУ. Ис­полнительное устройство ИУ контура самонастройки (контру II) осуществляет необходимую настройку параметров.

В системах с экстремальной настройкой парамет­ры управляющего устройства изменяют так, чтобы по­казатель качества системы достиг экстремального значения. По способу получения информации о теку­щем значении показателя качества I самонастраиваю­щиеся системы подразделяются на поисковые и беспоисковые (аналитические). В поисковых системах, изменяя параметры управляющего устройства, опре­деляют частные производные ∂I/∂β_j - показателя каче­ства I по параметрам β_j. Затем методами, рассмотрен­ными в подглаве 9.2, находят экстремум I. В аналитических СНС текущее значение показателя качества находит­ся в вычислительном устройстве на основе заложен­ных в них аналитических зависимостей I = I(β).

Рисунок 9.4

СНС с экстремальной настройкой параметров по характеру работы корректирующих цепей можно раз­делить на системы с разомкнутыми цепями настройки и системы с замкнутыми цепями настройки. На рис. 9.5

показана схема СНС с разомкнутой цепью настройки. Возмущающие воздействия f₁, f₂, ..., дей­ствующие на объект управления, измеряются специальным вычислительным устройством ВУ, выходные сигналы которого

вызывают такие изменения пара­метров корректирующих элементов управляющего устройства W_y(p), чтобы скомпенсировать изменение параметров объекта управления W_об(p).

Рисунок 9.5

СНС с разомкнутыми цепями относительно про­сты и позволяют быстро отреагировать на измеряе­мые возмущения. Их недостатком является невозмож­ность учесть и измерить все возмущающие воздейст­вия.

Принципиальная схема СНС с замкнутой цепью самонастройки показана на рис. 9.6. В замкнутой си­стеме в вычислительное устройство ВУ поступает ин­формация об управляющих воздействиях и помехах f и о выходных координатах объекта у. Используя ин­формацию от ВУ, исполнительное устройство ИУ на­страивает параметры управляющего устройства УУ. Замкнутые СНС с экстремальной настройкой приме­няются для управления объектами, работающими в резко изменяющихся условиях, например, в автопило­тах самолета.

Рисунок 9.6