Поясните принцип построения, работу, преимущества и недостатки регулятора с обратной связью по ошибке.
Регулятор или управляющее устройство — в теории управления устройство, которое следит за состоянием объекта управления как системы и вырабатывает для неё управляющие сигналы. Регуляторы следят за изменением некоторых параметров объекта управления (непосредственно, либо с помощью наблюдателей) и реагируют на их изменение с помощью некоторых алгоритмов управления в соответствии с заданным качеством управления.
Простейшие регуляторы реализуют коррекцию управлений по рассогласованию между заданным и реальным значениями управляемого параметрами. Такое рассогласование может быть обусловлено с одной стороны – изменением задающего воздействия, с другой стороны – внешними возмущениями. В первом случае имеет место "известное" возмущение. Можно построить регулятор, который будет использовать соответствующую информацию для упреждающего управления (feedforward control).
В структуре такого регулятора два контура (рис. 1.5)
Рис. 1.7. Структура регулятора с упреждением.
Контур упреждающего управления контролирует изменение задающего сигнала и формирует корректирующую поправку к выходному сигналу управления для того, что бы система более оперативно, с минимальной погрешностью реагировала на входной сигнал.
Если возмущения, действующие на управляемую систему, имеют предсказуемое поведение и их можно измерить, то можно провести упреждающее управление до того, как выходной параметр изменится значительно. В этом случае регулятор обеспечивает упреждающее управление по возмущению (feedforward from process disturbances), которое в определенных случаях позволяет существенно улучшить качество управления. Эти способы упреждающего управления базируются на предположении относительно будущего поведения системы. Для этого упреждающие регуляторы должны включать в себя модель динамики управляемой технической системы.
Основные принципы разработки структур управления.
Качество упреждающего управления в значительной степени зависит от качества измерения возмущений и точности модели процесса. Любой реальный регулятор должен сочетать в себе упреждающее управление по опорному значению и возмущению с контуром обратной связи. Упреждающее воздействие обеспечивает быструю коррекцию ошибок выходного параметра процесса, обусловленных изменением опорного значения или возмущениями, а обратная связь ‑ более медленную реакцию на изменение выхода процесса.
Главное преимущество обратной связи в том, что она компенсирует неточности модели процесса, погрешности измерений и ошибки выходной величины, связанные с неучтенными возмущениями. Ниже перечислены основные положения, которые необходимо учитывать при создании систем с обратной связью и упреждающим управлением.
Ограничения управления с обратной связью, которые могут быть компенсированы упреждающим управлением:
Механизм обратной связи не вносит коррективы до тех пор, пока не будет обнаружено отклонение в величине выходного параметра. Поэтому "идеальное" управление, при котором управляемая величина точно повторяет измерения опорного значения или некоторое время не влияет на изменение характеристик процесса, практически невозможно.
Даже если возмущения известны, обратная связь не может их компенсировать предсказуемым образом.
В системах с большими постоянными времени или с большими задержками обратная связь работает неудовлетворительно. При наличии больших и частых возмущений процесс может быть прекращен из-за того, что он постоянно носит переменный характер и никогда не достигает предусмотренного установившегося состояния.
Если точное значение выходной переменной нельзя измерить, управление с обратной связью невозможно.
Причины, затрудняющие упреждающее управление:
Для многих приложений невозможно постоянно в оперативном режиме измерять возмущения.
Необходимо иметь адекватную модель физического процесса ‑ качество упреждающего управления зависит от точности модели процесса.
Во многих случаях упреждающий регулятор должен выполнять точное дифференцирование, которое практически сложно реализовать.
Структура регулятора должна включать в себя как упреждающее управление по задающему (опорному) значению и возмущениям процесса, так и обратную связь по выходной величине процесса.
Наибольшее практическое распространение получили ПИД – регуляторы (Proportional-Integral-Derivative). На его выходе формируется сигнал, определяемый тремя составляющими. Первая – пропорциональна ошибке выходной величины, вторая – обеспечивает интегральную зависимость от входного сигнала, третья – корректирует выходной сигнал в зависимости от скорости изменения задающего воздействия.
Каковы этапы преобразования информации в современных мехатронных объектах?
Модуль вращательного движения МС имеет следующие параметры: статический момент нагружения 2500 Н·м, момент инерции нагрузки 2000 кГ·м2, требуемая скорость и ускорение нагрузки 0,16 с-1 и 0,34 рад/с2 соответственно. Выберите исполнительный электродвигатель, рассчитайте оптимальное передаточное число редуктора, проверьте электродвигатель на соответствие требованиям по скорости и моменту.
Раскройте роль моделирования при проектировании. Перечислите интеллектуальные и технологические функции, реализуемые ЭВМ в эргатических МС. Приведите примеры.
Поясните назначение, принцип действия и особенности применения программируемых логических контроллеров. Приведите структуру скана ПЛК. Поясните особенности применения транзисторных и симисторных выходов ПЛК.
Обоснуйте преимущества применения микроконтроллеров в решении задач информационного обеспечения и обработки сенсорной информации в системах управления.
Что представляют собой экспертные системы в искусственном интеллекте и что такое статический и динамический режимы работы экспертных систем?
Экспертная система — система, объединяющая возможности компьютера со знаниями и опытом эксперта в такой форме, что система способна предложить разумный совет или осуществить разумное решение. Дополнительно желаемой характеристикой такой системы является способность пояснять ход своих рассуждений в понятной для человека форме.
Данное определение ЭС одобрено комитетом группы специалистов по экспертным системам Британского компьютерного общества.
Под экспертной системой понимают программу, которая, используя знания специалистов (экспертов) о некоторой конкретной узко специализированной предметной области и в пределах этой области, способна принять решение на уровне эксперта-профессионала.
Можно отметить двойственность толкования названия ЭС, т.к. во-первых, в них используется знания экспертов, а во-вторых, ЭС сами могут выступать в качестве экспертов.
Важность экспертных систем состоит в следующем:
- технология экспертных систем является важным средством в решении глобальных проблем традиционного программирования: длительность и, следовательно, высокая стоимость разработки сложных приложений;
- технология ЭС существенно расширяет круг практических задач, решаемых на компьютерах;
- объединение технологии ЭС с технологией традиционного программирования добавляет новые качества к программным продуктам за счет: обеспечения динамичной модификации приложений пользователем, а не программистом; лучшей графики; интерфейса и взаимодействия.
Специфика ЭС по сравнению с другими системами ИИ состоит в следующем: