6. Адаптивные системы
6.1. Адаптивные системы и идентификация (Лекция 17)
6.1.1. Основные схемы адаптивных систем
6.1.1.1. Предназначение адаптации
ЦВМ открыли большие возможности для использования информации, снимаемой с объекта, для улучшения качества управления или характеристик регулятора. Широкое распространение получили адаптивные, самонастраивающиеся системы, в которых реализуется автоматическая подстройка параметров системы на основе анализа и обработки информации об эффективности процесса регулирования.
Адаптация означает подстройку параметров регулятора, его самообучение. Параметры регулятора зависят от параметров объекта и обычно выражаются через них. Изначально параметры объекта не всегда известны с достаточной степенью точности или “плывут” во времени, что и вынуждает прибегать к адаптации. Поэтому адаптации – изменению характеристик регулятора – обычно предшествует процедура уточнения характеристик объекта по результатам измерения входных и выходных величин, которая называется идентификацией. Вопросы идентификации и адаптации получили резкое развитие в последние 25-30 лет, благодаря быстрому росту ресурсов цифровых контроллеров с одновременным снижением их стоимости.
Адаптация предназначена для повышения качества управления различными объектами и процессами за счет использования интеллектуальных методов обработки информации, снимаемой с объектов и процессов при их функционировании в штатных режимах. Возможности адаптивного управления постоянно расширяются благодаря быстрому росту емкости хранилищ информации, развитию методов и повышению скорости её обработки.
Главная отличительная особенность адаптивных систем от систем с постоянными параметрами состоит в том, что они могут автоматически приспосабливаться к изменяющимся внешним условиям, могут обучаться подстройкой регулятора.
6.1.1.2. Схема адаптации по разомкнутому контуру
Наиболее часто используются два основных способа подстройки регулятора.
Если изменяющиеся динамические свойства объекта доступны контролю по измеряемым внешним факторам и известно, как должен настраиваться регулятор в зависимости от параметров объекта, то можно использовать прямой метод настройки или адаптацию по разомкнутому контуру (рис. 6.1)
ε
Рис. 6.1. Адаптация по разомкнутому контуру: А - адаптер, Р – регулятор, О – объект.
6.1.1.3. Схема с самонастраивающимся регулятором
Если характеристики объекта измерить и оценить непосредственно нельзя, то используют адаптацию по замкнутому контуру (с обратной связью). В этом случае в систему вводится второй контур управления, который управляет не поведением объекта, а структурой и параметрами регулятора.
Адаптивные регуляторы с обратной связью можно разделить на два класса: самостабилизирующиеся регуляторы и регуляторы с эталонной моделью.
В самонастраивающейся системе (см. рис. 6.2) имеются идентификатор и корректор регулятора. Идентификатор постоянно определяет изменяющиеся параметры объекта.
Корректор регулятора на основании заданного критерия оптимальности сопоставляет текущие, определяемые идентификатором, значения параметров объекта с актуальными значениями, на основании которых функционирует регулятор. В результате обработки расхождения значений параметров корректор формирует решение об изменении характеристик регулятора и реализует это решение.
В этой системе можно выделить этапы:
1. Идентификация объекта или системы в целом.
2. Расчет коррекции регулятора.
3. Коррекция (настройка) регулятора, изменение его структуры.
Рис. 6.2. Схема системы с самонастраивающимся регулятором: КР – корректор регулятора, ИО - идентификатор объекта, Р – регулятор, О - объект.