Глава 7 Самонастраивающиеся системы с моделями

7.1 Варианты использования моделей в самонастраивающихся системах

Процесс самонастройки системы управления обычно состоит из двух основных этапов:

- определения какой-либо характеристики системы (процесса), достаточно полно отражающей ее текущее состояние (поведение);

- определения и реализации необходимых воздействий на систему с целью обеспечения в новых условиях требуемого режима (качества) ее работы.

Поэтому организация процесса самонастройки систем управления требует информации о течении управляемого процесса, динамических характеристиках настраиваемой системы, действующих на систему внешних возмущений, и т. п. Получение этой информации может быть организовано различными способами, в том числе и с помощью моделей. Цели использования моделей в самонастраивающихся системах могут быть различными. Модели могут использоваться для:

- определения текущих значений переменных параметров системы

(объекта управления);

- определения динамических характеристик системы (объекта

управления);

- компенсации влияния запаздывания в прямом канале системы (в

частности, в объекте управления) на процесс управления;

- задания требуемого (или однозначно с ним связанного) выходного

процесса системы (объекта управления) и т. п.

Использование моделей возможно как в основном, так и в специально организуемых дополнительных контурах настраиваемой системы. Возможно использование моделей с подстраиваемыми параметрами, а также и эталонных моделей. Наконец, возможно применение моделей как в системах с пробным возмущающим воздействием, так и в системах, использующих регулярные процессы настраиваемой системы. Все эти разновидности использования моделей имеют свои характерные особенности (3).

7.2 Самонастраивающиеся системы с моделью в контуре основной

системы

Блок-схема самонастраивающейся системы с эталонной моделью в контуре основной системы (рис. 7.1) состоит из модели с передаточной функцией W_e(S) и включенной последовательно с ней самонастраивающейся части системы А, охваченных единичной отрицательной обратной связью.

Самонастраивающаяся часть А содержит объект управления 1, последовательное корректирующее звено 2 и канал самонастройки 3, состоящий из вычислителя параметров объекта управления и следящей системы, обеспечивающей подстройку параметров корректирующего звена 2. Предполагается, что параметры объекта управления в процессе работы системы медленно изменяются. Тогда для обеспечения требуемого выходного процесса x_e(t) системы необходимо так изменять параметры корректирующего звена 2, чтобы полностью (или частично) компенсировать влияние непредвиденных изменений динамических характеристик объекта управления. В данном случае параметры корректирующего устройства изменяются таким образом, чтобы последовательное соединение звена 2 с объектом управления 1 удовлетворяло идеальным условиям инвариантности, что равносильно обеспечению условия:

B(S) = A(S), (7.1)

где S — оператор Лапласа.

Иначе говоря, задача сводится к непрерывной компенсации перемещающихся полюсов объекта управления-1 с помощью перемещения нулей корректирующего звена 2.

Рисунок 7.1 - Блок-схема самонастраивающейся системы с эталонной моделью в

контуре основной системы

При выполнении условия (7.1) передаточная функция замкнутой системы будет иметь вид

G(s) = (W_e(s) /s) / (1+ W_e(s) /s) (7.2)

В результате изменится структура модели и выходной процесс x(t) системы будет требуемым.

Определение текущих значений параметров объекта управления производится вычислителем на основе решения уравнений динамики объекта управления. При этом объект управления может быть аппроксимирован линейным звеном первого порядка.

7.3 Определение динамических характеристик объекта управления

Определение динамических характеристик объекта управления является основным моментом данного метода самонастройки. Известно несколько способов определения динамических характеристик линейных объектов. Так, решая уравнение динамики объекта в конечных разностях или вычисляя корреляционную функцию между выходным процессом x(t) и искусственно наложенной на входной сигнал случайной двоичной помехой n(t), можно определить весовую функцию g(t), являющуюся основной динамической характеристикой линейных систем.

Первый из этих способов требует применения цифровых вычислительных устройств и эффективен лишь для дискретных систем с малым уровнем помех. Реализация второго способа связана с необходимостью введения в систему специальных возмущений, что не всегда допустимо. В связи с этим рассмотрим метод определения динамических характеристик линейных систем, не требующий введения в систему специальных возмущений и допускающий его реализацию на элементах аналоговой вычислительной техники. Этот метод позволяет непрерывно определять передаточные функции линейных объектов первого или второго порядка путем решения уравнений динамики, в которых в качестве коэффициентов принимаются осредненные по времени значения входных и выходных процессов системы.

7.4 Самонастраивающиеся системы с подстраиваемой моделью в канале

самонастройки

Самонастраивающаяся система с подстраиваемой моделью (рис. 7. 2) состоит из основной (настраиваемой) системы А (выделена пунктиром) и канала самонастройки С. Система А имеет объект управления, последовательное корректирующее устройство, параллельное корректирующее устройство, а также входной фильтр. Канал самонастройки С состоит из обучающейся модели, блока подстройки параметров модели и блока постройки изменяемых параметров системы А. Модель включается параллельно объекту управления системы А. Поэтому воздействие m(t) одновременно поступает как на вход объекта управления, так и на вход модели. Выходные процессы объекта управления x(t) к модели x_m(t) сравниваются устройством сравнения. Предполагается, что некоторые параметры корректирующих устройств системы А, а также параметры модели в случае необходимости могут подстраиваться(изменяться) в процессе работы системы.

Рисунок 7.2 - Блок-схема самонастраивающейся системы с подстраиваемой

моделью в канале самонастройки