§ 10.3. Поисковые и аналитические самонастраивающиеся системы.
1. Поисковыми СНС называют системы, обладающие свойствами выполнять автоматический поиск (самонастройку) экстремума величины, характеризующей критерий качества управления при произвольном изменении внешних условий работы.
Чаще всего поиск осуществляется в целях отыскания некоторого параметра (или нескольких параметров) УУ, которые обеспечивали бы экстремальное значение показателя качества управления.
В большинстве систем показателем качества выступает выходная координата САУ. Изменение показателя качества вызывает непрерывный поиск параметров, при которых показатель качества приобретает экстремальное значение.
2. Для обеспечения самонастройки в поисковую СНС обычно входят:
- датчик показателя экстремума,
позволяющий получить характеристику
- показатель качества (рис. 8.5) в функции
изменяемых параметров;
- логическое устройство, обеспечивающее выработку управляющего сигнала, и ИУ для ввода сигнала на изменение параметра q.
3. Сложность поисковых СНС повышается по мере увеличения числа варьируемых параметров q, поскольку это вызывает усложнение логических устройств и возрастание числа исполнительных органов. По этой причине появление микропроцессорных устройств, реализующих программным путем алгоритмы самонастройки, позволило реализовать теоретические разработки в этом направлении.
Поисковые СНС имеют замкнутый контур самонастройки, часто называемый оптимизатором.
4. По характеру процесса поиска различают следующие экстремальные системы:
- с непосредственным дифференцированием;
- шагового типа;
- с использованием моделирующих сигналов;
- с запоминанием экстремума.
Рассмотрим принцип действия перечисленных поисковых СНС, полагая, что ОУ характеризуется показателем качества с одним экстремумом.
4.1. Функциональная схема поисковой СНС с непосредственным дифференцированием представлена на рис. 8.5.
Рис. 8.5. Поисковая СНС: ЛУ - логическое устройство; ДПЭ ~ датчик показателя экстремума.
Очевидно, что в точке
экстремума
,
а знак производной определяет точку
нахождения на экстремальной характеристике
(рис. 8.6). Если
,
экстремум функции будет получен при
увеличении параметра q;
если
,
экстремум будет достигнут при уменьшении
параметра q.
Поэтому, имея информацию о знаке
:
,
можно организовать движение к точке,
обеспечивающей получение экстремального
показателя качества.
Рис. 8.6. Экстремальный показатель качества.
4.2. Система шагового типа
представлена на рис. 8.7. В этих системах
производится последовательное сравнение
двух значений показателя качества ψ
с целью определения крутизны характеристики
.
При этом скорость изменения ψ,
в отличие от предыдущего способа, может
быть получена в виде отношения дискретных
приращений
,
определяющих наклон характеристики
.
Рис. 8.7. Система шагового типа: ЗУ - запоминающее устройство; ГК - командный генератор, определяющий последовательность, время выполнения операций и величину шага; ЛЧО - линейная часть ОУ; ЭЗ - экстремальное звено; ЛУ -логическое устройство; ВУ - вычислительное устройство; ИУ - исполнительное устройство.
Процесс оптимизации - поиск
экстремума - заключается в последовательном
изменении характеристики
,
и запоминании ее значения. В ЛУ запомненное
значение сравнивается с предыдущим и
определяется величина и знак разности
.
ИУ при подаче сигнала разности
изменяет параметр q
на некоторый постоянный шаг. Направление
движения ИУ зависит от знака
.
При отработке одного шага от
до
цикл повторяется от
до
и т.д. до тех пор, пока не будет достигнут
экстремум показателя качества.
4.3. Система с использованием моделирующих сигналов показана на рис. 8.8.
С помощью генератора
синусоидальных колебаний ГК создается
дополнительный непрерывный сигнал
поиска
.
Этот сигнал преобразуется линейной
частью объекта управления ЛЧО. Сигнал
ψ
подается на фильтр Ф, где выделяется
периодическая составляющая основной
частоты со сигнала поиска. В фазовом
дискриминаторе ФД определяется сдвиг
по фазе
относительно сигнала, поступающего от
ПС. Этот сигнал поступает в ЛУ, где
формируется функция
.
ИУ в зависимости от знака фазы
осуществляет движение к экстремальной
точке.
Рис. 8.8. Система с моделированием: ФД фазовый дискриминатор; ГК - генератор колебаний; ЛУ - логическое устройство.
4.4. Система с запоминанием
экстремума работает по принципу сравнения
текущего значения показателя качества
ψ и
его экстремального значения
.
Функциональная схема такой СНС показана
на рис. 8.9.
Рис. 8.9. Система с запоминанием: УЗЭ – устройство запоминания экстремума.
Для определения экстремального
значения показателя качества использовано
устройство запоминания экстремума УЗЭ,
в котором, кроме того, осуществляется
сравнение сигналов ψ
и
,
т.е. формируется значение
.
Сигнал
поступает на логическое устройство ЛУ,
задача которого состоит в том, чтобы
определить функцию
.
Когда разность достигнет некоторого
уровня, определяемого порогом
чувствительности, и изменит свой знак,
включается в работу ИУ до тех пор, пока
не будет найдено значение q,
соответствующее значению функции ψ
вблизи экстремума.