8. Оптимальные и адаптивные суэп

8.1. Общие сведения

При автоматическом управлении рядом электроприводов возникает задача оптимизации каких-либо технических или экономических показателей функционирования управляемого объекта (УО) либо СУЭП в целом. Оптимизация обычно сводится к достижению максимального или минимального значения какого-либо показателя – критерия оптимальности. Таким критерием может быть, например, скорость бурения (на буровых установках),, расход электроэнергии на электрифицированных транспортных средствах, продолжительность подъемного цикла на шахтных подъемных установках и т.д.

Целью управления в этих случаях является достижение экстремального (максимального или минимального) значения выбранного критерия оптимальности Q  extr с учетом естественных и условных ограничений. Естественные ограничения определяются физическими законами, в соответствии с которыми функционируют УО или автоматическое управляющее устройство (АУУ). Например, в двигательном режиме угловая скорость асинхронного электродвигателя не может превышать синхронную, выходное напряжение усилителя с гальваническими связями ограничивается напряжением питания и т.д.

Условные ограничения устанавливает разработчик системы. Например, скорость движения и ускорение подъемного сосуда не должны превышать значений, допустимых по условиям безопасности. Выполнение этих условий должно обеспечивать АУУ.

Для сложных объектов может потребоваться оптимизация не по одному, а по нескольким показателям Q1, Q2, …QN (многокритериальная оптимизация).

Анализ и синтез таких СУЭП достаточно сложен. Поэтому обычно используют объединенный критерий в виде суммы Q₀ =  q_iQ_{i ,}где q_i – весовые коэффициенты, выбираемые разработчиком с соблюдением условия q_i =1.

Весовые коэффициенты могут при этом назначаться эвристически - методом экспертных оценок.

Обобщенная функциональная схема системы оптимального управления показана на рис. 8.1.

В зависимости от полноты информации, поступающей на АУУ, оптимальные СУЭП делят на системы с полной (максимально возможной) информацией и с неполной информацией – с пассивным или активным ее накоплением.

В СУЭП с полной информацией закон управления и параметры АУУ неизменны, и задача синтеза оптимального АУУ решается однократно при разработке или настройке СУЭП.

Рис. 8.1. Функциональная схема системы оптимального управления

В системах с неполной информацией условия функционирования и свойства управляемого объекта могут изменяться в широких пределах по заранее неизвестным законам или случайным образом. Например, в шахтных подъемных установках от цикла к циклу может изменяться масса поднимаемого груза, в выемочных и проходческих машинах происходит изменение крепости разрушаемого материала и затупление режущего инструмента.

В этих случаях для поддержания оптимального режима работы и заданных показателей качества СУЭП должна сама получать и использовать недостающую информацию для выработки надлежащего управляющего воздействия U.

Такие СУЭП называют адаптивными. Они содержат блок самонастройки (адаптации) БА, на который поступает та же информация, что и на БВК. На основании обработки этой информации БА воздействует на АУУ, изменяя его параметры или структуру.

Соответственно, адаптивные СУЭП делятся на самонастраивающиеся и самоорганизующиеся. В более сложных адаптивных СУЭП блок адаптации может одновременно изменять и параметры и структуру АУУ.

В зависимости от способа получения недостающей информации о свойствах УО и условиях внешней среды адаптивные СУЭП делят на беспоисковые, в которых требуемые изменения в АУУ определяются аналитически (расчетным путем) и поисковые, в которых оптимизация критерия осуществляется с помощью поисковых пробных воздействий на объект и оценки результатов этих воздействий.

Адаптивные СУЭП, способные в процессе работы совершенствовать закон управления для улучшения показателей качества, называют самообучающимися (интеллектуальными).