САУ при неполной начальной информации

При рассмотрении систем автоматического управления (САУ) и систем автоматического регулирования (САР) предполагалось, что они функционируют в условиях, когда все необходимые параметры и характеристики (статическая, динамическая) ОУ и вектор параметров возмущающих воздействий известны. Такие системы относятся к системам с полной начальной информацией. Они, как известно, описываются линейными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами и с конкретными начальными условиями.

На практике возможны случаи, когда не все параметры и характеристики ОУ и заданы. Они могут также изменяться во времени. Для управления такими объектами необходимы САУ с неполной начальной информацией. Они бывают адаптивными (самонастраивающимися), самоорганизующимися и самообучающимися.

Адаптивные САУ используют принцип изменения параметров и структуры самой системы. К таким САУ относятся системы экстремального управления (СЭУ), или иначе – экстремально-поисковые системы (ЭПС).

Рассмотрим некоторые особенности функционирования ЭПС. В общем случае задача такой системы состоит в поддержании экстремального (максимального или минимального) значения параметра ОУ y(t) на требуемом уровне вне зависимости от условий его функционирования. Структурная схема ЭПС включает устройство автоматического поиска экстремума (УАПЭ) (рис. 16.3). В простейшем случае регулирования одного параметра y = f(x) - одномерный вариант, в УАПЭ могут использоваться различные алгоритмы поиска экстремума.

Способ производной основан на использовании изменения знака производной параметра y(t) при изменении управляющего сигнала x(t) при переходе точки в интервале (х₁, х₂) (см. Рис.16.4, а). Сравнивая значения (выборки) производной dy/dt на границах интервала (х₁, х₂), можно однозначно определять местонахождение экстремума функции y(t).

Формирование выборок способом модуляции параметра х(t) осуществляют путем принудительного изменения (модуляции) величины в интервале от х₁ до х₂. (Рис. 16.4). Это технически можно реализовать, например, путем добавления к управляющему сигналу гармонического колебания с амплитудой Dх. Модулированный сигнал будет иметь вид:

x_м (t) = x(t)+ Δx sinω t.

Рис. 16.3 – Структурная схема ЭПС: ЗП – задатчик параметра x(t); Р – регулятор; ОУ – объект управления; УАПЭ – устройство автоматического поиска экстремума; И – измеритель; x(t) - управляющий сигнал; y(t) – выходной параметр; – вектор параметров возмущающих воздействий; y1(t) – измеренное значение выходного параметра; v(t) – сигнал на коррекцию управляющего сигнала; z(t) –сигналуправлениярегулятором; u(t) – управляющее воздействие

В процессе работы адаптивной САУ, в которой используется принцип экстремального управления, в УАПЭ может формироваться сигнал v(t) для коррекци управляющего сигнала x(t) взадатчике параметра ЗП и сигнал z(t) управлениярегулятором Р (см. Рис. 16.3). В зависимости от назначения адаптивной САУ, эти операции могут осуществляться совместно или какая-то одна из них.

Рабочая точка на характеристике y = f(x) будет менять свое положение в пределах изменения сигнала x(t) от (х₁ – Δx) до (х₁ + Δx) (Рис. 16.4, б). Амплитуду Δx выбирают так, чтобы получить изменение выходного параметра y в допустимых пределах.

Самоорганизующиеся САУ функционируют на основе изменения своей структуры по сигналам ЭВМ, входящей в САУ. За счет выбора оптимальной для текущих условий структуры схемы САУ (набора элементов схемы и связей между ними) обеспечивается получение экстремума регулируемого параметра.

Рис.16.4 – Принцип нахождения экстремума в УАПЭ: а) – способ дифференцирования; б) – модуляция параметра х(t)

Для самообучающихся САУ характерным является постоянное преобразование и совершенствование структуры самой САУ и алгоритма ее функционирования. Цель этого процесса – оптимизация автоматического управления в изменяющихся условиях.

Благодаря быстрым темпам развития электроники и вычислительной техники возможно создание САУ любых видов.