Глава 2. ЭЛЕМЕНТЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Для любых процессов управления характерно:

· наличие цели и алгоритма управления;

· наличие системы управления, состоящей из управляющих и управляемых органов;

· взаимодействие системы управления с внешней средой;

· осуществление управления на основе приема, преобразования и передачи информации.

Решение задач синтеза эффективных алгоритмов управления с целью определения структуры, параметров и характеристик управляющих устройств, обеспечивающих наилучшее в протекание процессов управления, невозможно без определенного сочетания объекта управления с информационными устройствами – каналами связи и преобразователями информации.

Объектами управления могут быть отдельные механизмы и машины, а также целые технологические и производственные комплексы. Для них характерно наличие ряда (множества) возможных состояний. Управление состояниями (управляющими воздействиями) комплексов осуществляется либо вручную, либо автоматически.

Состояние управляемого объекта характеризуется как управляемыми, так и неуправляемыми параметрами или координатами объекта, которые могут зависеть не только от управляющего воздействия, но и от различных возмущающих воздействий.

Управляющее устройство, действуя в соответствии с алгоритмом управления, перерабатывает поступающую в него информацию о воздействиях и состоянии объекта управления в управляющие воздействия. Построение эффективной системы автоматического управления (САУ), обладающей высокой точностью, безопасностью, быстродействием и надежностью, является сложной научно-технической задачей. Для этого требуется:

· поиск адекватного математического описания объекта управления;

· обоснование критерия эффективности управления;

· выбор соответствующих методов, алгоритмов и средств выделения и преобразования информации о воздействиях и состоянии объекта управления с учетом математического описания объекта, включая его динамические свойства, и выбранного критерия эффективности.

Трудоемкость алгоритма управления системы автоматического управления определяется тем, что даже если математические описания объекта и критерия эффективности известны, решить соответствующую вариационную задачу, пользуясь математическим аппаратом, удается лишь в простейших случаях. Задача усложняется тем, что, как правило, известно лишь приближенное математическое описание объекта, первичная информация обычно бывает неполной и замаскированной помехами.

Все отмеченное выше имеет значение для всех типов САУ, но особенно существенно при разработке адаптивных систем автоматического управления, которые приспосабливаются к непредвиденным изменениям характеристик объектов управления или воздействиям внешней среды. Примерами таких объектов являются скоростные ракеты и самолеты, плазменные и химические реакторы, металлургические процессы и т. д.

Различают самонастраивающиеся (СНС), самоорганизующиеся и самообучающиеся адаптивные системы управления [6].

Самонастраивающимися называются системы, в которых адаптация при изменении условий работы осуществляется путем изменения параметров управляющего устройства и управляющих воздействий.

В самоорганизующихся системах адаптация осуществляется за счет изменения не только параметров и управляющих воздействий, но и структуры. Относительная сложность самоорганизующихся систем объясняется тем, что для своего функционирования они используют меньший объем априорной информации по сравнению с самонастраивающимися системами.

Самообучающимися называются системы автоматического управления, в которых оптимальный режим работы управляемого объекта определяется при помощи управляющего устройства, алгоритм которого автоматически целенаправленно совершенствуется в процессе обучения путем автоматического поиска. Поиск производится при помощи второго управляющего устройства, являющегося органической частью самообучающейся системы.

Самонастраивающиеся системы, в свою очередь, делятся на беспоисковые (или аналитические) и поисковые (или экстремальные).

Беспоисковыми называются системы, в которых определение параметров управляющего устройства или управляющих воздействий производится на основе аналитического определения условий, обеспечивающих заданное качество управления.

Поисковыми называют системы, в которых изменение параметров управляющего устройства или управляющего воздействия осуществляется в процессе поиска экстремума определенного показателя качества. Поиск условий экстремума в системах этого типа осуществляется с помощью пробных воздействий и оценки полученных результатов.

Обычные беспоисковые самонастраивающиеся системы требуют большего объема априорной информации, чем поисковые самонастраивающиеся системы. Однако важным достоинством беспоисковых (аналитических) систем является отсутствие поисковых движений, поэтому их время самонастройки, как правило, значительно меньше, чем у поисковых.