Определение, основные особенности и классификация

Адаптивной называется такая система автоматического управ­ления, которая обладает способностью автоматического приспо­собления к изменяющимся в широких пределах характеристикам объекта управления и внешних воздействий Основной особенностью адаптивных систем является наличие у них двух целей управления:

1. Основная цель, которая заключается в поддержании управ­ляемой величины на заданном значении.

2. Цель адаптации, которая состоит в автоматическом поддер­жании качества управления на требуемом уровне.

Классификация адаптивных систем автоматического управле­ния (АСАУ) отображена на рис. 25.

Обучением называют автоматический процесс накопления опыта и совершенствования алгоритма адаптации в процессе ра­боты системы. Самообучение построено по принципу выработки условных рефлексов у живых организмов. В обучаемых системах присутствует на первой стадии человек-оператор и обучаемая ЭВМ, снабженная соответствующей программой обучения. На этой стадии человек-оператор принимает решения по управлению объектом, и соответствующая информация поступает на ЭВМ.

Рис. 25

После достаточно продолжительной совместной работы ЭВМ мо­жет принимать решения самостоятельно.

Системы без обучения называются самонастраивающимися си­стемами (СНС). В СНС цель адаптации заключается в поддержании некоторого технико-экономического показателя, характеризующе­го качество управления и называемого критерием самонастройки, на экстремальном или заданном значении. Этот критерий являет­ся функцией управляющих воздействий адаптации.

Если критерий самонастройки должен поддерживаться на экстремальном значении, то СНС является в то же время оптималь­ной в статике (см. п.1). У такой СНС критерий оптимальности совпадает с критерием самонастройки.

В поисковой СНС экстремальное значение критерия самонаст­ройки обеспечивается путем автоматического поиска экстремума, соответствующей статической характеристики, который может непредвиденно смещаться. Автоматический поиск экстремума заключается в последовательном выполнении трех операций

- пробное воздействие на объект;

- определение результатов этого воздействия;

- рабочее воздействие на объект по результатам пробного воз­действия, направленное на достижение экстремума крите­рия самонастройки.

В частном случае пробное и рабочее воздействия могут быть совмещены.

В беспоисковых системах критерий самонастройки, может под­держиваться как на заданном, так и на экстремальном значении но поиск экстремума не применяется. В первом случае используются известные принципы регулирования по отклонению или (и) возмущению. Во втором случае применяются аналитическое определение скорости и направления управляющих воздействий с це­лью достижения экстремума критерия самонастройки. Беспоиско­вые системы более совершенны в смысле быстроты и точности адаптации, чем поисковые, но для их проектирования требуется большой объем априорной информации об объекте управления.

2.2 Функциональные схемы и примеры
самонастраивающихся систем

Укрупненно СНС можно рассматривать состоящей из объекта адаптации и адаптивного управляющего устройства. В роли объекта адаптации (ОА) выступает некоторая САР, замкнутая или разомкнутая, состоящая из автоматического регулятора АР и объекта регулирования ОР (рис. 26).

Рис. 26

Причем характеристики ОР, а также внешних воздействий g и v подвержены изменениям в процессе работы, что и требует адаптации (самонастройки) за счет изменения параметров автоматического регулятора.

Самонастройку осуществляют два основных блока адаптивного управляющего устройства: блок измерений и вычислений БИВ
(анализатор) и блок настройки БН (синтезатор). БИВ выполняет
следующие функции, используя поступающую на него информацию, условно показанную штриховыми линиями:

- снятие статических и динамических характеристик объектов адаптации и регулирования;

- снятие статистических характеристик случайных воздей­ствий g(t) и v(t);

- измерение критерия самонастройки, его производных и от­клонения от экстремума;

- измерение отклонения выходных величин объекта адапта­ции и его эталонной модели.

В поисковых СНС функции блока настройки выполняет авто­матический оптимизатор АО (рис. 27), причем вся система в целом называется системой автоматической оптимизации (САО).

Рис. 27

В качестве примера поисковой САО можно привести адаптив­ную систему управления толщиной проката (рис. 28).

Объектом адаптации в этом примере является разомкнутая
система регулирования по возмущению, содержащая автоматический регулятор АР и исполнительный двигатель ИД, который через винтовую передачу перемещает в вертикальном направлении подвижный валок клети прокатного стана.

Рис. 28

Именно это промышленное устройство является объектом регулирования, а регулируемой величиной здесь следует считать толщину h стальной полосы на выходе. Основным возмущением является толщина полосы Н на входе, причем разомкнутая система регулирования по возмущению использует ее как входную величину.

В состав адаптивного управляющего устройства данной СНС входят блоки БИВ и АО. Анализатор БИВ измеряет толщину проката на выходе и вычисляет ее дисперсию D_h как критерий самонастройки. Автоматический оптимизатор, воспринимая эту информацию, осуществляет поиск минимума статической характеристики при непредвиденных смещениях этой характеристики путем изменения параметра настройки автоматического регулятора АР (рис. 29).

Рис. 29

В частном случае в поисковой СНС в качестве объекта адаптации может выступать сам объект регулирования. Такой объект должен иметь статическую характеристику с максимумом или минимумом, который необходимо поддерживать с помощью адаптивного автоматического управления.

Указанная характеристика смещается непредвиденным образом, что и требует адаптации. Такие системы получили название систем экстремального регулирования (СЭР), а входящие в них автоматические оптимизаторы называют экстремальными регуляторами.

Примерами объектов регулирования с экстремальной характеристикой (рис. 8.30) являются:

Рис. 30

- топочное устройство, в которое подаются для горения газ и воздух; в этом случае у - температура; и – расход газа; v- расход воздуха (возмущение);

- параллельный колебательный контур LС, в этом случае у -
напряжение на контуре (регулируемая величина); и - ем-
кость конденсатора; v - частота переменного тока;

- радиолокационная станция сопровождения цели, у которой
выходная величина у - отраженный от цели сигнал; v - перемещение цели; и - перемещение антенны;

- бурильная установка, у которой у - вертикальная скорость
проходки; и - осевое давление на бур; v - твердость породы.

Лекция 9.