Раздел: Документация
0 ... 125 126 127 128 129 130 131 ... 143 ГЛАВА 12 Адаптивные системы автоматического управления 12.1. Определение адаптивных систем автоматического управления и их классификация Необходимость построения адаптивных систем При проектировании систем автоматического управления обычно исходят из известного характера воздействия на систему и предполагают, что этот характер, а также параметры системы при работе не изменяются или изменяются в малых пределах. Например, часто за-даюя? ■? воздействие аппроксимируют полиномом я-й степени и рассчитывают систему (определяют порядок астатизма, строят желаемую ЛАЧХ, находят параметры корректирующих устройств) таким образом, чтобы обеспечить требуемые показатели качества (динамическую ошибку, перерегулирование, время регулирования и др.) или добиться экстремального значения критерия оптимальности. При поступлении на вход системы случайных задающего воздействия и помехи синтезируют оптимальную систему с минимальной среднеквадра-тической ошибкой, исходя из средних статистических характеристик воздействия. Однако характеристики реальных внешних воздействий могут существенно отличаться от принятых при расчете системы вследствие неполной априорной (начальной) информации об этих воздействиях. Поэтому и процессы, происходящие в системе, будут отличаться от расчетных или оптимальных, а ошибки системы могут превосходить допустимые. Кроме изменения характеристик внешних воздействий не остаются постоянными также некоторые параметры управляемого объекта или системы в целом, а самопроизвольно изменяются по мере «старения», изменения окружающей среды, давления, влажности и по другим причинам. Примером объекта с изменяющимися параметрами является самолет или ракета — при полете изменяются их массы вследствие сгорания горючего и коэффициенты трения об окружающую среду. Обратная связь в САУ с принципом управления по отклонению, хотя и уменьшает влияние изменения параметров системы на ее работу, однако это изменение приводит к расстройке системы, отклонению процесса управления от расчетного, ухудшению ее показателей качества. Таким образом, в условиях неполной априорной информации (т. е. в условиях начальной неопределенности) о внешних воздействиях и о параметрах объекта управления задача управления усложняется. Возможность управления объектами при неполной априорной информации основана на применении адаптации в автоматических системах, CC(t)\ УУа УУо I ОшВная сшптт упраВмнш1 Рис. 12.1. Обобщенная функциональная схема адаптивной системы. которая уменьшает первоначальную неопределенность на основе использования информации, получаемой в процессе управления. В адаптивных (приспосабливающихся) системах автоматически в процессе работы системы пополняется иформация об изменении характеристик внешних воздействий и параметров объекта и в соответствии с этой текущей (рабочей) информацией автоматически изменяется алгоритм управления системы, обеспечивая необходимое или наилучшее (оптимальное по какому-либо критерию) качество управления объектом при изменяющихся условиях работы. Автоматическое изменение коэффициентов и вида алгоритма управления, в соответствии с которым формируется управляющее воздействие, достигается в общем случае изменением уставки, параметров и структуры управляющего устройства и требует дополнительных устройств. Функциональная схема адаптивной системы в общем виде изображена на рис. 12.1. Эта система состоит из двух частей — основной системы управления (устройство управления УУ0, управляемый объект УО, охваченные обратной связью) и устройства управления автоматической адаптации УУЛ. Основная система в зависимости от ее назначения решает определенную задачу (например, задачу стабилизации, программного управления, воспроизведения, преобразования), а устройство управления автоматической адаптации УУа осуществляет настройку устройства управления основной системы УУ0, изменяя ее параметры или структуру с целью обеспечения необходимого процесса управления при изменяющихся условиях работы. В частности, если изменяются характеристики задающего а (/) и возмущающего L (г) воздействий, то в результате анализа поступающих в УУа этих воздействий определяются их текущие характеристики (например, вид аппроксимирующегося полинома, спектральная плотность). В соответствии с этими характеристиками по заранее заложенному алгоритму в управляю?, щем устройстве УУа вырабатывается управляющее воздействие V й:-перестраиваются параметры или изменяется структура основного УУ0, обеспечивая каждый раз минимальную ошибку системы. Если уход системы от расчетного режима вызван отклонениями параметров системы (чаще всего управляемого объекта), то для соответствующей настройки УУ0 необходимо выявлять эти отклонения. Поскольку" непосредственное измерение параметров системы (объекта) представляет собой сложную задачу, то выявление отклонений параметров осуществляется косвенным способом — по реакции системы (объекта) на рабочий сигнал, а чаще всего — на специальные пробные воздействия, которые подаются на УУ0. Последние вводятся в систему, если рабочий сигнал недостаточен для получения необходимой информации. Реакция 6 (г) системы (объекта) подается в УУа, где анализом определяется некоторый показатель качества — критерий качества / (например, число колебаний реакции системы В (г) на ступен- чатое или импульсное пробное воздействие) и его отклонение от желаемого. Если реакция системы отличается от желаемой, то в УУа вырабатывается управляющее воздействие V, которое изменяет некоторые параметры (например, коэффициент усиления системы, постоянные времени корректирующих устройств) или структуру УУ0 таким образом, что отклонение текущего критерия качества от желаемого уменьшается или сводится к нулю. Классификация адаптивных САУ Как отмечалось, адаптивная система (рис. 12.1) состоит из двух контуров управления — основного контура и вторичного — контура» адаптации, содержащего управляющее устройство адаптации УУа. Для вторичного контура основная САУ является управляемым объектом. Контур адаптации образует второй уровень управления. Можно организовать и следующий уровень адаптации, когда в соответствии-с изменяющимися условиями работы будет подстраиваться не только У-У 0, но и УУа. Аналогично возможно построение многоступенчатых иерархических адаптивных САУ, в которых каждый последующий уровень управляет предыдущим. При этом расширяется диапазон условий, при которых система будет правильно выполнять свою задачу или повышать показатель качества управления в заданном диапазоне. Каждый последующий контур адаптации должен иметь все более обобщенный алгорит управления и более долговременную память. Адаптивная система, как и основная, может быть выполнена с разомкнутым, замкнутым и комбинированным контуром адаптации. Примерами разомкнутых контуров адаптации являются контуры адаптации по задающему а (г) и возмущающему L (t) воздействиям в обобщенной адаптивной системе (см. рис. 12.1). С помощью этих контуров определяются текущие характеристики воздействий и в соответствии с этими характеристиками по некоторому алгоритму настраиваете» УУа. При этом реакция системы или ее точность не измеряются. С помощью разомкнутого контура адаптации могут, например, определяться производные задающего воздействия и в зависимости от наличия» и значения тех или иных производных изменяться порядок астатизма основной системы. Например, при появлении ускорения (что, в частности, при рассмотрении систем автоматического сопровождения цели обычно соответствует маневру цели) контур адаптации изменяет структуру УУа так, что порядок астатизма основной системы повышается с первого до второго. При этом динамическая ошибка системы принимает конечное значение, а не возрастает во времени, как в случае, если бы порядок астатизма системы оставался первым. В большинстве случаев адаптивные системы строятся с замкнутым контуром адаптации, т. е. с обратной связью. В этих системах по реакции системы Р (г), подаваемой на УУЯ через обратную связь» (рис. 12.1), определяется текущий критерий качества / и сравнивается; с желаемым значением критерия /ж. Получившееся при этом отклоне--ние А/ = /ж — / используется для формирования сигнала настрой- 0 ... 125 126 127 128 129 130 131 ... 143
|
