Система с информацией о процессах на границе устойчивости

При управлении нестационарными объектами в ряде случаев требуется поддерживать коэффициент усиления замкнутой системы максимально допустимым, с точки зрения устойчивости системы. Информацией о достижении границы устойчивости служат автоколебания, существующие за счет нелинейности, вводимой перестраиваемым коэффициентом и нелинейных характеристик других звеньев системы. Блок-схема такой системы приведена на рис.4.3, где О – объект управления, БПК – блок перестраиваемых коэффициентов, ВИУ – вычислительно-исполнительной устройство (блок алгоритмов адаптации), Ф – полосовой фильтр, В – выпрямитель.

Рис. 4.3 Система с информацией о процессах на границе устойчивости

Допустим, мы хотим держать коэффициент на максимуме, т.е. система должна работать на верхней границе устойчивости. Естественно, величина этого коэффициента будет зависеть от параметров объекта. Пусть в начальный момент система находится в области устойчивости. Тогда на выходе фильтра, настроенного на частоту автоколебаний имеем нулевой сигнал. За счет сигнала коэффициент будет расти (ВИУ имеет интегрирующее звено) до тех пор, пока в системе не возникнут автоколебания. Эти колебания выделятся фильтром, выпрямятся и алгебраически сложатся с . Когда разница сигналов будет нулевой, рост прекратится. Очевидно, что допустимая амплитуда автоколебаний задается сигналом .

Системы, построенные на сравнении высокочастотной и низкочастотной составляющих сигнала (со спектральным анализатором)

Такие схемы применяются, когда возникновение колебаний недопустимо. Возможная структурная схема системы представлена на рис. 4.4 , где передаточная функция объекта, - регулируемая координата, - передаточная функция исполнительного механизма и корректирующих устройств, - задающее воздействие, В контур самонастройки входят: «балансировочный» фильтр , - высокочастотный фильтр, – низкочастотный фильтр, - выпрямители. Интегрирующее устройство описывается передаточной функцией .

Рис.4.4. Система со спектральным анализатором

Высокочастотная и низкочастотная составляющая сигнала ошибки выделяются фильтрами , , выпрямляются и сравниваются. При некотором балансе между высокочастотной и низкочастотной составляющими выполняется условие . Таким образом, при наличии рассогласования интегрирующее устройство изменяет коэффициент до тех пор, пока система не сбалансируется. Баланс задается так, чтобы динамические свойства системы удовлетворяли заданным требованиям. Для перестройки желаемого соотношения между высокочастотной и низкочастотной составляющими сигнала, в схеме присутствует «балансировочный» фильтр.

БАС с эталонной моделью

БАС с использованием анализатора характеристик требует наличия специальной процедуры (программной, аппаратной) определения характеристик, что усложняет систему и увеличивает время самонастройки. Вместе с тем, если есть возможность построить модель, описывающую желаемое поведение системы, уже по разности выходных сигналов модели и реальной системы можно судить о настройке регулятора и использовать эту разность для целенаправленной коррекции параметров.

К наиболее популярным в классе АС прямого действия относятся АС с эталонной моделью, функциональная схема которых представлена на рис. 4.5.

К достоинствам этого типа систем можно отнести:

● Формирование алгоритмов адаптации на основании измеряемых (а не вычисляемых) величин и относительная простота реализации;

● Возможность исключения пробных движений.

ЭМ может использоваться для решения следующих задач:

● Формирование эталонной траектории, реализующей желаемые динамические и статические характеристики;

● Формирование желаемой параметрической модели основного контура;

● Обучение регулятора адаптаций с помощью изменяемой ЭМ, что позволяет унифицировать алгоритмы адаптивного управления для изменяющихся ситуаций;

● Адаптивное управление по неполным данным на основе использования наблюдателей состояния;

● Восстановление работоспособности системы.

Адаптивные системы управления с эталонной моделью содержат динамическую модель системы, обладающую требуемым качеством и называемую эталонной моделью. Адаптивная система управления с эталонной моделью (ЭМ), кроме основного контура, содержащего регулятор (Р) и объект (О), включает контур с ЭМ и вычислительно-исполнительное устройство (ВИУ). Эталонная модель вырабатывает желаемый (эталонный) выходной сигнал. Эталонная модель и основной контур соединены параллельно.

Рис. 4.5. БАС с эталонной моделью

Вычислительно-исполнительное устройство (его также называют механизмом адаптации) обрабатывает разностный сигнал (разность между фактическим и эталонным сигналами) и подает его на алгоритм адаптации АА, который производит подстройку параметров регулятора. Выбор эталонной модели является частью процесса синтеза адаптивной системы управления.

Эталонная модель должна удовлетворять двум требованиям:

● с одной стороны, она должна отражать все требования к качеству синтезируемой системы,

● с другой стороны, эталонная реакция должна быть достижима для основного контура.

Последнее требование накладывает ограничения на структуру эталонной модели, определяемой предполагаемой структурой основного контура.

Регулятор должен обладать идеальной следящей способностью. Другими словами, закон (алгоритм) управления должен быть таким, чтобы существовали такие значения его параметров, называемые идеальными, при которых передаточная функция основного контура относительно задающего воздействия и выхода равна передаточной функции эталонной модели. Принцип работы адаптивной системы с ЭМ состоит в том, чтобы адаптор обеспечивал сходимость к нулю ошибки слежения — разность между выходными сигналами основного контура и эталонной модели.