Дополнительные требования к замкнутым системам

Кроме требований, рассмотренных в двух предыдущих параграфах, к замкнутым системам могут предъявляться дополнительные требования. Ниже дан пример возможных требований.

В отношении модели объекта можно выделить два возможных варианта: неточно заданный объект и интервалъно заданный объект.

В первом случае параметры модели известны, но с некоторой погрешностью, например 1%; во втором случае известно, что по меньшей мере один из параметров объекта изменяется в некотором интервале, величина которого существенна по сравнению с его значением, т. е., например, более 10%. Для управления объектом с неточно заданными параметрами следует применять грубые системы, а для управления объектом с интервально заданными параметрами можно использовать робастные или адаптивные системы.

• 1. Грубая система — система, сохраняющая работоспособность и все расчетные технические характеристики при небольших изменениях параметров модели объекта и регулятора. Речь идет об изменениях на уровне не более 2—3%. Это требование обязательно для всех систем. Термин «грубая система» положительно характеризует систему, а «негрубая» означает отрицательное свойство системы, которое состоит в том, что существует хотя бы один из параметров, небольшие изменения которого приводят к кардинальным изменениям свойств системы (например, устойчивая система становится неустойчивой или перерегулирование возрастает вдвое или более существенно).
• 2. Система называется робастной, если она слабо чувствительна к относительно большим изменениям параметров объекта. Один или несколько параметров объекта в этом случае задаются в некотором интервале. Это изменение нельзя отнести к погрешности реализации или погрешности идентификации. Здесь может идти речь об изменении некоторых коэффициентов на десятки процентов или даже в несколько раз, а также об изменении порядка модели объекта. При этом регулятор остается неизменным. Именно такое свойство, в отличие от свойства «грубость», далее будем называть робастностью.
• 3. Адаптивные свойства системы. В случае изменений параметров модели, которые нельзя отнести к неточностям идентификации, требуется обеспечение заданных свойств системы, как и в п. 2, однако при этом допускается изменение параметров регулятора, не требуется, чтобы регулятор оставался неизменным. В структуре системы должно содержаться средство для определения параметров объекта или параметров системы в целом, а также средство воздействия на регулятор с целью изменения его коэффициентов или даже структуры. Поэтому можно выделить несколько видов адаптивных систем:
  • • настраивающиеся (самонастраивающиеся) регуляторы (системы) — это регуляторы, в которых изменяются коэффициенты;
  • • переключающиеся регуляторы (системы) — это регуляторы, в которых изменяется структура.

Свойство «грубость» следует считать обязательным для каждой изготавливаемой системы. Здесь речь идет о столь незначительном изменении, которое можно отнести к неточности реализации регулятора и идентификации модели объекта. Действительно, при изготовлении регуляторов методами аналоговой техники, как правило, крайне сложно обеспечить соответствие коэффициентов их расчетным значениям с погрешностью менее 1%, а иногда такая погрешность может достигать 5% и выше. Это связано с точностью изготовления резисторов и конденсаторов и со стабильностью их параметров. Применение цифровой техники позволяет некоторые коэффициенты реализовать с большей точностью, однако каждое цифровое устройство, сопрягаемое с объектом управления, как правило, имеет аналоговые узлы на входе и (или) на выходе. Поэтому регулятор, работоспособный только при крайне точной реализации всех его коэффициентов и идентификации модели объекта, бесполезен. Следовательно, указанное свойство необходимо обеспечивать всегда. Каждый объект следует рассматривать как неточно заданный объект.

Свойство «робастность» или «адаптивность» можно считать двумя различными способами решения одной и той же задачи, состоящей в том, чтобы система выполняла свои функции, хотя модель объекта изменяется. Поскольку робастность не предполагает изменений регулятора, такие системы целесообразно предпочесть, если их реализация возможна. К адаптивным системам приходится прибегать тогда, когда невозможно обеспечение работоспособности системы без изменений регулятора.