Самонастраивающиеся системы. 
Основы автоматического управления

Основное отличие СНС от САУ с жесткими, неизменными алгоритмами работы состоит в том, что в них при изменении динамических характеристик объекта и характера входных воздействий автоматически, но не по заданному заранее закону, изменяются параметры управляющего устройства для обеспечения заданного или экстремального значения показателя качества. В СНС могут изменяться коэффициенты усиления, постоянные времени инерционных звеньев и другие параметры. Настройка параметров осуществляется при помощи специальной цепи (контура) настройки, т. е. СНС имеет, как минимум, два контура.

По функциональному назначению СНС могут быть системами стабилизации, следящими системами и системами программного управления. Назначение системы определяет показатель качества ее работы. Показателями эффективности работы СНС могут быть точность управления, быстродействие и другие показатели качества, применяемые для оценки работы обычных САУ. В общем случае показатель качества СНС можно записать в виде нскоторого функционала / = /(Pi, р_ь е, /), зависящего от настраиваемых параметров р, (j = 1, 2, к) и ошибки е (/) = y_w(t) — д>ф (/), где Угр (0, д>_ф(/) — требуемое и фактическое значения выходной координаты ОУ соответственно.

В процессе работы СНС можно выделить следующие четыре задачи:

• 1) получение информации о динамических характеристиках ОУ и величинах возмущающих воздействий (рабочая информация);
• 2) формирование показателя качества системы /;
• 3) сравнение величины 1 с требуемым значением показателя качества /_тр и выработка управляющего воздействия;
• 4) изменение (настройка) параметров управляющего устройства для обеспечения /_тр.

Решение этих четырех задач в конкретных СНС может осуществляться разными способами.

Получение информации о характеристиках управляемого объекта может происходить в условиях нормального функционирования, т. е. при естественных входных воздействиях, или путем подачи на вход системы или объекта специальных пробных сигналов; например, подавая гармонические колебания разных частот, можно получить точки АЧХ. В этом случае для организации пробных движений необходимо иметь специальное устройство (генератор пробных сигналов), что приводит также к дополнительным затратам энергии; однако при этом время, необходимое для получения информации, меньше, чем при первом способе.

Существуют различные способы формирования параметров настройки по показателю качества СНС. Например, можно выделить системы с настройкой параметров по эталону (модели) и с экстремальной настройкой.

В системах с настройкой параметров по модели целью настройки является обеспечение близости динамических характеристик объекта и модели. В качестве модели используется вычислительное устройство, которое обеспечивает требуемую зависимость выходного сигнала от входного воздействия. На рис. 13.5 показана функциональная схема СНС с настройкой по модели. Входная величина системы x (t) подается на вход модели М. Выходные координаты объекта y (t) и модели y (t) поступают в вычислитель отклонений ВО, который определяет, Рис. 13.5. Функциональная схема СНС с настройкой по модели как нужно изменить параметры [З_у (у = 1, 2, …, к) управляющего устройства основного контура УУ. Исполнительное устройство И У контура самонастройки (контур И) осуществляет необходимую настройку параметров.

В системах с экстремальной настройкой параметры управляющего устройства изменяют так, чтобы показатель качества системы достиг экстремального значения. По способу получения информации о текущем значении показателя качества / самонастраивающиеся системы подразделяются на поисковые и беспоисковые (аналитические). В поисковых системах, изменяя параметры управляющего устройства, определяют частные производные Э//Эр_у показателя качества / по параметрам р,. Затем методами, рассмотренными в подразд. 13.2, находят экстремум /.

В беспоисковых (аналитических) СНС текущее значение показателя качества / находится в вычислительном устройстве на основе заложенных в них аналитических зависимостей /= /(р).

Самонастраивающиеся системы с экстремальной настройкой параметров по характеру работы корректирующих цепей можно разделить на системы с разомкнутыми и замкнутыми цепями настройки. На рис. 13.6, а показана схема СНС с разомкнутой цепью настройки. Возмущающие воздействия f, fo, действующие на ОУ, измеряются специальным вычислительным устройством ВУ, выходные сигналы которого вызывают такие изменения параметров корректирующих элементов управляющего устройства W_y(p)t чтобы скомпенсировать изменение параметров объекта управления W₀(p).

Самонастраивающиеся системы с разомкнутыми цепями относительно просты и позволяют быстро отреагировать на измеряемые возмущения.

Недостатком СНС с разомкнутыми цепями настройки является невозможность учесть и измерить все возмущающие воздей;

Рис. 13.6. Схемы СНС:

а — с разомкнутой схемой настройки; б — с замкнутой схемой настройки ствия. Принципиальная схема СНС с замкнутой цепью самонастройки показана на рис. 13.6, б.

В системе с замкнутыми цепями настройки в вычислительное устройство ВУ поступает информация об управляющих воздействиях и помехах/и о выходных координатах объекта у. Используя информацию от ВУ, исполнительное устройство И У настраивает параметры управляющего устройства УУ. Замкнутые СНС с экстремальной настройкой применяются для управления объектами, работающими в резко изменяющихся условиях, например в автопилотах самолета.