Постановка задачи адаптивного управления.
1. Проектирование САУ ведется в предположении, что параметры ее элементов не изменяются, а внешние возмущения имеют определенный вид и величину. Однако, в условиях широкого диапазона изменения параметров в результате эксплуатации и внешних возмущающих воздействий нельзя добиться требуемого качества управления, не придав новых свойств САУ, учитывающих изменяющиеся параметры.
Наилучшим решением данного вопроса является придание САУ свойств адаптивности (приспосабливаемости) с тем, чтобы она могла изменять свои характеристики в зависимости от изменения внешних условий, параметров управляющего устройства или объекта управления.
Иначе говоря, свойства САУ должны изменяться не от априорной, а от текущей информации, причем изменения эти должны поддаваться контролю.
То есть все САУ можно разделить на две группы:
- САУ с заранее (априорно) заложенными характеристиками, не обладающие способностью контролируемого изменения свойств в процессе реальных условий работы,
- САУ адаптивные (приспосабливающиеся), которые обладают свойством контролируемого изменения характеристик, приспособления к изменению внутренних и внешних условий работы.
2. Особенностями адаптивных систем является выполнение ими трех функций:
- получение и анализ текущей информации об управляемом процессе (идентификация);
- решение задачи синтеза по заданному показателю качества;
- реализация процесса контролируемого изменения свойств системы управления.
Для выполнения этих функций в основной контур управления вводится вычислительное устройство (ВУ), имеющее три взаимодействующих блока: анализатор, синтезатор, исполнительное устройство.
Анализатор решает задачу получения и анализа текущей информации, характеризующей динамические свойства системы и действующих возмущений.
В зависимости от типа анализатор может получать текущую информацию на основе анализа динамических характеристик всей замкнутой САУ или ее объекта управления, с одновременной оценкой характера управляющих и возмущающих воздействий.
Синтезатор решает задачу синтеза адаптивных свойств системы в зависимости от проанализированного изменения ее параметров, структуры или алгоритма управления.
Исполнительное устройство передает выходные воздействия с ВУ на управляющее устройство основного контура управления, вызывая перестройку параметров или вырабатывая пробные управляющие воздействия для получения дополнительной текущей информации о динамических свойствах объекта управления.
3. По диапазону адаптивных свойств САУ можно разделить на три основных класса:
- самонастраивающиеся САУ (СНС), которые обеспечивают контролируемое изменение параметров или управляющих воздействий;
- самоорганизующиеся САУ (СОС), обеспечивающие контролируемое изменение структуры, а также возможное изменение параметров и управляющих воздействий;
- самообучающиеся САУ, в которых обеспечивается контролируемое изменение структуры, параметров и алгоритмов управления с использованием опыта функционирования.
Будем рассматривать самонастраивающиеся САУ (СНС). Вначале дадим подробное определение СНС.
Самонастраивающейся системой называют такую САУ, которая в процессе эксплуатации при изменении характеристик и внешних воздействий или параметров объекта управления самостоятельно без участия человека изменяет параметры САУ, ее структуру, а также настройку для поддержания оптимального режима работы управляемого объекта.
Общая схема СНС представлена на рис. 8.1.
Рис. 8.1. Общая схема СНС: А - анализатор, С - синтезатор, ИУ - исполнительное устройство, КСН - контур самонастройки, ОКУ- основной контур управления, УУ - управляющее устройство, ОУ - объект управления, ОС - обратная связь.
Самонастраивающиеся адаптивные системы. Пассивные самонастраивающиеся системы.
1. СНС можно разделить на пассивные и активные.
В пассивных СНС контролируемые изменения свойств производятся по определенной программе, избираемой на основе известного или наиболее вероятного для данной системы характера изменения свойств в процессе работы. Пассивные системы изменяют свойства в пределах заложенной программы и в этом смысле лишь номинально считаются самонастраивающимися. В пассивных СНС поддерживается расчетный экстремум определенного показателя, который может не соответствовать действующему экстремуму.
Активные СНС позволяют осуществлять контролируемые изменения параметров САУ в целях получения оптимальных условий управления.
Активные СНС решают экстремальную задачу поддержания наилучшего режима работы по показателям качества путем изменения ее параметров.
2. Задача отыскания экстремума в процессе анализа текущей информации может осуществляться двумя способами:
- путем поиска условий экстремума при определении неконтролируемых изменений параметров системы;
- путем аналитического определения условий экстремума величины, характеризующей критерий качества управления.
В соответствии с этим принято делить СНС на:
- поисковые;
- аналитические.
В аналитических системах в виду отсутствия процесса поиска сокращается время на экстремальное решение.
3. Выбор типа СНС зависит от характера ОУ, от требований быстродействия, а также от возможностей получения информации.
Путем использования свойств поисковых и аналитических СНС представляется возможность создания комбинированных СНС, пригодных для более широкого диапазона изменений условий работы САУ.
6. Пассивные СНС в качестве текущей информации могут использовать:
- возмущающий сигнал;
- отклонение выходной величины (ошибку управления);
- параметры объекта управления;
- показатель качества замкнутой СНС.
Рассмотрим схемы пассивных СНС в зависимости от источника информации.
На рис. 8.2 представлена схема СНС, настраиваемая по возмущающему воздействию.
Примером такой системы может служить система стабилизации частоты вращения турбогенератора, параметры которой настраиваются в зависимости от нагрузки генератора.
Рис. 8.2. СНС по возмущению.
На рис. 8.3 представлена схема СНС, настраиваемая по ошибке. Примером такой системы может служить САУ глубиной погружения ПЛА.
На рис. 8.4 представлена схема СНС по параметрам объекта управления.
Получение непосредственной информации об изменении параметров ОУ представляет собой трудную задачу. Поэтому чаще состояние ОУ определяется по таким характеристикам, как переходная 
или 
, частотные характеристики 
.
Для получения текущей информации в виде перечисленных характеристик или других косвенных показателей в контуре самонастройки может быть использован дополнительный пробный сигнал в целях искусственного определения реакции объекта управления (на рис. 8.4 показано пунктиром).
Рис. 8.3. СНС по ошибке.
Рис. 8.4. СНС по параметрам объекта управления.
В ВУ с помощью анализаторов - датчиков текущая информация поступает на синтезатор, а затем, после преобразования в программные сигналы. Исполнительное устройство осуществляет воздействие на УУ с целью изменения его параметров.
Из рассмотрения различных схем программных СНС видно, что их характерной особенностью является наличие незамкнутого контура самонастройки. ВУ преобразует входные сигналы в соответствии с заложенной программой для изменения параметров регулятора. Поэтому пассивные программные СНС в литературе часто называют системами с разомкнутым циклом самонастройки.
Положительными сторонами пассивных СНС являются простота реализации контура самонастройки и высокое быстродействие при перенастройке параметров. Однако, такие системы не обеспечивает контролируемого изменения параметров, а также качество настройки зависит от правильности программы, априорно заложенной в управляющее устройство.