50. Адаптивное управление. Общие понятия об адаптивном управлении. Адаптация. Классификация адаптивных систем. Принципиальная схема адаптивной системы.

Мы видели что для математической формулировки и последующего решения задача синтеза оптимальной системы управления необходимо располагать сведениями об объекте управления и условиях работы системы. Объект управления должен быть математически описан, т.е. найдено его дифференциальное уравнение или какой либо аналог управления. Кроме этого в детерминированном или вероятностном смысле известны свойства задающих и возмущающих воздействий. Наличие такой априорной информации позволяет синтезировать оптимальную или неоптимальную систему но имеющие нужные показатели качества. Во многих реальных ситуациях информация о свойствах объекта и внешних воздействиях является недостаточной для построения системы с необходимыми показателями качества. Эта недостаточность информации носит двоякий характер:

1.В первом случае на этапе расчёта устройства на этапе выполнения могут быть неизвестны свойства объекта управления и внешние воздействия. Система управления в процессе функционирования должна сама выполнять автоматически недостающую информацию. При этом по мере поступления этой информации изменять структуру и параметры устройства управления таким образом, чтобы показатель качества достигал экстремального значения или соответствовал определённому ограничению. После восстановления недостающей информации при неизменных последовательных свойствах объекта и внешних возмущений структура и параметры УУ сохраняются и система работает в обычном режиме.

2.Во втором случае имеются исходные данные о свойствах объекта управления и возмущения, которые позволяют синтезировать устройства управления в процессе работы системы. Эти свойства могут изменяться поэтому заранее достоверно прогнозировать характер изменений невозможно. При этом могут изменяться как параметры объекта так и входные параметры. Все изменения могут привести к тому, что УУ спроектированное при ориентации на некоторую начальную информацию, в новых условиях может не обеспечить соответствия показателей качества с существенным ограничением.

Общим является то, что система управления в процессе работы должна реагировать на изменение свойств объекта и внешних воздействий и на основе внешней информации приспосабливаться путём изменения структуры и параметров. Такие системы называются адаптивными, а процесс – адаптация. Если адаптация обусловлена только отсутствием начальной информации о свойствах объекта и возмущением, то после её выполнения и при неизменных свойствах объекта и возмущений, то такая адаптация называется однократная. В остальных случаях коррекция управления осуществляется каждый раз и адаптация называется многократной.

Понятие адаптация подвергается разнообразным критическим обсуждениям. Адаптация – процесс изменения параметров в структуре системы и управления воздействий на основе текущей информации с целью достижения определённого обычно оптимального состояния системы при начальной неопределённости и изменениях в условиях работы. Использование принципов адаптации помогает:

1. Построить систему в соответствии с предъявляемыми требованиями к её качеству при ограниченной (априорной) информации о свойствах объекта и внешнего воздействия.

2. Обеспечивается соответствие качеству управления заданным требованиям в процессе функционирования системы в условиях изменяющихся свойств и внешних воздействий.

Классификация схем адаптивных систем.

Можно выделить классы адаптивных систем:

1. Самонастраивающиеся (СНС).

2. Самоорганизующиеся.

3. Самоалгоритмизирующиеся.

Под самонастраивающейся понимают такие адаптивные системы у которых адаптация обеспечивается только за счёт изменения параметров устройства управления. Если адаптация достигается за счёт изменения структуры устройства управления или алгоритма управления принято называть соответственно самоорганизующейся и самоалгоритмизирующейся. В настоящее время часто используются самонастраивающиеся системы. В современной литературе этот класс называют общим термином адаптивные системы.

В зависимости от требований, предъявляемых к качеству управления целесообразно выделить самонастраивающуюся систему со стабилизацией и оптимизацией качества. СНС со стабилизацией обеспечивают неизменный заданный уровень качества при этом качество описывается заранее обусловлено образом при изменении свойств объекта и внешних воздействий. СНС с оптимизацией. Качество, характеризующее процесс управления должно достигать некоторого экстремума при всех возможных условиях работы системы. Соответствие качества управления в СНС за счёт изменения параметра устройства управления. Эти устройства осуществляют на основе поиска таких значений параметров при которых качество соответствует таким значениям, которое нам необходимо.

В первом случае используются специальные пробные воздействия, которые задают отклонения параметров УУ и изменяют соответствующее значение показателей качества, затем анализируя эту информацию меняют значения параметров в направлении, которое приводит к нужному значению показателя качества. Во втором случае значения параметров установленных на основе аналитического анализа условий, при которых будут удовлетворены ограничения на качество управления Соответственно СНС в первом случае называется поисковым, во втором – аналитическим

51. Определить понятие устойчивости системы регулирования. Графики переходных процессов в устойчивой системе при отработке задающих и возмущающих воздействий. Задачи исследования устойчивости системы регулирования. Необходимое и достаточное условие устойчивости системы регулирования.

Устойчивость явл одним из необходимых условий, обеспечивающих нормальное функционирование систем регулирования (СР).

В спомним структуру одноконтурной СР.

На любую АСР в условиях ее эксплуатации всегда возникают различные внешние возмущения Хзд для следующих систем и систем программного управления, возмущающие воздействия f1 и f2, которые могут нарушать ее нормальную работу.

Под воздействием внешнего возмущения в системе возникают переходные процессы.

Устойчивость линейных автоматических СР (ЛАСР) – свойство системы приходить в первоначальное или др равновестное состояние после окончания переходного процесса, вызванного воздействием возмущения.

Г рафики переходных процессов в устойчивой системе при отработке задающих (1) и возмущающих (2) воздействий.

1. Yjyзд 2. Y1f1

Yуст

t t

Отметим, что форма графиков перех процессов в устойчивой системе значений не имеет. Важен только факт сходимости процесса к равновесному состоянию.

Появление неустойчивости часто ограничивает наши возможности по созданию высокоэффективных АСР. Поэтому чрезвычайно важно определить условия, которые обеспечивают устойчивость системы. Для установления условий устойчивости линейных систем, в силу принципа суперпозиции, можно ограничиться рассмотрением реакции системы только на одно какое-либо возмущение.

Задачи исследования устойчивости систем регулирования:

1. Выяснить, устойчива ли система данной структуры при определенных значениях ее параметров.

2. В случае неустойчивости системы, определить, может ли быть обеспечена устойчивость выбором значения ее параметров и каким образом эти параметры должны быть выбраны.

3. Найти область значений параметров системы, в пределах которых система будет устойчивой.

Замечание: последнее необходимо для того, чтобы выяснить в каких пределах можно изменять эти параметры для придания системе требуемых динамических свойств не нарушая ее устойчивость.

Условия устойчивости СР:

Для того, чтобы линейная система была устойчива необходимо и достаточно чтобы все корни характеристического уравнения замкн системы имели отрицательные вещественные части.

Оглавление

1. Что является объектом изучения теории автоматического управления (ТАУ). Перечислить основные задачи линейной ТАУ. 1

2. Сформулировать принцип действия автоматического устройства управления. Схема объекта управления (ОУ). Состояние ОУ. Что понимают под управлением объектом. Принципиальная схема автоматического управления объектом. Задача автоматического управления. 2

3. Определить понятие «принципы управления». Сущность, достоинства, недостатки и принципиальные схемы следующих принципов управления: разомкнутое управление; управление по возмущению; управление с обратной связью. Автоматические системы регулирования (АСР). 3

4. Классификация систем автоматического управления в зависимости от: свойств входящих в систему элементов; природы функционирующих в системе сигналов; назначения системы управления. 4

5. Сущность принципа суперпозиции. Преобразование Лапласа. Модель элемента системы регулирования в виде линейного дифференциального уравнения. Передаточная функция элемента. Характеристический полином элемента (системы). 5

6. Временные элементы линейных звеньев АСР: переходная функция, переходная характеристика элемента. Обратное преобразование Лапласа. Формула разложения Хэвисайта. Нормированная передаточная функция. 6

7. Назначение структурных схем. Виды структурных схем. Элементы алгоритмических структурных схем. 7

8. Правила преобразования структурных схем: последовательное соединение звеньев; параллельное соединение; охват звена обратной связью. 8

9. Правила преобразования структурных схем: перенос сумматора; перенос узла (точки) разветвления. Правило Мейсона (Мэзона) преобразования структурных схем. 9

10. Передаточные функции АСР. Структурная схема одноконтурной АСР с единичной обратной связью. Передаточная функция разомкнутой системы. Передаточные функции замкнутой системы регулирования относительно задающего воздействия, внутреннего и внешнего возмущений. Характеристические полиномы разомкнутой и замкнутой систем регулирования. 11

11. Частотные характеристики элементов (систем). Физический смысл частотных характеристик. Способы определения частотных характеристик. Виды частотных характеристик. Графическое представление частотных характеристик. 13

12. Логарифмические амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики. 14

13. Типовые элементы (звенья) линейных АСР. Уравнение, передаточная функция и переходная характеристика следующих типовых элементов: пропорциональное (усилительное); инерционное первого порядка; реальное дифференцирующее. 14

14. Типовые элементы (звенья) линейных АСР. Уравнение, передаточная функция и переходная характеристика следующих типовых элементов: интегрирующее; инерционное второго порядка; интегро-дифференцирующее звено. 15

15. Типовые модели промышленных объектов регулирования в виде передаточных функций. Уравнение, передаточная функция и переходная характеристика следующих типовых законов регулирования: пропорциональный (П-); интегральный (И-), пропорционально-интегральный ПИ-). 16

16. Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД-) закон регулирования. Схемы реализации и переходные характеристики ПИ- и ПИД-законов регулирования. 17

17. Определить понятие «качество процессов регулирования». По каким показателям (критериям) оценивается качество процесса регулирования. 19

18. Точность систем регулирования в установившихся режимах. Точность систем регулирования относительно задающего воздействия. Переходные процессы в статических и астатических системах при отработке задающих воздействий. 22

19. Точность систем регулирования в установившихся режимах. Точность систем регулирования относительно внутренних (поступающих на вход системы) возмущений. Переходные процессы в статических и астатических системах при отработке внутренних возмущении. 24

20. Показатели качества переходных процессов в системах регулирования. Прямые показатели качества переходных процессов при отработке задающих и возмущающих воздействий и их определение. 26

21. Косвенная оценка качества переходных процессов в системе регулирования по вещественной переходной характеристике замкнутой системы. 28

22. Косвенная оценка качества переходных процессов в системе регулирования по амплитудной частотной характеристике замкнутой системы. Показатель колебательности М, полоса пропускания, резонансная частота, частота среза. Технология определения показателя колебательности М по годографу амплитудно-фазочастотной частотной характеристике разомкнутой системы. 29

23. Интегральные оценки качества переходных процессов в системе регулирования. Линейная интегральная оценка, квадратичная интегральная оценка, улучшенная интегральная квадратичная оценка. 31

24. Критерии устойчивости систем регулирования. Ценность критериев устойчивости. Алгебраический критерий устойчивости Гурвица: исходные данные; формулировка. 32

25. Критерии устойчивости систем регулирования. Ценность критериев устойчивости. Частотный критерий устойчивости Найквиста: исходные данные; формулировка в случаях устойчивой разомкнутой системы и системы находящейся на границе устойчивости. 33

26. Критерии устойчивости систем регулирования. Ценность критериев устойчивости. Частотный критерий устойчивости Найквиста: исходные данные; формулировка в случае неустойчивой разомкнутой системы. 34

27.Запас устойчивости системы регулирования 34

28. Критерии устойчивости систем регулирования. Ценность критериев устойчивости. Частотный критерий устойчивости Михайлова. 36

30. Устойчивость системы регулирования с запаздыванием 37

31. Частные задачи, решаемые при создании эффективных (качественных) систем регулирования. Структурные схемы систем регулирования с дополнительными местными обратными связями: каскадные двухконтурные и трехконтурные системы; системы с дифференцированием промежуточной регулируемой величины. 38

32. Частные задачи, решаемые при создании эффективных (качественных) систем регулирования. Корректирующие устройства. Стабилизация путем последовательной и параллельной коррекции. 40

33. Частные задачи, решаемые при создании эффективных (качественных) систем регулирования. Стабилизация путем использования местных обратных связей. Жесткие и гибкие обратные связи 42

34. Этапы (работы) предшествующие синтезу системы регулирования. Два варианта постановки задачи синтеза системы регулирования. Синтез систем по минимуму интегральной оценки. Синтез системы по желаемой передаточной функции замкнутой системы. 43

35. Этапы (работы) предшествующие синтезу системы регулирования. Два варианта постановки задачи синтеза системы регулирования. Синтез систем методом логарифмических амплитудно-частотных характеристик. 44

36. Синтез систем регулирования. Передаточные функции идеальной замкнутой системы регулирования. Критерии оптимизации контура регулирования (критерии синтеза): критерий устойчивости; критерий апериодической устойчивости. 46

37. Синтез систем регулирования методом модельного оптимума. Критерий оптимального модуля. Обоснование вида желаемой (базовой) передаточной функции замкнутой системы. Вывод условия оптимизации. 49

38. Синтез систем регулирования методом модельного оптимума. Математические модели объекта регулирования. Условия понижения порядка модели объекта. Выбор типа регулятора и параметров его настройки в случае, когда объект включает n инерционных звеньев первого порядка с соизмеримыми постоянными времени. 50

39. Синтез систем регулирования методом модельного оптимума. Математические модели объекта регулирования. Условия понижения порядка модели объекта. Выбор типа регулятора и параметров его настройки в случае, когда объект включает n инерционных звеньев первого порядка, одно из которых, имеет существенно большую постоянную времени. 53

40. Синтез систем регулирования методом модельного оптимума. Математические модели объекта регулирования. Условия понижения порядка модели объекта. Выбор типа регулятора и параметров его настройки в случае, когда объект включает n инерционных звеньев первого порядка два из которых имеют существенно большие постоянные времени. 54

41. Синтез двухконтурных каскадных систем регулирования с использованием метода модального оптимума. 55

42. Модификация метода модального оптимума. 58

43. Синтез систем с дифференцированием сигнала из промежуточной точки на основе метода модального оптимума и упредителя Смита. 59

44. Синтез систем регулирования методом симметричного оптимума. Критерий оптимизации. Базовая передаточная функция. Вывод условий оптимизации. 60

45. Синтез систем регулирования методом симметричного оптимума. Выбор типа регулятора и параметров его настройки, когда объект включает одно интегрирующее звено и n инерционных звеньев с соизмеримыми постоянными времени. 61

46. Синтез систем регулирования методом симметричного оптимума. Выбор типа регулятора и параметров его настройки, когда объект включает одно интегрирующее звено и n инерционных звеньев одно из которых имеет существенно большую постоянную времени. 62

47. Сглаживание задающего сигнала в системе синтезированной методом симметричного оптимума. 62

48. Сглаживание и дифференцирование задающего сигнала в системе синтезированной методом симметричного оптимума. 63

49. Оптимальное управление. Цель и задачи оптимального управления. Критерии качества. Формулировка задачи оптимального управления. 64

50. Адаптивное управление. Общие понятия об адаптивном управлении. Адаптация. Классификация адаптивных систем. Принципиальная схема адаптивной системы. 66

51. Определить понятие устойчивости системы регулирования. Графики переходных процессов в устойчивой системе при отработке задающих и возмущающих воздействий. Задачи исследования устойчивости системы регулирования. Необходимое и достаточное условие устойчивости системы регулирования. 68