УПРАВЛЕНИЕ ПРИ НЕПОЛНОЙ НАЧАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Все рассмотренные ранее системы функционировали в условиях, когда статические и динамические характеристики ОУ, а также и характеристики возмущающих воздействий известны. Такие системы относятся к системам с полной начальной (априорной) информацией об ОУ.

Возможны, однако, случаи, когда характеристики ОУ и действующих на него возмущений неизвестны или изменяются с течением времени непредвиденным образом. Системы управления такими объектами относятся к системам с неполной начальной информацией об ОУ. Эту недостающую информацию приходится получать в процессе работы системы.

Системы, в которых способ функционирования автоматически изменяется для улучшения управления объектом называют адаптивными (самоприспосабливающимися). Адаптация такой системы к изменившимся условиям работы осуществится путем изменения параметров, или изменения параметров и структуры Первую систему называют самонастраивающейся, а вторую — самоорганизующейся.

Если по мере накопления опыта работы системы изменяются параметры, структура и алгоритм управления, то систему называют самообучающейся.

Один из видов самонастраивающихся систем — системы экстремального управления (СЭУ).

В отличие от рассмотренных ранее систем автоматической стабилизации, в которых заданные значения регулируемой величины были неизменными или изменяющимися по определенной программе. СЭУ дополнительно ведут автоматический поиск требуемого оптимального значения регулируемой величины или некоторого показателя качества при изменяющихся внешних условиях работы объекта.

В общем случае задача СЭУ — поддержание максимального (минимального) значения некоторого показателя, существенно изменяющегося в зависимости от условий работы объекта.

Экстремальное регулирование применяют, например, для поддержания оптимальной скорости движения машинно-тракторного агрегата, обеспечивающей минимальный расход топлива на единицу обработанной площади. Естественно, структурная схема СЭУ должна включать в себя устройство автоматического поиска экстремума.

По способу поиска СЭУ подразделяют на системы с автоколебательным и принудительным поиском. В первом случае поисковые колебания генерируются самой системой, во втором используется автономный источник колебаний.

СЭУ можно разделить также на одно- и многомерные в зависимости от того, сколько переменных входит в экстремальную функцию качества. В одномерных системах экстремум достигается за счет изменения одной независимой переменной. Структурная схема такой СЭУ приведена на рисунке 5.5, а. Рассмотрим возможные способы функционирования такого устройства для простейшего случая зависимости экстремума характеристики J от одной переменной у.

1. Способ последовательных шагов (рис. 5.5, б) заключается в организации принудительного изменения величины на некоторое значение относительно начальной точки А. Новые значения сравнивают с тем, которое было, и если эта разность положительная, то у получает новое приращение того же знака. Если новое значение окажется меньше старого, то знак меняют на обратный и опыт повторяют. В результате система выходит на экстремум и колеблется вокруг него в пределах, зависящих от значения .

2. Способ производной основан на использовании знака производной при принудительном (пробном) изменении у. Если находят максимум . то изменение знака с плюса на минус должно иметь следствием изменение знака .

3. Способ запоминания экстремума характеризуется тем, что система все время работает на увеличение (уменьшение) . и как только это условие будет выполнено, соответствующий максимум (минимум) запоминается, и далее система реагирует на отклонение от этого нового значения.

4. Способ наложения гармонических колебаний заключается в наложении на медленно меняющуюся входную величину гармонических колебаний, в результате чего фаза выходных колебаний при прохождении точки экстремума будет меняться на . Выделяя эти колебания полосовым фильтром и используя фазовый дискриминатор, можно держать систему вблизи экстремума.

Как видно, в каждом из рассмотренных способов система не просто останавливается на экстремуме , а совершает вокруг него установившиеся автоколебания, частота и амплитуда которых должны быть такими, чтобы качество ТП не страдало. Рабочая точка регулятора будет перемешаться по дуге ВС, и среднее значение будет отличаться от максимального на величину называемую потерей на поиск. Другой показатель — амплитуда колебаний переменной у около значения , соответствующего . Эта амплитуда тем больше, чем положе кривая экстремума.

Еше более совершенны самоорганизующиеся и самообучающиеся автоматические СУ [4].

В самоорганизующихся СУ происходит автоматическое (непрерывное или периодическое) изменение структуры СУ по команде вычислительного устройства, обеспечивающего экстремум заранее заложенного в систему критерия качества.

В самообучающихся СУ структуру и алгоритмы управления постоянно совершенствуют, выбирая те из них, которые лучшим образом обеспечивают выполнение поставленной задачи.

Контрольные вопросы и задания