1.2.Типы задач систем автоматического управления

Автоматические системы управления могут не только обеспе­чивать постоянное значение параметров какого либо процесса, как в рассмотренных выше примерах. Стабилизация параметров может рассматриваться как самый простой тип задачи управления. Авто­ маты могут успешно решать и более сложные задачи.

Существуют так называемые системы программного регу­лирования, задачей которых является обеспечение изменения па­раметра по определенному закону (программе), как функции значе­ний другого независимого параметра. Часто в роли такого незави­симого параметра выступает время. В лабораторной работе № 4 рассматривается программный регулятор температуры в камерах ускоренного твердения Ж/Б изделий, обеспечивающий плавный (с нормированной скоростью) набор температуры, изотермическое вы­держивание изделий в течение нескольких часов и постепенное сни­жение температуры в камере обработки.

Другой тип задачи управления - экстремальное управление. В этом случае регулятор обеспечивает максимальное (или мини­мальное) значение параметра. При этом само значение параметра системе не задается, т.к., во-первых, оно неизвестно, а во-вторых, его величина может меняться. Регулятор самостоятельно опреде­ляет это значение и, в дальнейшем, отслеживает его и поддержива­ет. Как задачу экстремального управления, можно применительно к рассмотренному выше примеру автоматизированного бульдозера, сформулировать целью управления следующее: при обеспечении заданной величины мощности двигателя Q , обеспечить та­кой режим его нагрузки — скорость вращения п и момент на валу М, при котором будет обеспечиваться максимальный К.П.Д. Система самостоятельно подберёт такое соотношение n и М, при котором Q=Q₃, а к.п.д. двигателя будет максимально воз­можным. Разумеется, по мере износа двигателя максимум к.п.д. будет снижаться. Основа алгоритма поиска экстремума системой следующая: регулятор самостоятельно делает небольшие прираще­ния (положительные и отрицательные) ∆n и ∆М, при этом измеряет соответствующее изменение к.п.д. Если при любом приращении n и М величина к.п.д. уменьшается, значит максимум найден.

Система оптимального управления, в отличие от рассмот­ренных, принимает во внимание не один, а несколько взаимозависи­мых параметров. Её задачей является достижение и поддержание так называемых "оптимальных" значений параметров. Формализа­ция понятия оптимальности может быть выполнена посредством введения целевой функции, которая объединяет в себе регулируе­мые параметры с учетом их степени приоритета. В этом случае оптимум достигается при обеспечении максимума (минимума) её. Главная трудность при создании такой системы, причём совсем не технического характера, - сформировать целевую функцию количе­ственно описывающую степень приоритета каждого параметра сре­ди других.

Рассмотрим процесс тепловой обработки Ж/Б изделий в каме­ре ускоренного твердения. Чем выше температура используемого теплоносителя (пара), тем он дороже и дороже оборудование каме­ры , но короче время обработки. С одной стороны желательно со­кратить время обработки, с другой - снизить стоимость оборудова­ния и теплоносителя, причем обе эти цели взаимоисключающие. Со­вместить эти цели можно только сумев выразить один параметр (стоимость) через другой (время). Очевидно, что не существует какого-либо универсального способа пересчета физически различ­ных параметров, в силу чего решение конкретных, частных задач оптимального управления выходит за рамки технической автомати­ки и больше попадает в сферу рассмотрения технологии и экономи­ки. Если же целевая функция связывающая различные параметры сформирована, то задача оптимального управления сводится к за­даче экстремального (однопараметрового) управления.

Задача управления объектом значительно усложняется, если в процессе функционирования системы управления происходят из­менения характеристик объекта управления, например изменя­ется степень влияния на параметры объекта управляющих и возмущающих воздействий. Это может привести не

только к поте­ре системой управления точности и быстродействия, но даже к потере устойчивости и к полной потере работоспособности.

Например, при управлении автомобилем на большой скорости или на скользкой дороге, повороты необходимо совершать более "ос­торожно", поворачивая рулевое колесо медленнее и на меньший угол, чем на малой скорости движения, иначе можно потерять управляе­мость, - автомобиль "пойдет юзом".

В этом случае возникает необходимость в адаптации (от ла­тинского "adaptio" - приспособление) системы к объекту управления, - т.е. в соответствующих изменениях характеристик элемен­тов управляющей системы, при которых она сохранит способность управлять. Речь идет о системах управления, получивших название адаптивных.

Структура адаптивной системы управления состоит, по край­ней мере, из двух контуров - основного, реализующего один из "классических" принципов управления объектом, и контура адап­тации. Задачей системы, образующей контур адаптации являет­ся отслеживание состояния объекта управления и показателей "качества управления" системы первого контура и формирова­ние воздействий на характеристики элементов образующих первый контур с целью достижения необходимых значений этих показате­лей качества. Разумеется, контур адаптации также может быть ре­ализован на основе рассмотренных принципов регулирования: "по отклонению" и "по возмущению".

Чрезвычайно широкие возможности для практики автоматиза­ции открывает компьютеризация систем управления. Реализация сложных управляющих алгоритмов в виде программ для управляю­щего компьютера, значительно упрощает конструктивно и удешевляет построение, в первую очередь, сложных систем управления. А это позволяет ставить, и разумеется решать, для управления произ­водственными процессами задачи, требующие от системы управления большего "интеллекта", чем традиционно считалось достаточным до недавнего времени.