1.4.4. Системы с компенсацией параметрических возмущений

Многие объекты изменяют свои свойства в зависимости от времени (нестационарность), либо от режима работы. Если доступна априорная информация об изменениях характеристик объекта, она может быть учтена при расчете оптимального управления. При отсутствии достаточной априорной информации о свойствах объекта управления и/или среды не представляется возможным рассчитать оптимальную программу управления u*(t) или алгоритм регулятора.

Неопределенность в свойствах объекта или изменение этих свойств можно трактовать как следствие воздействий среды. Эти воздействия (параметрические), в отличие от возмущений энергетического характера (сигнальных), оказывают опосредованное влияние на управляемые переменные. Если можно непосредственно измерять состояние среды — причины, вызывающие изменение свойств объекта, то текущая информация используется для подстройки параметров управляющих устройств и регуляторов. На рис. 1.13 изображена структура системы с компенсацией параметрических возмущений. Непрерывными линиями со стрелками обозначены переменные энергетического характера в системе управления с обратной связью, целью которой является воспроизведение на выходе объекта О задающего воздействия с требуемой точностью. Алгоритм регулятора Р рассчитан на базе априорной информации о свойствах объекта. Если эти свойства отклоняются от номинальных, то качество системы ухудшается. На рис. 1.13 наклонная стрелка, “пронизывающая” объект, условно изображает влияние среды, приводящее к изменению свойств объекта. Если удается измерять непосредственно воздействия среды F (прерывистая линия на рисунке), то такая текущая информация может быть обработана в блоке компенсации K c целью вычисления новых значений параметров настройки регулятора Р, либо для более кардинальных изменений его алгоритма .

Рис. 1.13. Система с компенсацией параметрических возмущений

Примером систем с компенсацией параметрических возмущений являются некоторые автопилоты. Поскольку известно, как аэродинамические характеристики самолета зависят от высоты полета, то измеряя барометрическое давление, можно подстраивать параметры автопилота.

Отметим, что по отношению к параметрическим воздействиям рассматриваемые системы являются разомкнутыми. Здесь управление осуществляется не по следствию, а по причине, что в принципе позволяет достигать абсолютную инвариантность характеристик таких систем к параметрическим возмущениям.

1.4.5. Адаптивное управление

Хотя в системах компенсации параметрических возмущений и происходит подстройка параметров, такие системы не принято называть самонастраивающимися. Системы управления с самонастройкой или, в общем случае, с адаптацией получают информацию об изменениях свойств объекта путем текущей идентификации. Это значит, что каким-либо способом оцениваются следствия параметрических воздействий среды на объект. Текущая информация об отклонениях свойств объекта используется для принятия решения о подстройке параметров управляющих устройств и/или регуляторов. На рис.1.14 изображена структура адаптивной (самонастраивающейся) системы. Как и в предыдущем случае, следящая система, образованная объектом О и регулятором Р, нуждается в подстройке параметров регулятора из-за изменений свойств объекта. Поскольку причины, вызывающие эти изменения, непосредственно нельзя измерять, то остается оценивать их следствие. В устройстве текущей идентификации И путем обработки данных о входе u и выходе y объекта оцениваются отклонения его характеристик. На базе этой информации в блоке адаптации А вычисляются новые значения параметров регулятора Р. Здесь реализуется принцип отрицательной (параметрической) обратной связи — образуется замкнутый контур передачи и обработки информации для ослабления параметрических возмущений cреды.

Рис. 1.14. Адаптивная система управления

Заметим, что замкнутый основной контур системы, образованный объектом и регулятором можно трактовать как объект управления системы более высокого (второго) уровня. Управляющим воздействием системы второго уровня являются изменения значений параметров регулятора системы первого уровня, а возмущением — параметрические воздействия окружающей cреды. Роль измерительного элемента в системе второго уровня играет устройство текущей идентификации И, а регулятора — блок настройки А. В блоке А по оценкам вариаций характеристик объекта вычисляются параметры регулятора Р из условия сохранения показателей качества системы нижнего уровня. Это так называемая самонастраивающаяся система управления.

В общем случае целью адаптивной системы является оптимизация показателей качества, т. е. настройка регулятора связана с поиском экстремума некоторого функционала.