Классификация адаптивных систем

Развитие теоретических методов расчета и опыта практического использования адаптивных регуляторов способствовали появлению новых видов систем. Процесс формирования классов адаптивных систем можно проследить по следующим публикациям. Рассмотрим следующие классы адаптивных систем (рис. 1.1).

В системах с самоорганизацией в процессе нормальной работы происходит формирование алгоритма управления, т. е. определяются структура и параметры управляющего устройства, позволяющие оптимизировать работу системы. Такой подход к проектированию системы требуется, когда в процессе функционирования объект управления изменяет свою структуру. Выбор одной структуры регулятора для управления таким сложным объектом, как правило, не обеспечивает достижения цели управления. Примером простейших систем с самоорганизацией могут служить системы с переменной структурой (Емельянов С.В. и др.), когда организуется автоматическое изменение структуры регулятора для обеспечения инвариантности свойств замкнутой системы относительно действующих возмущений.

В системах с самонастройкой структура регулятора задана или определяется на этапе проектирования, перестраиваются лишь коэффициенты управляющего устройства для достижения цели управления. Этот класс систем является более простым и в настоящее время находит широкое практическое применение.

В поисковых системах с самонастройкой минимум или максимум меры качества (производительность установки, расход топлива и т д) определяется с помощью специальных поисковых сигналов, которые подаются на вход объекта или системы в целом. Реакция на искусственно вводимые сигналы анализируется и используется для изменения коэффициентов регулятора. Простейшими поисковыми системами являются некоторые виды экстремальных систем.

Термин «беспоисковые самонастраивающиеся системы» введён Красовским А. А. в начале 60-х годов 20-го столетия. Солодовников В. В. предложил назвать системы этого класса аналитическими самонастраивающимися системами. В беспоисковых системах в явном или не явном виде присутствуют эталонные динамические характеристики. В процессе работы измеряются некоторые характеристики модели и системы и на основании их рассогласования перестраиваются коэффициенты системы (регулятора или (и) модели) так, чтобы свести рассогласование к нулю либо допустимо малой величине.

Рис. 1.1. Классификация адаптивных систем управления

В беспоисковых системах с информацией о частотных характеристиках (ЧХ) сравниваются ЧХ модели и системы в достаточном числе точек, коэффициенты регулятора перестраиваются на основании их рассогласований. ЧХ можно измерить с помощью узкополосных фильтров, определить с помощью метода синхронного детектирования. Желаемые ЧХ можно задавать в виде уставок. В этом случае модель, как физическое звено в системе может отсутствовать. Теорию беспоисковых систем с информацией о ЧХ развивали: Красовский А.А., Петров Б.Н., Кухтенко В.И. и др. Интенсивное развитие данного класса адаптивных систем относится к 60-80 годам 20-го столетия.

Беспоисковые системы с информацией о временных характеристиках (ВХ ) – это системы, в которых сравниваются некоторые ВХ модели и системы, например, импульсные функции, частоты собственных колебаний, коэффициенты демпфирования и т. д. В этих системах модель как физическое звено также может отсутствовать (Солодовников В.В., Петров Б.Н. и др.).

К беспоисковым системам с моделью относятся системы, в которых модель присутствует в виде динамического звена либо задается своими коэффициентами, и сравниваются реакции модели и системы на одно и тоже входное воздействие. На основе рассогласования этих реакций перестраиваются коэффициенты регулятора (Прокопов Б.Н., Розенвассер Е.Н., Юсупов Р.М. и др.). Последние три класса адаптивных систем отличаются друг от друга видом анализируемой информации и способами задания желаемых свойств.

      Беспоисковые системы с моделью принято делить на системы прямого и непрямого адаптивного управления. Термин «прямое адаптивное управление» впервые появился в работах Narenda K.C., Valavani L.S. (конец 70-х годов). Изменение параметров в системах прямого адаптивного управления может осуществляться непосредственно по рассогласованию динамических характеристик модели и системы без предварительной идентификации объекта, т. е. параметры регулятора меняются до тех пор, пока система не станет в некотором смысле эквивалентной модели.

         При прямом адаптивном управлении контуры самонастройки работают по замкнутому циклу. В этом случае в системе могут парироваться изменения параметров самого регулятора, исполнительных устройств, преобразователей (например, с течением времени может измениться крутизна характеристик датчиков, приводов и т. д). Однако каждый контур самонастройки повышает порядок общей системы и дифференциальных уравнений как минимум на единицу. Контур самонастройки (адаптации) влияет на общую динамику системы. Поэтому для каждого класса систем актуален вопрос устойчивости. Системы обладают достаточно высоким быстродействием контуров адаптации.

         В системах непрямого адаптивного управления сначала проводят идентификацию объекта, а затем, зная желаемые динамические свойства замкнутой системы, выставляют соответствующие коэффициенты регулятора. В состав систем входят настраиваемые и эталонные модели. Настраиваемые модели, как правило, выполняют функцию параметрической идентификации объекта управления. В системах непрямого адаптивного управления контуры адаптации работают по разомкнутому циклу и, следовательно, не влияют на динамику системы. Однако, все ошибки идентификации, «уходы» параметров отдельных блоков регулятора, ошибки работы самих контуров адаптации существенно влияют на точность управления. В этом классе систем требования к эталонной модели значительно жёстче, чем в случае систем прямого адаптивного управления, когда модель может быть упрощённой (иметь более низкий порядок по сравнению с порядком системы) (см. Таблица 1). Тем не менее, между прямым и непрямым адаптивным управлением существует тесная связь.