Оптимальные системы управления
Оптимальное управление – это задача проектирования системы, которая обеспечивает для заданного объекта управления или процесса управляющую последовательность воздействий, обеспечивающих минимум или максимум заданной совокупности критериев качества системы.
Чтобы спроектировать оптимальную систему управления необходима полная информация об оптимальном управлении, задающих и возмущающих воздействиях, конечном и начальном состоянии оптимального управления. После этого выбирается критерий оптимальности. В некоторых случаях требования к отдельным показателям качества противоречивы. Оптимальная система управления должна иметь минимально возможную ошибку не только в случае отработки конкретного действия, но и в течение всего периода работы системы. Оптимальное функционирование системы автоматического управления определяется особенностями управления во времени - алгоритмом или программой управления. Чтобы оценить оптимальности системы управления используются интегральные критерии, которые вычисляются как сумма значений выбранного параметра качества все время управления. Существуют следующие виды оптимальных систем управления:
- Системы, которые оптимальны по быстродействию. Данные системы способны обеспечивать минимальное время перевода оптимального управления из одного состояния в другое. В таких системах управления длительность самого процесса управления минимальна. Самым простым примером является система управления двигателем, которой обеспечивается минимальное время его разгона до установленной частоты вращения, при этом учитываются все ограничения.
- Системы оптимальные по расходу ресурсов. Такая система управления двигателем, например, может обеспечивать минимальный расход топлива за все время управления.
- Системы управления оптимальные по точности или потерям управления. Такие системы обеспечивают минимальные ошибки на основании критерия.
В принципе, задача проектирования оптимальной системы автоматического управления может быть решена простым методом перебора вариантов. В данном случае каждый метод требует больших затрат по времени, но благодаря современным электронно-вычислительным машинам процесс упрощается. Чтобы решить задачи оптимизации разработаны специальные методы вариационного исчисления, к которым относятся метод динамического программирования, метод максимума и т.п. Данные методы позволяют учитывать все ограничения реальных систем.
Адаптивные системы управления
Адаптивная система управления – это система, в которой управляющие параметры или алгоритмы управления адаптируются к возмущающему воздействию с целью оптимального управления.
Адаптивные системы управления применяются в тех случаях, когда системы с заданными входными параметрами и структурой не способны обеспечить необходимое управляющее воздействие из-за изменения динамических характеристик объекта управления. По способу управления адаптивные системы делятся на:
- Самообучающиеся системы.
- Самонастраивающиеся системы.
- Самоорганизующиеся системы.
В самонастраивающихся системах желаемое управляющее воздействие достигается посредством изменения параметров управляющего устройства в зависимости от данных о внешнем возмущении и данных об изменении динамических характеристик объекта управления в процессе управления. В общем случае самонастраивающаяся система состоит из объекта управления, управляющего устройства и датчика отклонений. Датчиком отклонений вырабатывается сигнал, который позволяет определять изменения соответствующего звена или внешнего возмущения и в соответствии с полученной информацией оптимизировать управляющее воздействие. Разновидностью самонастраивающейся системы является экстремальная система. Данный вид систем применяется для автоматического поиска экстремума управляющего параметра и в зависимости от изменения его положения, автоматически меняет алгоритм действий. В зависимости от применяемого метода адаптации самонастраивающиеся системы делятся на беспоисковые и поисковые. Поисковыми системами вносятся изменения в параметры управляющего воздействия, при этом контролируется отклик системы на такое изменение. Беспоисковые системы способны регулировать управляющее воздействие посредством сравнения параметров заданной эталонной модели и фактических параметров. В самоорганизующихся системах могут изменяться параметры, структура системы и параметры звеньев системы. У самообучающихся систем могут изменяться структура и параметры системы, управляющие параметры. Кроме того, данные системы могут улучшать качество управления на основе ранее полученного опыта.
