В самонастраивающихся экстремальных системах поддерживается оптимальное значение критерия качества управления. Программа действия такой системы не задается заранее, а выбирается самой системой в процессе работы, когда изменяются внешние условия функционирования объекта. В этом случае система ведет автоматический поиск оптимального при данном состоянии объекта значения регулируемой величины, т. е. фактически оптимальной программы регулирования.
Функциональная схема такой системы показана на рис. 1.13. В экстремальной системе имеются два замкнутых контура: один состоит из основного управляющего устройства УУ0, регулирующего процесс в объекте обычным способом поддержания заданного значения регулируемой величины на выходе из объекта; другой включает устройства оценки регулирующего (УОх), возмущающего (УОг) и выходного (УОу) значений регулируемых величин, а также вычислительное устройство ВУ и исполнительное устройство ИУ, которое обеспечивают самонастройку системы, т. е. автоматический поиск экстремальной точки.
Управляющее устройство контура адаптации автоматически решает задачу оптимизации, которую при эксплуатации обычной системы приходится периодически решать оператору или ее настройщику. Такая автоматическая оптимизация является особым типом автоматического управления. Система обеспечивает работу в точке экстремума соответствующей статической характеристики.
Вычислительное устройство выполняет ту же роль, какую выполняет настройщик системы при ручной настройке основного контура. При включении в работу оно определяет направление движения в сторону экстремума. Для этого исполнительное устройство включается вначале в одном направлении, затем — в другом, и устанавливается нужное направление движения. Затем осуществляется движение в найденном направлении до тех пор, пока величина не начнет снова изменяться после прохождения максимума или минимума. Тогда вычислительное устройство изменяет направление движения исполнительного устройства, чтобы вернуться в точку экстремума.
В установившемся режиме исполнительное устройство (обычно двигатель) периодически реверсируется и таким образом контролируется местоположение максимума (или минимума характеристики). Примером такой системы является реализация задачи минимизации расхода топлива для двигателей самолетов при полете на большое расстояние. Здесь минимум находится в зависимости от расхода топлива на единицу пути от скорости полета, причем положение этого минимума зависит от массы самолета, высоты полета, ветра и др. Существует несколько способов поиска экстремума характеристики. Выбор метода поиска экстремума зависит от конкретных условий задачи.
Самонастраивающиеся системы с самонастройкой параметров. В системах с самонастройкой параметров автоматически изменяются те или иные параметры системы регулирования (коэффициенты усиления, обратные связи и корректирующие сигналы, постоянные времени и т. п.) при изменениях возмущающих воздействий, свойств объекта или характеристик отдельных элементов системы. В состав таких систем входит вычислительное устройство, определяющее отклонение того или иного показателя работы системы от его оптимального значения, и настраивающее устройство, воздействующее на настройку параметров системы. Функциональная схема системы с самонастройкой параметров приведена на рис. 1.14.
Основной контур управления реализован на управляющем устройстве УУ0 обычным образом. Дополнительный контур самонастройки включает вычислительное (ВУ) и настраивающее (НУ) устройства. Возмущающие воздействия г, поступающие на объект, и регулируемые величины у фиксируются ВУ. Настраивающее устройство воздействует затем на настройку параметров основного управляющего устройства, а не на программу его работы.
Для выполнения расчетов в качестве вычислительного устройства используются как аналоговые, так и специальные цифровые вычислительные машины. Широко применяются вычислительные устройства с подстраиваемой моделью объекта. Такая модель автоматически подстраивается так, что ее параметры соответствуют параметрам объекта. Поиск параметров оптимальной настройки вначале производится на модели, после чего найденные параметры настройки переносятся на основное управляющее устройство системы.
Самонастраивающиеся оптимальные системы. Самонастраивающиеся оптимальные системы автоматически поддерживают оптимальный режим работы объекта, обеспечивая, например, его максимальную производительность, минимальный расход топлива, минимальную длительность переходного режима и тому подобные величины, характеризующие тот или иной объект управления. В оптимальных системах закон регулирования устанавливается по минимуму или по максимуму определяющего показателя работы объекта.
Функциональная схема системы приведена на рис. 1.15. Система использует модель работы объекта М0. Имея модель и величину внешних воздействий, определяют оптимальную настройку системы. Расчет выполняется вычислительным устройством (ВУ) контура самонастройки. В простейшем варианте модель заранее известна и неизменна, а причиной самонастройки являются изменившиеся внешние условия. Настраивающее устройство (НУ) устанавливает параметры работы основного управляющего устройства системы.
Самоорганизующиеся системы. Самоорганизующиеся системы изменяют не параметры настройки, а структурную схему основного управляющего устройства УУ0. Поэтому самоорганизующиеся системы относятся к системам с переменной структурой.
Осуществляя автоматический поиск в соответствии с заданным критерием работы, система, самостоятельно используя вычислительные и логические устройства, выбирает из ряда заранее подготовленных структур наилучшую, оптимально отвечающую заданным условиям работы.
Функциональная схема системы изображена на рис. 1.16. Значения параметров х, у и z вводятся в управляющую вычислительную машину УВМ, в состав которой входит логическое устройство, осуществляющее оценку и сравнение характеристик структур основного управляющего устройства. УВМ производит выбор и переключение структур с запоминанием в специальном устройстве оптимальной структуры для того или иного конкретного случая. Возможность изменения структуры расширяет диапазон использования данных систем. Примером их являются системы управления роботами.
Наиболее сложна самообучающаяся система, способная к обучению или самообучению; она реализует идею самоусовершенствования как закона управления, так и критерия качества. В этих системах в ходе эксплуатации качество управления со временем повышается.
Одним из классов самообучающихся систем являются системы распознавания образов, нашедшие применение в диагностирующих автоматах, включая техническую диагностику, диагностику болезней и т. п. Самоорганизующиеся системы используются для регулирования сложных объектов с принципиально неизвестными свойствами. При этом необходимо самообучающееся управляющее устройство, основанное на принципе распознавания образов (ситуаций) при оценке состояния такого объекта.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100