Основы автоматики и системы автоматического управления. Лабораторный практикум - Барышев Г.А.
ISBN 5-8265-0234-7
Скачать (прямая ссылка):
Создание технологии оперативного проектирования энергосберегающих систем
управления связано с решением широкого комплекса научно-исследовательских
и опытно-конструкторских задач. Основными и наиболее трудоемкими из них
являются:
• математическая постановка ЗОУ, которую будет решать ЭСУ с учетом
реальных условий эксплуатации;
• разработка математического обеспечения ЭСУ;
• выбор технических средств и, прежде всего, микропроцессорного
управляющего устройства;
• разработка программного обеспечения ЭСУ;
• оценка эффективности функционирования ЭСУ.
Для оперативного решения задач проектирования ЭСУ необходимо использовать
ряд предположений. Примем, что в качестве модели М объекта управления ЭСУ
выбирается только элементарная модель, имеющаяся в базе знаний или ищется
составная модель путем комбинации элементарных моделей из БЗ.
Элементарной моделью будем считать модель некоторого гипотетического
детерминированного автономного объекта с сосредоточенными параметрами,
которая описывается обыкновенным дифференциальным уравнением 1-го, 2-го
или 3-го порядка. Если в пределах интервала управления вид
дифференциального уравнения меняется, модель называется составной.
Например, на начальном участке интервала управления система
дифференциальных уравнений второго порядка, а начиная с некоторого
момента времени - первого порядка. Так как разрабатываемые ЭСУ должны
синтезировать управление в реальном времени, то на практике контроллерами
средней производительности могут использоваться модели не выше третьего
порядка. Для первого порядка - это интегратор (И) и апериодическое звено
(А). Для второго порядка двойной интегратор (ДИ), реальный двойной
интегратор (РДИ) и т.д.
Рассмотрение различных видов функционалов по энергетическим критериям
также приводит к созданию стратифицированной иерархической схемы.
Возможные виды минимизируемых функционалов, которые учитываются в модели
знаний и используются в автоматизированной системе, и их иерархия
представлены на рис. 2.2.
Анализ задач управления на МСФ позволяет ввести новые стратегии
функционирования интеллектуальных контроллеров, с разных сторон
учитывающих характер изменения и определенность переменной h. Для систем
оптимального управления, в случае четкого МСФ вводятся корректируемая ?к,
некорректируемая ?нк и комбинированная ?км стратегии.
Корректируемая стратегия предполагает пересчет оптимальной программы или
синтезирующей функции после каждого изменения значения h. Эта стратегия
применима для ЗОУ первого и третьего классов. Она родственна стратегии
адаптивной системы, однако существенно отличается от последней
отсутствием поисковых процедур.
При некорректируемой стратегии ?нк оптимальная программа или
синтезирующая функция находятся до начального момента времени t0 с учетом
возможных значений t e H на интервале [t0, /к] и далее при t > t0 не
корректируется. Данная стратегия применима для ЗОУ любого класса и может
использоваться для определения гарантированного управления.
Промежуточное положение между стратегиями ?к и ?нк занимает
комбинированная стратегия ?км. Здесь множество H разбивается на
подмножества Н0, Н1, ... . Пока переменная h принимает значения в
пределах одного подмножества Hi, то программа или синтезирующая функция
не корректируются. При переходе h в другое подмножество Hj производится
коррекция u* (o) или S.
Рис. 2.2 Иерархия минимизируемых функционалов
Рассмотренные стратегии в сочетании с традиционными программной ?пр и
позиционной Sn3 образуют множество стратегий на множестве Н
s = (S,
S • S • S • S • S
пр.к ' пр.нк' пр.км' пз.к' пз.нк' пз.км
В случае нечеткого множества H число стратегий увеличивается. Возможные
виды стратегий реализации оптимального управления, их иерархия
представлены на стратифицированной схеме рис. 2.3.
Представление знаний в системе оперативного проектирования характеризует
стратифицированная схема (рис. 2.4) с выделенными классами задач на МСФ,
ограничениями на фазовые траектории (ФТ) и фиксированном временном
интервале (ВИ).
Таким образом, множество задач, составляющих проблемную область, которые
должны решать разрабатываемые контроллеры, в основном определяются
моделями объекта управления, видами функционалов, используемыми
стратегиями управления и специфическими особенностями задач управления
(условия, ограничения).
Совместное рассмотрение приведенных схем (рис. 2.2 - 2.4) позволяет
обобщить результаты классификации и ввести модель ЗОУ, которую в краткой
форме записи можно представить четверкой (кортежем) компонент
K = (М, Ф, S, Z) , принадлежащих соответствующим четким множествам
М е М , Ф е F , S е S , Z е Z ,
Рис. 2.3 Иерархия стратегий управления
Рис. 2.4 Классификация постановок задач оптимального управления
здесь М - множество моделей М объектов; F - множество функционалов Ф в
ЗОУ; S - множество стратегий S оптимального управления; Z - множество
различных условий Z при постановке ЗОУ.
Из модели K видно, что число N различных ЗОУ можно оценить,
