Задачи и системы адаптивного управления, страница 2

Успех при проектировании систем управления зависит в первую очередь от двух ключевых моментов:

- от всестороннего понимания самого процесса, полученного при изучении физических, химических и других явлений;

- от знания фундаментальных концепций сигналов, систем и обратной связи.

Однако непрактично описывать все детали процессов, для которых можно было бы применять системы управления, потому что они охватывают и химические объекты, и электромеханические системы, и энергетические генераторы, и т.д. Следует концентрироваться на фундаментальных аспектах проектирования систем управления, являющихся общими для любых промышленных приложений. При этом следует, конечно, дополнять свои знания процессов в конкретной решаемой задаче.

Проектирование и функционирование системы автоматического управления технологическим процессом, предназначенной для обеспечения требуемых технических характеристик, требует тесного взаимодействия различных специалистов. Сюда входят, например, специалисты по вычислительной технике, технологи, специалисты по контрольно-измерительной технике и разработчики систем управления.

Каждая из этих дисциплин рассматривает процесс и управление этим процессом со своей точки зрения, так что каждый специалист выбирает свои категории или элементы, в терминах которых он анализирует и описывает систему автоматического управления. Например, специалист по вычислительной технике оперирует в терминах аппаратных средств компьютера, инфраструктуры сети операционной системы и прикладного программного обеспечения. Инженер по автоматизации процессов и систем рассматривает систему управления в таких абстрактных терминах, как сигналы, динамические реакции, системы и их элементы (звенья). Эти элементы могут быть заданы их физической реализацией, математической моделью, или их свойствами.

В простейших случаях для управления технологическими процессами применяют П-, ПИ- и ПИД-регуляторы с жесткой (неизменной) настройкой параметров.

Если математическая модель объекта управления содержит неизвестные возмущающие воздействия и параметры, изменяющиеся в процессе управления, то следует применять цифровую систему управления с обучаемой моделью.

Для достижения поставленной цели автоматизации технологического процесса необходимо решить следующие задачи:

1.  Составить математическую модель системы управления в пространстве состояний;

2.  Выполнить анализ наблюдаемости и управляемости модели объекта управления;

3.  Составить алгоритм обучения модели (уточнения оценок параметров и переменных состояния) в контуре управления;

4.  Составить алгоритм формирования управляющих воздействий;

5.  Выполнить анализ качества разработанной САУ.

При решении этих задач нужно учитывать основные особенности цифровых систем управления, отличающие их от непрерывных систем. В частности, в цифровых системах управления:

- обрабатываются дискретные по времени и уровню сигналы, что характерно для импульсных САР;

- законы управления реализуются программно с помощью алгоритмов, описываемых, как правило, разностными уравнениями в пространстве состояний;

- сигналы могут принимать только определенные дискретные значения вследствие квантования по уровню в АЦП и преобразования величин в цифровой форме;

- для сопряжения цифрового регулятора с непрерывный исполнительным устройством применяется ЦАП либо широтно-импульсный преобразователь (при исполнительных двигателях постоянной скорости);

- благодаря гибкости средств программного обеспечения при построении управляющих алгоритмов возможности проектирования не ограничиваются только стандартными П-, ПИ-, ПД-, ПИД-законами регулирования с жесткой настройкой, а позволяют реализовать оптимальное и адаптивное управление (в том числе нелинейные алгоритмы адаптивного управления).

При проектировании цифровых систем управления обычно применяют  математические модели объекта управления и других элементов САУ в виде дискретных передаточных функций и разностных уравнений. Однако предпочтение следует отдавать дискретной модели в пространстве состояний, содержащей систему разностных уравнений первого порядка. Это связано с тем, что такая модель хорошо приспособлена: