Задача синтеза систем автоматического управления. Основные понятия и определения. Требования к электромеханической системе, страница 2

Объект управления (регулирования) относится к неизменяемой части системы. Сюда также входят преобразователи регулируемых величин (силовые преобразователи: управляемые выпрямители, инверторы, ...) и задатчики входных сигналов.

Под управляющим устройством понимается набор звеньев и средств, предназначенных для осуществления управления.  К таковым относятся управляющие системы, регуляторы, контроллеры, система датчиков…

          Синтезу предшествует:

1.  Исследование объекта управления (регулирования) для определения его энергетических и динамических свойств. В результате получают математическую модель объекта в виде совокупности алгебраических, дифференциальных и разностных уравнений, либо в виде передаточной функции или другой форме. Здесь же выявляются действующие на объект возмущения и их характеристики, стабильность параметров системы, возможная зависимость от каких-либо факторов.

2.  Составление требований к системе, в том числе качеству регулирования. Они определяются назначением объекта, опытом проектирования и эксплуатации подобных САУ. Здесь должны быть учтены ограничения на динамические характеристики системы вследствие допустимых нагрузок на элементы, подводимой мощностью и так далее.

Требования к системе управления многообразны и обычно объединяются  в 6 групп:

2.1. Требования первой (и главной) группы связаны с обеспечением заданной точности работы системы в статике и динамике. В данную группу входят такие требования, как обеспечение статических (точностных) и динамических показателей качества системы.

2.2. Требования обеспечения заданной надежности системы, помехозащищенности, резервирования некоторых блоков и т.д.

2.3. Требования обеспечения заданных габаритно-весовых показателей.

2.4. Требования обеспечения заданных  характеристик эксплуатации и технического обслуживания системы: ремонтоспособность, периодичность осмотра и так далее.

2.5. Требования простоты (по Бесекерскому), обусловленные технологичностью изготовления системы: использование готовых типовых изделий, легкость сборки, возможность автоматизации сборки и тому подобное.

2.6. Требования обеспечения патентной чистоты, (использование изобретений, наличие научного задела.)..

Конечная цель синтеза - отыскание оптимальной структуры системы автоматического управления и ее характеристик (параметров). Удовлетворить одновременно всем группам требований не представляется возможным. Поэтому функционал оптимизации составляется по одной группе требований, максимум по двум, которые являются главными. Остальные требования удовлетворяются по возможности. Но часто бывает, что этот функционал представляет собой динамическую систему уравнений высокого порядка с различного рода ограничениями. Такие динамические системы часто характеризуются овражностью, когда в гиперпространстве состояний могут иметь место несколько, а то и масса локальных минимумов.

Нахождение локальных и глобальных минимумов в сложных системах возможно лишь при использовании численных методов оптимизации, применимых к жестким системам.

Для синтеза оптимальных систем, учитывающих весь (допустимый) набор требований необходимо  использовать вычислительные методы решения экстремальных задач с применением аппарата весовых коэффициентов. Использование весовых коэффициентов, то есть коэффициентов, учитывающих влияние на функционал тех или иных параметров, требований или возмущений, в том числе малой достоверности исходных данных, приводит к дополнительным трудностям при решении оптимизационной задачи, к неограниченному усложнению системы, ее схем реализации. Но сложно, при современном развитии вычислительной техники и численных методов, - не значит невозможно!!!

И, несмотря на это, важной задачей продолжает оставаться использование методов, которые позволили бы оценить положение, выполнить приближенный синтез.  В этом случае под  оптимизацией систем автоматического управления понимается удовлетворение первой группе требований, то есть динамическим и статическим характеристикам желаемой системы.