Проектирование систем управления

B связи c ростом сложности автоматических систем и необходимостью ускорения проектирования все шире применяется вычислительная техника для их разработки. Задачу проектирования систем управления можно разбить на две взаимосвязанные подзадачи:

выбор технических средств;
разработка и техническая реализация алгоритма управления.

Первая задача решается построением банка данных для технических средств, вторая - построением системы автоматизированного проектирования (САПР).

Банк данных должен содержать:

типовые элементы устройств объектов управления;
измерительные устройства;
исполнительные устройства;
усилительные и преобразовательные элементы;
промышленные регуляторы

B состав сведений об элементах должны входить технические

характеристики и математические модели различного уровня сложности.

Проектирование автоматических систем начинается c предварительного выбора элементов по техническим требованиям и условиям эксплуатации. Разработчик вводит в ЭВМ исходные данные, такие, как измеряемый параметр, диапазон измерения, точность измерения, форма представления сигнала, условия эксплуатации и др., и по этим данным ЭВМ производит отбор элементов, удовлетворяющих поставленным требованиям. Разработчик производит выбор элемента c учетом специфических требований, например стоимости изделий, однотипности всех элементов системы и др. ЭВМ па этом, этапе выступает в качестве справочника и консультанта.

После выбора всех элементов и устройств системы выбираются их математические модели. Модели могут быть различного уровня сложности; следовательно, они с различной степенью точности описывают движение элементов.

И хотя всем элементам присущи нелинейности, для расчета систем и предварительной оценки качества процессов целесообразно вначале выбрать линейные модели, для которых наиболее полно разработаны методы анализа и синтеза. На основе линейной моде ли и производится синтез законов управления во многих случаях.

Однако результаты расчета могут значительно отличаться от результатов последующего эксперимента c готовой системой управления вследствие грубости модели объекта и неточной оценки ее параметров. Поэтому возникает задача исследования системы путем моделирования ее динамики на ЭВМ c использованием более совершенной, более сложной модели. Необходимость такой процедуры обусловлена несовершенством методов синтеза и ограниченностью класса систем, для которых такие методы разработаны.

Определенные трудности возникают при составлении математической модели объекта управления.

В банке данных может не оказаться подходящей модели. B этом случае объект расчленяют на типовые узлы (трубопроводы, вентили, реакторы, двигатели, редукторы, насосы, теплообменник и т. д.) и составляют модель объекта как комбинацию моделей его узлов. Разумеется, модели узлов должны быть в банке данных.

Для оперативного создания моделей разрабатываются управляющие программы, которые на основании указаний проектировщика o связях между отдельными блоками системы и параметрах строят уравнение системы.

B этом случае возникает проблема определения (уточнения) параметров моделей. Эта задача может быть решена путем обработки результатов соответствующим образом поставленного эксперимента, т. e. проведения идентификации объекта.

B литературе читатель может найти ряд разработок алгоритмов и программ для идентификации объектов управления.

Завершается создание модели оценкой характеристик внешних возмущающих воздействий, задающих сигналов и помех в каналах измерения.

После создания модели заданной части системы и оценки возмущающих воздействий приступают к синтезу закона управления.

При синтезе законов управления существует два подхода: выбор закона управления, обеспечивающего выполнения технических требований к системе, и выбор закона управления, оптимального в выбранном классе. Последняя постановка задачи легче формализуется и более разработана благодаря методам, созданным P. Беллманом, Л. C. Понтрягиным и другими математиками. Методы синтеза гарантируют получение требуемого или оптимального закона управления (алгоритма, уравнения, передаточной функции регулятора). Но, к сожалению, они применимы для относительно узкого класса автоматических систем.

Для более широкого класса применимы методы анализа, которые позволяют получить оценку показателей качества при выбранном алгоритме управления, но не решают задачу выбора алгоритма управления, обеспечивающего выполнение технических требований или оптимального качества.