Предмет дисциплины. Характеристика структуры современной асутп. Понятие линейной ссп. Понятие нелинейной ссп. Описание срп

Лекция 1.

В отличие от классической теории управления, объектом изучения которой были одномерные (один вход —один выход) системы, описываемые линейными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами, так называемая современная теория управления содержит результаты, применимые для различных классов общих многомерных систем, включая системы, задаваемые:

1) линейными дифференциальными уравнениями с переменными коэффициентами;

2) нелинейными дифференциальными уравнениями;

3) дифференциально-разностными и другими уравнениями с последействием;

4) уравнениями с частными производными и интегральными уравнениями.

Современная теория управления включает так называемую теорию оптимального управления, с помощью которой можно разрабатывать оптимальные системы, т. е. системы, при функционировании которых минимизируется или максимизируется некоторый выбранный заранее критерий качества.

Наряду с методами синтеза управляющих устройств и систем современная теория управления включает методы идентификации и оценивания состояний процессов. Различные алгоритмы идентификации процессов позволяют определять структуру модели объекта управления и восстанавливать параметры этой модели как непосредственно в контуре управления, так и вне его. Эти алгоритмы используются при синтезе не только обыкновенных, но и адаптивных систем управления, приспосабливающихся к таким изменениям характеристик управляемого процесса, которые могут иметь место, например, из-за обрастания поверхности теплообменника или из-за понижения активности катализатора в химическом реакторе. Оценивание состояний — это определение текущих значений таких переменных процесса, которые не могут быть измерены непосредственно или могут быть измерены лишь с большими помехами. Особенно полезны методы оценивания текущего состояния для тех процессов, где недостаточно измерительных устройств или очень велика цена отдельных измерений.

Для того чтобы лучше представить себе взаимосвязь перечисленных направлений теории управления, рассмотрим следующий пример. На рис. 1 показана структура современной АСУТП, в состав которой входят:

Рис. 1. Структура современной автоматизированной системы управления технологическим процессом.

Рис. 2. Линейная система с одним входом и одним выходом (одномерная линейная система).

1) управляемый процесс с вектором управляющих воздействий u, вектором контролируемых возмущений d и вектором вспомогательных входных воздействий d₂ (позволяющих проводить идентификацию);

2) измерительная система, позволяющая контролировать некоторые переменные состояния и (или) их комбинации в условиях помех. Подробнее измерительные устройства рассматриваются в гл. 2. Вектор измеряемых выходов у поступает на вход

3) системы оценивания состояния, которая по зашумленным наблюдениям и по модели процесса строит наилучшую в некотором смысле оценку состояния — вектор х. Система оценивания состояния характеризуется вектором параметров Р, рассчитываемым предварительно или в темпе с процессом по информации о параметрах модели процесса а, по измерениям у и по текущим оценкам состояния х. Оценки состояния процесса подаются в

4) управляющее устройство, которое формирует управляющие воздействия и, используя для этого текущие оценки состояния х, уставки U_d, у_d (эти уставки сами могут быть получены в результате оптимизации), и вектор параметров К. Параметры К могут определяться предварительно или настраиваться по оценкам состояния процесса х и по вектору параметров модели процесса а. Методы синтеза управляющих устройств рассмотрены в гл. 3 и 4. Параметры модели процесса определяются с помощью

5) системы идентификации, которая по результатам обработки измерений у восстанавливает вектор параметров модели процесса α. При этом может оказаться необходимым подавать дополнительно на вход объекта специальным образом сформированные вспомогательные входные воздействия. Если параметры не зависят от времени, процедуру идентификации можно выполнить однократно; если же процесс нестационарен, процедуру необходимо периодически повторять, чтобы обеспечить отслеживание изменяющихся условий.

Дата добавления: 2014-01-11