Общая структура

Имитационное моделирование

Как было сказано раннее, под имитационное моделирование мы понимаем использованных для натурного объекта модели при решении инженерных задач. В области управления из основных инженерных задач является задачей испытания и наладки системы управления и обучения обслужищего персонала. Наиболее эффективный инструмент является натурно – математическое моделирование, когда в состав имитационной систем включается натурные и модельные блоки. Наиболее эффективный этот инструмент, является по тому, что в таких ситуациях отображается в малом диапазоне, в превращенных относительно рабочих значений входных и выходных воздействий. Как известно в малом диапазоне входных и выходных достаточно точными является сравнительно простые по своей структуре операторы пересчетной модели. Ниже приведены основные структуры схемы и краткое описание испытательного наладочного комплекса предназначенного для решении задач испытания наладки и обучения.

Структура многовариантного

испытательно-наладочного комплекса

Общее представление о структуре многовариантного испытательно-наладочного и обучающего комплекса (ИНиОК) на базе натурно-математического моделирования отображено с помощью схемы «Имитационно-моделирующий комплекс».

Эти представления были положены в основу разработки и создания варианта испытательно-наладочного и обучающего комплекса на базе средств цифровой вычислительной техники, укрупнённая структура которого представлена на рис. 15.

Согласно рис. 15 структурная схема ИНиОК содержит следующие основные функциональные блоки и элементы:

· действующую натурную схему управления, включающую натурный объект управления и натурную управляющую систему, в том числе исполнительные органы и измерительные блоки;

· блок связи с действующей натурной системой управления, состоящий из блоков аналогово-цифровых и аналоговых преобразователей и осуществляющий сбор и преобразование (в том числе и в цифровую форму) сигналов об измеряемых в действующей системе управления входных и выходных переменных объекта управления;

· блок записи и воспроизведения данных, состоящий из блока подготовки данных и любых накопителей, заменяющий непрерывно функционирующий блок связи с действующей натурной системой управления в режиме ретроспективного моделирования;

· блок коррекции и децимации сигналов, в котором осуществляется: необходимые преобразования цифрового сигнала, в том числе и прореживание, с целью сохранения его полезных свойств для решения конкретных дальнейших задач;

· блок оценивания, в котором оцениваются текущие значения натурных внешних управляющих и выходных воздействий, а также приведённых возмущений;

· блок формирования натурно-модельных данных, предназначенный для расчётной корректировки натурных реализаций внешних, управляющих и выходных воздействий, а также приведённых к выходу возмущений с целью получения заданных (желаемых) режимов;

· пересчётные модели каналов регулирования и преобразования внешних контролируемых возмущений, используемые для расчёта приведённого к выходу объекта управления неконтролируемого возмущения и корректировок натурных выходов объекта с целью получения их модельных значений;

· испытываемые системы, в качестве которых могут выступать как системы управления в целом, так и отдельные их элементы и части;

· система отображения информации, включающая в себя печатающее устройство, экран, графопостроитель и др.;

· пульт управления, необходимый для формирования воздействий как с целью выбора режима функционирования испытательно- наладочного комплекса, так и с целью обеспечения нормального протекания этих режимов, в том числе и реализация модельных управлений в режиме обучения.

Режим функционирования испытательно- наладочного и обучающего комплекса определяется:

· во-первых, режимом функционирования объекта управления, который характеризуется динамикой контролируемых, неконтролируемых внешних и управляющих воздействий. С этой точки зрения можно выделить два режима: натурный режим функционирования объекта управления, когда текущие значения его входных и выходных воздействий полностью соответствуют при моделировании их натурным значениям, а также натурно- модельный режим, когда осуществляется расчётная коррекция регистрируемых в действующей натурной системе управления данных о контролируемых внешних, управляющих и выходных воздействий с целью придания им желаемых свойств;

· во-вторых, режимом связи действующей натурной системы управления с остальными элементами испытательно–наладочного и обучающего комплекса. Здесь можно также выделить два режима: первый, когда эта связь осуществляется непрерывно, в темпе протекания процессов в натурной действующей системе; второй, ретроспективный режим, когда действующая система заменяется предварительно подготовленными и записанными натурными реализациями входных и выходных воздействий объекта управления, которые могут воспроизводится в ускоренном, реальном или замедленном масштабе времени;

· в-третьих, режимом, обусловленным особенностями решения конкретных задач, а именно: испытания, обучения и совместно испытания и обучения.

Из действующей системы управления на вход блока аналоговых преобразователей поступают сигналы W, U, Y об измеренных значениях фактически контролируемых внешних, управляющих и выходных воздействий натурного объекта управления. Одновременно же поступают по мере необходимости сигналы, пропорциональные базовым значениям W*, U*, Y*, названных переменных. Причём в качестве Y* можно использовать сигналы о заданных значениях выходных переменных объекта управления, регистрируемые на выходе задающих устройств в действующей системе управления. Ввод данных об изменениях W*, U*, Y* в испытательно–наладочный и обучающий комплекс осуществляется исследователем, управляющим процессом моделирования. В блоке аналоговых преобразователей решаются задачи нормирования и противоподменного сглаживания аналоговых сигналов.

После чего, поступающие из действующей системы управления сигналы W,U,Y, преобразуются в аналого-цифровом преобразователе в цифровую последовательность и подвергаются в ЭВМ предварительной обработке. В первую очередь в блоке коррекции и децимации сигналов осуществляется цифровая коррекция входных сигналов, вызванная наличием в блоке аналоговых преобразователей противоподменного фильтра. Зачастую из-за сложности аппаратной реализации аналогового оптимального противоподменного фильтра ограничиваются подключением в аналоговую часть подсистемы ввода данных в ЭВМ более простых по структуре фильтров, например, в виде инерционного звена первого или второго порядков, поскольку последние относятся к классу фильтров с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ-фильтры), в то время как требуется подавать ограниченный спектр частот помехи, то такая противоподменная фильтрация приводит к искажению полезной составляющей входного сигнала. Для уменьшения этих искажений используется программная коррекция цифрового сигнала.

Децимация (прореживание с заданным коэффициентом) сигнала, в общем-то, не является обязательной операцией во всех процедурах предварительной обработки данных. Однако эту операцию целесообразно применять в испытательно- наладочном и обучающем комплексе по той причине, что он может быть использован для испытаний и настройки различных систем и их частей с заранее неизвестными свойствами и алгоритмами. Может оказаться поэтому, что различные испытуемые системы будут требовать наличие входных сигналов с различным шагом дискретности, например, в целях формирования управляющих решений и выдачи их через различные интервалы времени.

Блок оценивания предназначен для оценивания текущих значений контролируемых входных и выходных переменных натурного объекта, в частности, путем сглаживания сигналов W, U и Y об измеренных значениях входных и выходных переменных. Полученные сглаженные значения сигналов рассматриваются как оценки действительных значений переменных. Кроме того, здесь же расчётным путем с использованием модели каналов регулирования и преобразования контролируемых внешних воздействий оцениваются неконтролируемые возмущающие воздействия натурного объекта в виде приведённого к выходам объекта возмущения Y^Н.

Для реализации пересчётных математических моделей могут быть использованы следующие алгоритмы:

· алгоритм пересчётной модели в виде последовательного соединения апериодического звена и звена чистого запаздывания;

· алгоритм пересчётной модели в виде последовательного соединенных звена чистого запаздывания и интегрального звена с отсечкой;

· алгоритм пересчётной модели в виде последовательно соединённых интегрального звена и звена чистого запаздывания;

· алгоритм пересчётной модели в виде последовательно соединённых усилительного звена и звена чистого запаздывания.

В качестве испытываемых систем могут служить системы регулирования как с типовыми, так и с более сложными законами регулирования,, а также их отдельные элементы и части.

Детализация общей структуры ИНиОК для решения конкретных задач.

Представленный ниже образец многовариантного испытательно-наладочного и обучающего комплекса предназначен для решения следующих функциональных задач:

· первичной обработки аналоговых сигналов системы управления с целью выделения полезной составляющей;

· оценивания приведённого к выходу объекта возмущения;

· формирования внешних и управляющих воздействий с желаемыми свойствами;

· испытания САР:

с использованием натурных воздействий;

с использованием натурно-модельных воздействий;

· обучение:

с использованием натурных воздействий;

с использованием натурно-модельных воздействий;

· испытания САР и обучения:

с использованием натурных воздействий;

с использованием натурно-модельных воздействий.

Процедура решения первой из указанных выше задач, а именно - первичной обработки сигнала приведена на рис.21 в виде функциональной схемы, показывающей последовательность выполнения операций. Здесь первый блок обозначен генератором аналоговых сигналов чисто условно. В качестве такого может выступать действующая натурная система управления, генерирующая действительные значения переменных W, U, Y и Y* непрерывно в темпе процессом. Им может быть также накопитель данных, работающий в режиме воспроизведения предварительно проанализированных, отобранных и записанных сигналов с натурной действующей системы. И, наконец, генератором аналоговых сигналов может быть генератор типовых функций, таких как синусоидальных, прямоугольной волны и др. Однако в этом случае режим моделирования следует классифицировать как чисто модельный.

Во втором случае, испытательно-наладочный и обучающий комплекс, работающий в режиме ретроспективного моделирования, должен обеспечивать возможность автоматизированного анализа с реализацией данных и отбора тех временных участков данных, на которых режим функционирования натурного объекта приближается к желаемому (так называемых информативных участков). Накопителем данных должна обеспечиваться возможность синхронной записи и многократного воспроизведения сигнала W, U, Y, U*, Y* W*.

На рис. 24 приведена схема, поясняющая процесс оценивания приведённых к выходу объекта управления возмущений N. В основу этой процедуры положены сглаженные значения W^H, U^H, Y^H сигналов об изменениях контролируемых внешних W, управляющих U, и выходных Y воздействий, характеризующих работу действующей системы управления, вводимые вручную оператором базовые значения входных и выходных воздействий объекта управления U*, Y*, W*, а также модели каналов преобразования внешних воздействий и каналов регулирования.

Согласно рассматриваемой процедуре первоначально определяется отклонения контролируемых возмущений W^H, управлений U^H, выходов Y^H относительно их базовых значений U*, Y*, W*

(94)

Затем осуществляется преобразование отклонений и с помощью соответствующих моделей с целью определения эффекта их влияния на выходные переменные объекта управления.

Полученные приведённые к выходу объекта возмущения сопоставляются с теми изменениями выходной его переменой, которые имели бы место, если бы контролируемые внешние W^H и управляющие U^H воздействия совпадали бы с их базовыми уровнями U*, W*.

Реализация натурно-модельного режима функционирования объекта управления осуществляется оператором по команде с пульта управления. В этом случае подключается в работу блок формирования натурно-модельных данных, где осуществляется формирование возмущающих (в том числе и приведённых к выходу объекта управления) и управляющих воздействий с желаемыми свойствами по схеме, представленной на рис. 23.

При формировании возмущающих и управляющих воздействий с желаемыми свойствами используют следующие данные:

· о желаемых изменениях входных воздействий W^М* и U^M*, а также приведенных к выходу объекта управления возмущений N^M*;

· сглаженные оценки натурных изменений входных и выходных переменных объекта управления W^H, U^H, Y^H, N^H;

· модели каналов преобразования отклонений регулирующих и контролируемых возмущающих воздействий;

Формирование U^M* и W^M* осуществляется по единой схеме, а именно:

1). Первоначально определяются отклонения δU^M* и δW^M*,

δU^M*= U^M*- U^H; (95)

δW^M*= W^M*- W^H; (96)

2). Затем осуществляется расчёт натурно-модельных значений контролируемых возмущений W^НМ и управлений U^НМ c учётом указанных выше ограничений, а именно:

U^HM=U^H+δU^M, (97)

где

; (98)

и – ограничения на управляющие воздействия;

; (99)

и – ограничения на возмущения.

Расчёт реакции натурно-модельного объекта управления на желаемые значения U^HM и W^HM осуществляется по следующей схеме:

- рассчитываются значения с использованием соответствующих моделей канала регулирования и преобразования внешних воздействий, т.е.

(100)

(101

- рассчитываются натурно-модельные значения выходных переменных объекта управления Y^HM

(102)

где (103)

Схема, поясняющая реализацию задачи испытания системы автоматического регулирования как с натурными, так и натурно-модельными воздействиями, приведена на рис. 16 и 11. Указанные схемы являются практически одинаковыми, с той лишь разницей, что на последней присутствует блок формирования натурно-модельных данных, предназначенный для получения реализаций W^HM, U^HM, Y^HM, Y_wн с желаемыми свойствами.

Схемы включают в себя:

· пересчётную модель канала регулирования для расчётного определения текущих значений Y^M с использованием реализаций U^M, U^H (или U^HM), Y^H (или Y^HM). В предлагаемом варианте испытательно-наладочного и обучающего комплекса в качестве пересчётной модели используется последовательное соединение инерционного звена первого порядка и запаздывающего звена;

· испытуемый автоматический регулятор, качество работы которого требуется оценить и по возможности повысить в процессе испытания и настройки;

· система отображения информации, состоящая из печатающего устройства, графопостроителя и экрана.

На рис. 23 и 24 приведены схемы испытательно-наладочного и обучающего комплекса, работающего в режиме обучения с использованием как натурных, так и натурно-модельных воздействий.

Как и в предыдущем случае, эти схемы полностью аналогичны как для режима обучения с использованием натурных воздействий, так и натурно-модельных. В случае обучения с использованием натурно-модельных воздействий применяется вместо блока оценивания блок формирования натурно-модельных воздействий.

Пульт управления используется для реализации управляющих воздействий, сформированных обучаемым. При этом следует обратить внимание, что эти воздействия наносятся на втором, активном периоде обучения. В связи с этим весь процесс обучения разбивается на два периода:

1. Пассивный, когда с помощью системы отображения информации обучаемому демонстрируются характерные состояния объекта управления, типовые нарушения и соответствующие им реализации входных и выходных переменных;

2. Активный, когда обучаемому предоставляется возможность формирования и реализации на натурно-модельном объекте необходимых управляющих воздействий.

Рис. 25 и 26 поясняют работу испытательно-наладочного комплекса в том случае, когда реализуются одновременно оба режима - и испытания, и обучения - как с использованием натурных, так и натурно-модельных воздействий. Как видно из рисунков, испытательно-наладочный и обучающий комплекс представлен в виде двухканальной системы. В первом канале решается задача испытания и настройки системы, а во втором канале – обучения.

Рисунок 23 - Укрупнённая структура ИНиОК

  Пересчётные модели

  Действующая система управления

Накопитель на магнитной ленте

Аналого-цифровой преобразователей

Блок аналоговых преобразователей

Блок подготовки данных

Блок коррекции и децимации сигналов

  Пересчётные модели

Блок формирования натурно модельных данных

  Блок оценивания

Блок аналоговых преобразователей

Блок подготовки данных

Рисунок 24- Испытания САР с натурными воздействиями

W

U

Y

W*

U*

Y_wн

Y*

  Модель канала регулирования

  Автоматический регулятор

  Система отображения информации

Блок оценивания

W^HM

U^HM

Y*

U^M

Y^HM

δU^н

δY ^М*

+

+

+

-

Рисунок 25 -Испытание САР с использованием натурно-модельных воздействий

Y^M

Y^HM

W

U

Y

W*

U*

Y_wн

Y*

  Модель канала регулирования (в отклонениях)

  Автоматический регулятор

  Система отображения информации

Блок формирования натурно-модельных данных

W^HM

U^HM

Y*

U^M

Y^HM

δY^M*

+

+

δU^M

Рисунок 26 - Обучение с использованием натурно-модельных воздействий

W^HМ

U^HМ

W

U

Y

W*

U*

Y*

Y^M

  Модель канала регулирования

  Система отображения информации

  Пульт управления

Блок формирования натурно-модельных данных

U^M

Y^HМ   y

Y_wн

δY^M*

δU^M

+

+

Рисунок 27 - Обучение с использованием натурных воздействий

W^H

U^H

W

U

Y

W*

U*

N^H

Y*

Y^M

  Модель канала регулирования

  Система отображения информации

  Пульт управления

  Блок оценивания

U^M

Y^H   y

δU^M

δY^M*

+

+

Рисунок 28 - Первичная обработка аналоговых сигналов

  Генератор аналоговых сигналов

  Аналоговые сглаживающие фильтры

    Аналого-цифровой преобразователь

    Блок цифровой коррекции

    Блок децимации

    Блок оценивания

T 6vpqergHEXAKfzD86LM6lOx0tCPVXvQK0uQ2ZlTBPEu4YOJ3clSQpGkMsizk/x/KbwAAAP//AwBQ SwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlw ZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABfcmVs cy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQAI4EZtKAIAAE4EAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABkcnMv ZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQAXTu224QAAAAsBAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAIIEAABk cnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAkAUAAAAA "> h V+ryYrq/AxFxin9h+MFndKiY6eBGMkH0CrL5TcpRFuk8A8GJ382BRZ5lIKtS/v+h+gYAAP//AwBQ SwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlw ZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABfcmVs cy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQDSycxCKQIAAE4EAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABkcnMv ZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQDsbplG4AAAAAsBAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAIMEAABk cnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAkAUAAAAA "> S xOur4eEehKfB/8Hwox/UIQ9OR9uzdqJBmI4ncUARZpPxHEQgfjdHhCSezkHmmfzfIf8GAAD//wMA UEsBAi0AFAAGAAgAAAAhALaDOJL+AAAA4QEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5 cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAOP0h/9YAAACUAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAvAQAAX3Jl bHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAZC4e/igCAABOBAAADgAAAAAAAAAAAAAAAAAuAgAAZHJz L2Uyb0RvYy54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEA4d9jduIAAAALAQAADwAAAAAAAAAAAAAAAACCBAAA ZHJzL2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA8wAAAJEFAAAAAA== "> T 6vxsursFEXAKfzD86LM6lOy0dyMZLzoFV0kaM6rg5jpNQDDxu9kzGqXzBGRZyP8lym8AAAD//wMA UEsBAi0AFAAGAAgAAAAhALaDOJL+AAAA4QEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5 cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAOP0h/9YAAACUAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAvAQAAX3Jl bHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAARQYXSgCAABOBAAADgAAAAAAAAAAAAAAAAAuAgAAZHJz L2Uyb0RvYy54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAG408XOIAAAAMAQAADwAAAAAAAAAAAAAAAACCBAAA ZHJzL2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA8wAAAJEFAAAAAA== "> p 66vx4R5EwDH8wXCuz9Wh4E4HN5DxolVwdzuLGWVjGs0SEIz8SoezlMwTkEUu/68ofgAAAP//AwBQ SwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlw ZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABfcmVs cy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQDdvwG4JwIAAE4EAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABkcnMv ZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQD7/VDW4gAAAA0BAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAIEEAABk cnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAkAUAAAAA ">

Рисунок 29-Испытание САР и обучение с использованием натурных воздействий

B 9BqyNF0xykWmliCYWK+SNYj970SWhfz/Q/kNAAD//wMAUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhALaDOJL+AAAA 4QEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEA OP0h/9YAAACUAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAvAQAAX3JlbHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYACAAAACEA R58zwRQCAAAsBAAADgAAAAAAAAAAAAAAAAAuAgAAZHJzL2Uyb0RvYy54bWxQSwECLQAUAAYACAAA ACEAYRrNKt4AAAALAQAADwAAAAAAAAAAAAAAAABuBAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAE AAQA8wAAAHkFAAAAAA== "/>

Блок оценивания

  Модель канала регулирования

  Автоматический регулятор

  Модель канала регулирования

Система отображения информации

  Пульт управления

W U Y

N^H

U^H

W^H

Y^H

Y^M

Y*

Y^M

_

+    

_

+    

U^M

W*

U*

Y*

δU^M

δY^M*

+

+

δU^M

δY^M*

+    

+    

U^M

Рисунок 30 - Испытание САР и обучение с использованием натурно-модельных воздействий

Блок формирования натурно-модельных данных

  Модель канала регулирования

W U Y

Y_wн

U^HM

W^HM

Y^HM

Y^M

_

W*

U*

Y*

δU^M

δY^M*

+

  Автоматический регулятор

  Модель канала регулирования

Система отображения информации

  Пульт управления

Y*

Y^M

_

+    

+    

U^M

U^M

+

+

+

Y^HM

δU^M

δY^M*

Рисунок 31 - Формирование внешних и управляющих воздействий с желаемыми свойствами

5 evMC8fpqvL8DFmgMfzD86Ed1KKPT0Q5GedYh3GbpIqIImZjNgEXid3NEmE/FHHhZ8P8dym8AAAD/ /wMAUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhALaDOJL+AAAA4QEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50 X1R5cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAOP0h/9YAAACUAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAvAQAA X3JlbHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYACAAAACEApWsEsSsCAABOBAAADgAAAAAAAAAAAAAAAAAuAgAA ZHJzL2Uyb0RvYy54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEArheKbOIAAAALAQAADwAAAAAAAAAAAAAAAACF BAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA8wAAAJQFAAAAAA== " o:allowincell="f"> 6 C6nW11fj/R2IiGP8C8MPPqNDwUxHP5ANotWQqOSWo2zM1JwVR2bzBYvj70oWufz/RfENAAD//wMA UEsBAi0AFAAGAAgAAAAhALaDOJL+AAAA4QEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5 cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAOP0h/9YAAACUAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAvAQAAX3Jl bHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAMyKL+ioCAABOBAAADgAAAAAAAAAAAAAAAAAuAgAAZHJz L2Uyb0RvYy54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAhxqBVuAAAAANAQAADwAAAAAAAAAAAAAAAACEBAAA ZHJzL2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA8wAAAJEFAAAAAA== " o:allowincell="f">

  Блок оценивания

u veoNJOkiEdRAHF8vQQnxm+wkSZe3oItc//+h+AYAAP//AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4A AADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAA IQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABfcmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAA IQDOtmDxFgIAACwEAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABkcnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAI AAAAIQActNjM3gAAAAsBAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAHAEAABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAA AAQABADzAAAAewUAAAAA "/> 4 NSCsjDERRciy1RWoSPxutggmTVPQZaH/dyi/AQAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAA AOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAh ADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAh AHrcq2cVAgAALAQAAA4AAAAAAAAAAAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgA AAAhAB4ZIB/eAAAACwEAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAAbwQAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAA BAAEAPMAAAB6BQAAAAA= "/> t 2XjRaUivlvOIakjSmyWIE6GSxTWI7e9KFrn8X6L4AQAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS /gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgA AAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgA AAAhAOOW5IgXAgAALQQAAA4AAAAAAAAAAAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAG AAgAAAAhAE0M1SrfAAAADAEAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAAcQQAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYA AAAABAAEAPMAAAB9BQAAAAA= "/> 3 bIPqDVwul6mgBhZpKoUQqyy9BrX9neiy0P9/KL8BAAD//wMAUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhALaDOJL+ AAAA4QEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYACAAA ACEAOP0h/9YAAACUAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAvAQAAX3JlbHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYACAAA ACEA+gQoxBcCAAAtBAAADgAAAAAAAAAAAAAAAAAuAgAAZHJzL2Uyb0RvYy54bWxQSwECLQAUAAYA CAAAACEABc+XQd4AAAALAQAADwAAAAAAAAAAAAAAAABxBAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAA AAAEAAQA8wAAAHwFAAAAAA== "/>

Ограни- читель

Модель канала регулир.

  Сумматор

1 01tItb68GO/vQEQc4x8MP/qsDgU7HdxAVRCdhnSq5oxqmCmlQDDxmxw4ubmegSxy+f+H4hsAAP// AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRf VHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABf cmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQDCaO38LAIAAE4EAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABk cnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQC8FRbE4AAAAAsBAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAIYE AABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAkwUAAAAA "> / fLhMiJvrcfEIzOPo/2D40Q/qUAangxlIOdYJSKMkDaiAWRw/AAtEmszugR1+N7ws+P8O5QUAAP// AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRf VHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABf cmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQCeDzLpKwIAAE4EAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABk cnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQCrjw7B4QAAAAsBAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAIUE AABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAkwUAAAAA ">

  Сумматор

Y k4uiN6CVXjJqINOLBQgmfjdbRjN1tQRZFvJ/ifIbAAD//wMAUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhALaDOJL+ AAAA4QEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYACAAA ACEAOP0h/9YAAACUAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAvAQAAX3JlbHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYACAAA ACEArAax6xcCAAAsBAAADgAAAAAAAAAAAAAAAAAuAgAAZHJzL2Uyb0RvYy54bWxQSwECLQAUAAYA CAAAACEAmgyJL94AAAAMAQAADwAAAAAAAAAAAAAAAABxBAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAA AAAEAAQA8wAAAHwFAAAAAA== "/>

Ограни- читель

Модель канала преобраз. внешних воздей

  Сумматор

1 UL2FZZKmEhWRLkVI4neztXCTmAR0kev/PxTfAAAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAA AOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAh ADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAh AGjgZ1UVAgAALAQAAA4AAAAAAAAAAAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgA AAAhAC71mR3eAAAACwEAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAAbwQAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAA BAAEAPMAAAB6BQAAAAA= "/> s g+gN3Gh9nVAD2WKZiiOhrnQGYvM7kmUh/z9R/gAAAP//AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4A AADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAA IQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABfcmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAA IQAb42YIFgIAACsEAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABkcnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAI AAAAIQBtZJdw3gAAAAwBAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAHAEAABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAA AAQABADzAAAAewUAAAAA "/> 2 iD5ptch08hrQy9UNiJPld7VNk9Z6AbIs5P8a5Q8AAAD//wMAUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhALaDOJL+ AAAA4QEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYACAAA ACEAOP0h/9YAAACUAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAvAQAAX3JlbHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYACAAA ACEArvGueRUCAAAsBAAADgAAAAAAAAAAAAAAAAAuAgAAZHJzL2Uyb0RvYy54bWxQSwECLQAUAAYA CAAAACEAko8WjeAAAAAOAQAADwAAAAAAAAAAAAAAAABvBAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAA AAAEAAQA8wAAAHwFAAAAAA== "/>

Система отображения информации

/ vflMqcuL6f4ORMAp/JnhB5/RoWSmgxvJeNEpSKLkhq0szNOYJ7Yk1+ktiMPvSZaF/N+i/AYAAP// AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRf VHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABf cmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQBFkzvpKwIAAE0EAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABk cnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQAvh30E4QAAAA0BAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAIUE AABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAkwUAAAAA "> 5 A9kgOg3LdJ5ylA21uOaJI7/SjqVkcXMLssjl/y+KbwAAAP//AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4 kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAI AAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABfcmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAI AAAAIQAYxc22FwIAAC0EAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABkcnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQA BgAIAAAAIQDAV8WC4AAAAA0BAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAHEEAABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUG AAAAAAQABADzAAAAfgUAAAAA "/> 4 3jy9+VSp66vx/g5EwDH8wfCjz+pQsNPRDWS8aBXMb2cJowoWabIAwcTv5sjodJbEIItc/i9RfAMA AP//AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRl bnRfVHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8B AABfcmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQBCRqrILQIAAE8EAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4C AABkcnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQAH2VDk4gAAAAwBAAAPAAAAAAAAAAAAAAAA AIcEAABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAlgUAAAAA ">

_

W U Y

W^H

Y^H

U^H

N^H

Y^HM

U^HM

W^HM

N^HM

U^M*

W^M*

N^M*

_

+

+

_

+

W*

U*

Y*

δU^M

δW^M*

Рисунок 32. Оценивание приведённых возмущений

  Блок сглаживающих фильтров

Модель канала преобразования внешних воздействий

  Модель канала регулирования

  Сумматор

Система отображения информации

W

_

+

U

Y

W^н

W^*

δW

+

-

δY_w

δY_u

W^н

δY

+

+

-

-

U^*

U^н

δU

Y^н

Y^н

N^н

Y^*

О ДИНАМИЧЕСКОМ ПОДОБИИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Определение динамического подобия систем управления является в настоящее время актуальной и далеко не тривиальной задачей. Актуальность ее заключается в том, что исследования систем управления, связанные с их анализом и синтезом, как правило, проводятся на модельном и натурно-модельном уровнях, и поэтому важной с практической точки зрения является задача переноса результатов этих исследований на натурные системы управления и их основные составляющие, включая управляющие системы, объект управления, внешние и внутренние (контролируемые и неконтролируемые) воздействия, влияющие на его состояние и выходные переменные.

Для определения подобия конструктивных характеристик неуправляемых объектов и протекающих в них процессов преобразования энергии и вещества в настоящее время хорошо разработаны и широко применяются методы и критерии теории подобия [6]. Однако они не могут быть успешно использованы для определения подобия систем управления [7], что требует их развития не только для систем в целом, но и для их основных составляющих (рисунок).

Подобие систем управления и их составляющих

Подобие объектов управления

Подобие внешних и внутренних воздействий

Подобие управляющих систем

Совместное подобие объектов и воздействий ввоздействий

Совместное подобие систем в целом

Рисунок 33 — Подобие систем управления и их составляющих

1. Подобие систем управления в целом. Объектом подобия в этом случае должна являться совокупность взаимосвязанных между собой объекта управления, управляющей системы, внешних и внутренних воздействий. По результатам анализа доступных отечественных и зарубежных публикаций можно сделать вывод о том, что в них не рассматривается и даже не ставится задача динамического подобия систем управления, соответственно, отсутствуют методы и критерии такого подобия.

В качестве одного из основных показателей подобия систем управления в целом следует, по нашему мнению, использовать целевые показатели их функционирования, считая, что функционирование подобных систем управления должно характеризоваться одинаковыми или близкими друг другу значениями целевых показателей эффективности. В этом случае системы управления следует считать подобными независимо от их качественного различия, вызванного различной физической природой систем и их основных составляющих, структурных различий, обусловленных различием структур объекта управления и системы в целом, внешних и внутренних воздействий и управляющих систем. Условие подобия систем управления может быть выражено либо непосредственно через меру близости целевых показателей, либо по аналогии с [8] с помощью статистических оценок корреляционных моментов между этими показателями.

2. Подобие объектов управления. Современная теория подобия располагает методами и критериями лишь для неуправляемых объектов и является недостаточной для определения подобия свойств объектов в составе систем управления. В публикациях, посвященных теории и практике подобия, отсутствуют постановки задач и какие-либо схемы их решения применительно к объектам управления. Но при решении задач анализа и синтеза систем автоматического регулирования, используются количественные безразмерные показатели, отражающие динамические свойства каналов преобразования изменений входных воздействий, но ничего не говорится о них как о критериях подобия.

Исключение составляет [7], которая по существу является одной из первых публикаций, где говорится о динамическом подобии объектов управления. В частности, здесь для объектов управления, динамика преобразующих каналов которых описывается линейными дифференциальными уравнениями первого порядка с запаздывающими аргументами, предлагается в качестве условия подобия этих каналов использовать равенство отношений их времени запаздывания к постоянной времени инерции. Однако это условие является не исчерпывающим, соответствует лишь небольшому классу динамических объектов управления и требует дальнейшей проработки.

3. Подобие внешних и внутренних воздействий. Публикаций по разработке и применению методов и критериев подобия воздействий, представленных в виде реализаций процессов или рядов данных, не выявлено. Однако, при решении некоторых задач, где возникает необходимость сопоставления между собой конкретных участков временных рядов данных, используют для этого различные структурные или статистические характеристики, но они не рассматриваются как критерии подобия.

Для многих натурных объектов управления, функционирующих в условиях неопределенности, большое значение имеет установление подобия неконтролируемых внешних и внутренних воздействий. Здесь при установлении подобия воздействий необходимо дополнительно оценивать их реализации с использованием известных методов, в частности, в соответствии со схемами формирования приведенных к выходу [9] или одному из управляющих входов [10] объекта управления.

4. Совместное подобие объектов управления и воздействий. Важной особенностью подобия в системах управления является определение совместного подобия внешних и внутренних воздействий с динамическими свойствами каналов преобразования воздействий, так как может оказаться, что раздельное их подобие будет далеко не достаточным. Следовательно, еще одной основной задачей является разработка методов и критериев подобия воздействий, а также совместного подобия воздействий и преобразующих каналов объектов управления.

5. Подобие управляющих систем. Публикаций о подобии управляющих систем не отмечено, поэтому требуется разработка методов и критериев подобия и для этих важных составляющих систем управления.

Вывод. Современная теория подобия, хорошо разработанная для сопоставления конструктивных характеристик объектов и протекающих в них процессов преобразования вещества и энергии, является недостаточной для оценивания подобия систем управления, что требует соответствующего ее развития.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Советский энциклопедический словарь, гл. редактор академик Прохоров

А.М., Москва, издательство «Советская энциклопедия», 4-е издание, 1994г.

2. Энциклопедия кибернетики, Киев. Украинская советская энциклопедия, 1994г.

3. Веников В.А., Веников А.А. Теория подобия и моделирования. Учебник.

Москва, 3-е издание, 1976г.

4. Основы моделирования сложны систем. Учебное пособие под ред. Кузьмина И.В. Киев. Высшая школа, 1978г.

5. Динамика моделирования и испытаний технических систем. Коллектив авторов под. ред. Кочубиевского И.Д., Москва, Энергия, 1978г.

6. Веников В.А. Теория подобия и моделирования. / В.А. Веников. – М.: Высшая школа, 1976. -479 с.

7. Мышляев Л.П. Применение физических моделей в схемах натурно-математического моделирования. / Л.П. Мышляев, В.Ф. Евтушенко, С.Р. Зельцер и др. // Известия вузов. Черная металлургия. – 2011. № 11. – С. 65-67.

8. Пугачев В.Н. Комбинированные методы определения вероятностных характеристик. / В.Н. Пугачев. - М.: Сов. Радио, 1973. – 256 с.

9. Ротач В.Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования. / В.Я. Ротач. – М.: Энергия, 1973. – 439 с.

10. Барковский В.В. Методы синтеза систем управления. / В.В. Барковский, В.Н. Захаров, А.С. Шаталов.–М.: Машиностроение,1969. – 385 с.

Дата добавления: 2014-01-11