65. Понятие о синтезе системы. Требования к проектируемой системе.

Под синтезом систем понимаем проектирование систем, которые удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к ней (техническое воплощение систем).

Требования к системе весьма разнообразны: динамика, стоимость, герметичность. Мы ограничимся только динамическим синтезом. Динамический синтез – задача построения системы, удовлетворяющей всем требованиям, которые предъявляются к ее динамическим свойствам.

Так может быть представлен алгоритм синтеза:

Первый шаг процесса синтеза это определение назначения системы. Второй шаг – это указать те переменные, которые подлежат управлению. На третьем шаге мы должны предъявить требования к точности. Последнее требование определяет выбор конфигурации системы.

Поставив себя на место инженера, первое, что мы должны сделать, - это попытаться создать конфигурацию системы, которая обладала бы желательным качеством. Такая конфигурация обычно включает в себя датчик, ОУ, исполнительное устройство и управляющее устройство. Следующий шаг состоит в выборе кандидата на роль исполнительного устройства. Следующий шаг – выбор УУ, которое в ряде случаев представляет собой сумматор, выполняющий операцию сравнения желаемого и действительного значения выходной переменной объекта, и следующий за ним усилитель сигнала ошибки. Заключительный шаг синтеза – настройка параметров системы, которые обеспечивали бы желаемые показатели качества.

Если в результате подбора параметров мы сможем достигнуть желаемого качества, то процесс синтеза заканчивается и нам остается оформить рабочую документацию.

Иначе, возможно, потребуется заменить конфигурацию системы или выбрать исполнительное устройство и датчик с улучшенными характеристиками. Потом повторяем все этапы синтеза до тех пор, пока не будут удовлетворены требования, предъявляемые к системе, или пока мы не решим, что эти требования являются слишком жесткими и их надо ослабить.

Процесс синтеза (алгоритм) является «итерационным» - в несколько «заходов». Осуществляется сначала на бумаге, затем на реальной (физической) системе.

Имитационное моделирование – имитация реальных условий, при этом используются высокопроизводительные программные средства анализа и синтеза систем управления, такие, как Simulink, Matlab, Vissim.

Динамическое моделирование – (на Западе – симуляция) – это исследование влияния воздействий с помощью динамической структурной схемы системы (модели системы в Simulink).

При этом задача синтеза управляющего устройства УУ (регулятора) – дана модель ОУ (вместе с датчиком и исполнительным устройством), а также установлены цели управления; требуется определить соответствующее УУ (регулятор), либо прийти к заключению, что таковой создать невозможно.

Требования к проектируемой системе.

Требования к качеству замкнутой системы управления должны затрагивать ее основные характеристики, к которым относятся: хорошая компенсация возмущений, желаемый вид реакции на задающее входное воздействие, адекватные выходные сигналы исполнительного устройства, малая чувствительность к изменению параметров и робастность.

Задаются двумя путями:

1. Как словесные описания, касающиеся реакций системы на те или иные воздействия.

1) требования к точности системы при заданном v(t): εуст <= εуст.допуст

2) к степени подавления помех (шума измерения): εsуст <= εsуст.допуст

3) к степени ослабления влияния на управляемую величину возмущающего воздействия:

Первые три требования – это требования к точности работы в установившемся режиме.

4) требования к динамике системы, к качеству ее работы в переходном процессе (требования к переходной характеристике) .

5) требования малой чувствительности системы к изменениям параметров ее элементов.

6) требования к величине управляющего воздействия .

7) система должна быть робастной.

2. Формулировка требований, связанная с интегральными критериями качества, если модель представлена в переменных состояния, то критерий качества:

- скалярная интегральная оценка. Здесь u – управление, х – вектор состояния , f – нелинейная векторная функция, обычно вида .

В случае, когда система имеет один вход и один выход как критерий качества применяется интегральная квадратическая ошибка (ИКО) где ε(t)=v(t)-y(t) – ошибка воспроизведения.

Также используют: - интеграл от модуля ошибки (ИМО).

Чем меньше J, тем выше качество системы. Основное назначение J одним числом охарактеризовать качество системы.

Возникает задача построения оптимальных систем, которые минимизируют данные критерии качества. Сами законы управления, обеспечивающие минимум критериев качества - оптимальные.

Если известен закон управления, а неизвестны его параметры, то такой синтез называется параметрическим, т.е. это выбор параметров заданного закона управления в соответствии с требованиями.

Иногда можно определить характеристики т.н. желаемой системы.

Желаемая система – система, которая удовлетворяет основным требованиям, предъявляемым к проектируемой системе. В этом случае путем сопоставления характеристик проектируемой и желаемой систем ищут такой закон управления, при котором проектируемая система обладает свойствами, близкими к свойствам желаемой системы. Требования к проектируемой системе – это характеристики желаемой системы. Критерием качества является желаемая система управления.