1. Понятие о синтезе

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

Требования к системе весьма разнообразны: динамика, стоимость, герметичность. Поэтому синтез весьма сложен. Мы ограничимся только динамическим синтезом.

Динамический синтез – задача построения системы, удовлетворяющей всем требованиям, которые предъявляются к ее динамическим свойствам.

Алгоритм синтеза (или процедура синтеза САУ) может быть представлена наглядно с помощью блок-схемы (см. рис. ниже).

Синтез систем управления – это уникальный пример технического проектирования.

Первый шаг процесса синтеза это определение назначения системы. Например, мы можем заявить, что целью управления является поддержание заданного значения скорости вращения электродвигателя. Второй шаг – это указать те переменные, которые подлежат управлению (в нашем случае это скорость вращения). На третьем шаге мы должны предъявить требования к точности, с которой необходимо поддерживать скорость вращения электродвигателя. Последнее определяет выбор датчика, с помощью которого измеряется переменная, подлежащая управлению.

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. Принятие решения здесь зависит от типа ОУ, но в любом случае выбранное устройство должно быть способным эффективно влиять на поведение ОУ. Например, если мы хотим управлять скоростью вращения махового колеса, выбираем электродвигатель. Следующий шаг – выбор УУ, которое часто 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 наглядно изображен на рисунке.

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

Большую роль в процессе синтеза играет компьютерное или имитационное моделирование.

Имитационное моделирование – имитирование реального условия, при этом используются высокопроизводительные программные средства анализа и синтеза систем управления, такие, как Simulink, Matlab, Vissim. Высокоточное компьютерное моделирование крайне важно для проверки результатов синтеза систем. Во многих случаях сертификация систем управления путем натурного моделирования требует значительных затрат времени и денег.

Динамическое моделирование – (на Западе – симуляция) – это исследование воздействий. Эти пакеты ускоряют пункты 6 и 7.

Будем считать, что этапы до 6 и 7 уже решены.

Итог. Задача синтеза регулятора – дана модель ОУ (вместе с датчиком и исполнительным устройством), а также установлены цели управления;

требуется определить соответствующий регулятор, либо прийти к заключению, что таковой создать невозможно.