Анализ управляемых процессов с помощью моделей. Методы задания программных движений.

Глава 1. Системы управления мехатронными объектами.

Введение.

В настоящее время трудно указать область деятельности человека, где в какой либо форме не использовались системы управления на базе процессоров или ЭВМ. Переработка сырья, производство энергии, медицина, авиация, транспорт и многие другие сферы широко используют системы автоматического управления различными процессами. Под понятием процесс следует понимать последовательную смену состояний объектов физического мира. Любой физический процесс характеризуется наличием материальных компонент, энергии, информации. Это может быть движение, изменение свойств и характеристик предметов, тепловые и химические превращения и т.д.

Классификация САУ.

Методов исследования САУ известно много, и имеется следующая их классификация, учитывающая способы математического описания и характер протекания процессов в системе.

Системы Управления

Стационарные Нестационарные

Линейные Нелинейные

Непрерывные Дискретные

Цифровые Импульсные

Детерминированные Стохастические

С заданным качеством Оптимальные Адаптивные

Мехатронные объекты, имеющие механическую, сенсорную, приводную подсистему – являются одними из наиболее ярких представителей для реализации сложных законов управления. Системы управления применимы в тех случаях, когда объект (процесс) обладает управляемостью, т.е. существует возможность изменения его некоторых параметров внешними воздействиями. Каким бы сложным или простым ни был бы управляемый процесс, системе управления необходима информация о его параметрах. Такая информация может быть получена лишь для процессов обладающих свойством наблюдаемости. Кроме этого, всегда существуют внешние факторы, влияющие на процесс, которыми невозможно управлять. Эти факторы являются возмущениями, отклоняющими процесс от требуемого режима.

Формально, назначение любой системы управления – формирование управляющих воздействий на основе имеющейся информации о состоянии объекта/процесса и внешней среды. Целью управления может быть решение двух обобщенных задач – поддержания некоторых параметров в определенных диапазонах и регулирование значений выходных переменных по требуемому закону. В каждой из этих задач управляющей системе требуется сформировать выходное воздействие, реализация которого компенсирует образовавшуюся ошибку управления. Для расчета выходных воздействий необходимо знать, как изменятся параметру объекта/процесса при определенном изменении управляемого параметра. Это означает, что разработка систем управления подразумевает построение и использование адекватных математических моделей.

Анализ управляемых процессов с помощью моделей. Методы задания программных движений.

Описание системы – ее модель – содержит знания о физическом (техническом) процессе. Модель процесса необходима для того, чтобы управляющая система могла выдавать соответствующие команды на основе информации о состоянии процесса. Модель позволяет оценить, как техническая система будет реагировать на конкретное управляющее воздействие или внешнее возмущение, и какое управляющее воздействие необходимо, чтобы достичь требуемого состояния системы. Модели так же играют важную роль в технологии измерений и обработке сигналов. Модели необходимы не всегда – например, для простых задач типа циклового управления. Другие задачи управления являются более сложными, и для их решения необходима тщательно разработанная количественная модель. Например, точная модель динамики и траекторий движения обязательна для системы управления роботом. Дискретная модель системы – фундамент для реализации процессорного управления.

Существуют два основных способа разработки моделей – на основе физических принципов функционирования объекта и на основе экспериментальных данных (результатов измерений реального поведения объекта), представленных уравнениями состояния в виде отношения вход/выход. Далеко не все параметры управляемого объекта (процесса) могут быть измерены. В связи с этим на этапе разработки системы управления необходимо решать задачу о достаточности имеющейся измерительной информации для достижения целей управления. Данная задача может быть решена, если управляемый объект (процесс) обладает свойством наблюдаемости. Наблюдаемость это оценка, дает ли имеющийся набор измерительной информации возможность адекватно определить состояние объекта.

Другая характеристика объекта (процесса) – управляемость, которая показывает, достаточно ли параметров у управляемой системы, на которые можно оказывать воздействия, для управления процессом нужным образом.

Моделирование процессов всегда связано с некоторыми неопределенностями. Иногда эти неопределенности могут быть описаны, в других случаях производится представление неопределенностей с использованием статистических методов или нечеткой логики.

Рассмотрим некоторые методы анализа и математического описания физических систем, т.е. объектов и процессов, которыми необходимо управлять.

Поиск по сайту: