Критериальная стратегия синтеза

Задача синтеза системы автоматического управления заключается в выборе такой ее структуры, параметров, характеристик и способов их реализации, которые при заданных ограничениях наилучшим образом удовлетворяют требованиям, предъявляемым к системе.

В процессе синтеза учитывают комплекс требований, как правило, сформулированных в техническом задании. Эти требования можно объединить в некоторые основные группы [20].

К первой группе относятся требования, связанные со статическими и динамическими свойствами автоматической системы. Исчерпывающей характеристикой этих свойств могло бы быть значение ошибки системы в каждый момент времени. Однако так как законы изменения во времени задающих и возмущающих воздействий практически не известны, определить ошибку системы невозможно, поэтому на практике для оценки статических и динамических свойств проектируемой системы используются некоторые вспомогательные оценки - критерии качества. К ним относятся точностные характеристики для некоторых типовых детерминированных или случайных входных воздействий, оценки запаса устойчивости, характеризующие близость системы к колебательной границе устойчивости, и оценки быстродействия, определяющие прямо или косвенно время протекания переходного процесса, а также оценки, характеризующие, например, чувствительность системы к изменению ее параметров (из-за неточности изготовления элементов, изменения внешних условий и т. д.), плавность работы системы при малых скоростях движения, помехоустойчивость и т. п.

В более общем случае критерием качества может служить минимум некоторого критерия оптимальности, чаще всего задаваемого в виде интегрального квадратичного функционала от нескольких функций или функционала в частотной области [15, 21].

Ко второй группе относятся требования, связанные с надежностью проектируемой системы, ее устойчивостью к влиянию воздействий окружающей среды (климатических, химических, радиационных, механических и др.) и способностью сохранять свои характеристики в течение предписанного промежутка времени. При этом следует учитывать, что надежность не является свойством, которое можно придать готовой системе. Она должна обеспечиваться комплексом мер, принимаемых на всех этапах проектирования, начиная от выбора состава элементов и места их расположения в структуре системы и кончая условиями эксплуатации.

В третью группу входят требования, связанные с допустимым весом и габаритом автоматической системы и допустимым потреблением мощности. Важен и вид энергии, а также стабильность источников питания.

К четвертой группе относятся требования, связанные с эксплуатацией и техническим обслуживанием системы автоматического управления, такие, как условия обслуживания системы в процессе ее работы (возможность контроля состояния, безопасности и др.), возможность ремонта и восстановления, необходимый уровень квалификации технического персонала, выполнение рекомендаций технической эстетики и т. д.

В пятую группу входят требования, связанные с технологичностью изготовления автоматической системы и выполнением требований ЕСКД. К ним могут быть отнесены максимальное использование стандартных, уже освоенных или унифицированных элементов, деталей и узлов, рациональное ограничение размеров, материалов, покрытий, простота сборки, регулировки и контроля, экономические показатели и др.

Конечная цель решения задачи синтеза - отыскание оптимальной структуры системы автоматического управления и ее характеристик. Приведенный выше далеко не полный перечень технических требований, предъявляемых к автоматической системе, показывает, что сформулировать единый критерий оптимальности и решить задачу синтеза как вариационную задачу на отыскание экстремума этого критерия не представляется возможным. Для упрощения решения этой задачи можно было бы включить в критерий оптимальности лишь одну или несколько основных технических характеристик системы, однако ограниченность постановки задачи может в этом случае привести к малопригодной для практики системе из-за неизбежного гипертрофирования одних ее качеств по сравнению с другими. Поэтому практически общая задача синтеза системы автоматического управления распадается на ряд этапов, на каждом из которых решается лишь часть общей задачи: определение структуры и параметров системы, выбор конкретных элементов, энергетический и конструктивный расчеты, согласование характеристик элементов и т. д. Для нахождения наилучшего решения при таком подходе приходится просматривать несколько вариантов модели системы.

Статья в тему

Синтез блока управления операции сложения в арифметико-логическом устройстве
Абстрактный синтез включает в себя разработку алгоритма работы автомата и составление его формального описания в виде автоматных таблиц или в виде графа переходов. Алгоритм наиболее удобно и наглядно представлять в виде блок-схем. Разработка алгоритмов и блок-схем является наиболее тв ...