Декомпозиция задачи функционального проектирования электромеханических систем

Центральной задачей этапа функционального проектирования ЭМС является задача синтеза системы управления, которая для декомпозированной системы может быть решена поэтапно путем решения задач локального управления, взаимосвязанного управления и технологической оптимизации.

На начальном этапе целесообразно рассмотреть задачу проектирования системы управления одного уровня, общность которой не изменяется при переходе к более высоким уровням иерархии.

Рис. 11.5. Три уровня проектирования в многоуровневой СУ

Задача проектирования системы и сама система управления реальным объектом может быть представлена в виде трех подзадач и соответствующих им подсистем (рис. 11.5):

• управления реальным объектом;
• идентификации модели объекта;
• идентификации переменных состояний объекта.

Очевидно, что в ряде частных случаев вторая или третья подзадачи могут отсутствовать.

Каждая подсистема в таком представлении образует замкнутую по местному показателю или функционалу качества систему с обратной связью и состоит из трех основных элементов:

• формирователя критерия качества (оптимальности) подсистемы;
• объекта оптимизации (реального или его математической модели);
• оптимизатора объекта.

Между собой подсистемы объединены прямыми и обратными связями, а крайние подсистемы такими же связями объединены с возможными системами более низкого и высокого уровней.

Рассмотрим обозначения элементов и связей подсистем.

Подсистема управления реальным объектом включает:

I - формирователь критерия качества управления;

_- реальный объект;

Opt I - оптимизатор критерия качества I по управляющему воздействию U;

Y - выход объекта (вектор выходных сигналов), являющийся входом подсистемы первичных преобразователей (измерительной, датчиковой подсистемы);

U - вход объекта и модели (вектор управляющих сигналов);

- обратная связь из системы более высокого уровня.

Подсистема идентификации модели объекта содержит:

J - формирователь критерия качества идентификации;

- модель объекта управления со структурой и вектором параметров ;

Opt J - оптимизатор структуры и вектора параметров модели объекта;

- оценка вектора состояний объекта, полученная по сигналам подсистемы первичных преобразователей;

- вектор состояний, полученный на основании сигналов и модели объекта ;

I - обратная связь из подсистемы управления реальным объектом.

Система идентификации сигналов содержит:

J_ф - формирователь критерия качества идентификации (фильтрации) вектора состояний объекта;

- фильтр или наблюдатель состояния;

Opt J_Ф - оптимизатор структуры и вектора параметров _Ф фильтра;

- информация о структуре и параметрах датчиков физических переменных объекта (статические и тарировочные характеристики и т.п.);

- информация о погрешностях датчиков;

J_Ф - обратная связь из подсистемы идентификации модели объекта.

Анализ результатов декомпозиции ЭМС и задач их функционального проектирования позволяет утверждать, что для создания и компьютерной реализации универсальных алгоритмов ее решения, прежде всего, необходимо всесторонне рассмотреть проблему автоматизации синтеза подсистемы с обратной связью по функционалу качества (рис. 11.6.)

Рис. 11.6. Обобщенная схема локальной подсистемы с обратной связью

В общем случае, каждый элемент (оптимизатор, модель, формирователь критерия) может иметь три составляющие:

 собственно элемент, участвующий в решении своей задачи;

 множество таких элементов, каким-то образом упорядоченных;

 проектор, выбирающий из множества элементов оптимальный по критерию качества системы более высокого уровня.

То есть локальная подсистема (рис. 11.6.) состоит из тройки множеств {I_q} - критериев оптимизации, - моделей объекта управления, {Opt I_q} - методов оптимизации.

Для конкретного критерия I_q теоретически существует единственный оптимальный набор элементов и их параметров.

Практически такой набор может быть определен только в том случае, когда можно не считаться с запретами на его поиск и при малом числе элементов множеств , {Opt I}.

Контрольные вопросы к лекции No 11.

1. Какие задачи решаются на верхнем уровне иерархии функционального проектирования электромеханических систем?
2. Какие задачи решаются на втором уровне иерархии функционального проектирования электромеханических систем?
3. Какие задачи решаются на третьем (нижнем) уровне иерархии функционального проектирования электромеханических систем?
4. Какие подзадачи и подсистемы могут быть выделены в задаче проектирования системы?
5. Какие основные элементы входят в состав каждой подсистемы?
6. Укажите основные составляющие каждого элемента подсистемы с обратной связью по функционалу качества и укажите.

ОТВЕТЫ