CC BY
8УДК 1
Бейханов Р.М.
Студент 2 курса Факультет информационных технологий ЕНУ им. Л.Н. Гумилева
АВТОМАТИЧЕСКАЯ НАСТРОЙКА И АДАПТАЦИЯ
Аннотация: рассматривается автоматическая настройка и адаптация.
Ключевые слова: настройка, адаптация, техника.
При управлении сложными объектами, функционирующими в условиях нестационарности, широкое применение нашли адаптивные регуляторы, реализующие типовые ПИ- или ПИД-законы регулирования. Адаптивные контроллеры зарубежных и отечественных производителей: Ремиконт, Овен, Сименс, Микрол и т.д., как правило, реализуют метод Зиглера-Николса. Следует отметить, что данный метод предполагает вывод объекта в область автоколебаний, за счет перехода на П-закон и грубого варьирования коэффициента усиления Кр. Однако, значительный ряд технологических процессов по условиям эксплуатации не допускают автоколебательного режима. Таким образом, задача нахождения оптимального метода адаптации остается открытой.
Вместе с тем, в последнее время широкую популярность находят нечеткие модели и алгоритмы управления. Известно, что нечеткое управление основано на использовании не столько аналитических или теоретических моделей, сколько на практическом применении знаний квалифицированных специалистов, представленных в форме лингвистических баз правил. Нечеткое управление эффективно в случаях недетерминированности параметров объектов, когда существует определенный опыт экспертов по управлению и настройке автоматизированной системы регулирования (АСР). Теория нечеткой логики позволяет использовать знания специалистов -наладчиков с целью улучшения процессов управления и оказания помощи
(супервизорный режим) по настройке типовых регуляторов. Исходя из вышесказанного, задача создания метода адаптации ПИД-регулятора, реализующего опыт наладчиков, становится актуальной.
Повышение точности и быстродействия цифровой техники и АЦП позволяет в большинстве случаев отказаться от аналоговых регуляторов. Необходимы новые алгоритмы самонастройки регуляторов, которые могли бы избавить разработчика систем от идентификации и синтеза регуляторов или до предела упростить эти задачи.
Естественным направлением развития коммерческих ПИД-регуляторов является разработка методов, позволяющих снизить затраты человеческого труда на их инсталляцию, настройку и обслуживание. Несмотря на то, что многие методы автоматической настройки и адаптации ПИД-регуляторов, используемые в настоящее время, были разработаны еще в 60-х годах, в промышленных контроллерах адаптивная техника начала использоваться только с середины 80-х. Это связано с технической сложностью реализации адаптивных алгоритмов на элементной базе, которая существовала до появления микроконтроллеров.
Настройка может выполняться вручную или автоматически, без участия человека (автонастройка).
Автонастройка может выполняться полностью автоматически и "по требованию", когда человек является инициатором настройки. Полностью автоматическая настройка может инициироваться при наступлении заранее заданного условия, например, при изменении нагрузки, при изменении внешних воздействий, при изменении погрешности регулирования, или непрерывно во времени. Автоматическая настройка, инициируемая без участия человека, называется адаптацией. Примером адаптации может быть автонастройка при изменении числа яиц в инкубаторе или нагрузки на валу двигателя. Иногда термин "адаптация" трактуют более широко, как приспособление регулятора к реальному объекту на стадии ввода системы в эксплуатацию [Справочник].
Разновидностью адаптации является разомкнутое управление параметрами регулятора (табличная автонастройка), когда заранее найденные параметры регулятора
для разных условий работы системы заносятся в таблицу, из которой они извлекаются при наступлении условий, по которым инициируется адаптация.
Адаптация в принципе является медленным процессом, поэтому ее нельзя рассматривать как непрерывное слежение параметров регулятора за изменяющимися параметрами объекта.
Отметим, что регуляторы, настроенные в автоматическом режиме, чаще настроены хуже, чем настроенные в ручном режиме [O,Dwyer]. Объясняется это философским рассуждением, что компьютер не может выполнять сложные и плохо формализуемые задачи лучше человека.
В настоящий момент отсутствуют простые, надежные и общепринятые методы автоматической настройки.
Все виды автоматической настройки используют три принципиально важных
этапа: идентификация, расчет параметров регулятора, настройка [Изерман]. Часто
конечный этап включает этап подстройки (заключительная оптимизации настройки).
Оптимизация настройки необходима в связи с тем, что методы расчета параметров
регулятора по формулам являются упрощенными, не учитывают нелинейности объекта,
в частности, всегда присутствующую нелинейность типа "ограничение", а
идентификация параметров объекта выполняется с некоторой погрешностью.
Подстройка регулятора может быть поисковой (без идентификации объекта, путем
поиска оптимальных параметров) и беспоисковой (с идентификацией). Поисковая
идентификация базируется обычно на правилах (см. раздел "Ручная настройка,
основанная на правилах") или на итерационных алгоритмах поиска минимума
критериальной функции. Наиболее распространен поиск оптимальных параметров с
помощью градиентного метода поиска. Для этого находят производные от
критериальной функции по параметрам ПИД-регулятора, которые являются
компонентами вектора градиента. Далее производится изменение параметров в
соответствии с направлением градиента. Важно подчеркнуть, что несмотря на наличие
"автоматической" подстройки, контроллер может не дать требуемого качества
регулирования по причинам, не зависящим от качества заложенных в него алгоритмов.
Например, объект управления может быть плохо спроектирован (зависимые контуры
456
регулирования, большая задержка, высокий порядок объекта); объект может быть нелинейным; датчики могут быть расположены не в том месте, где нужно и иметь плохой контакт с объектом, уровень помех в канале измерения может быть недопустимо большим; разрешающая способность датчика может быть недостаточно высокой; источник входного воздействия на объект может иметь слишком большую инерционность или гистерезис; могут быть также ошибки в монтаже системы, плохое заземление, обрывы проводников и т. д. Поэтому прежде чем начинать автоматическую настройку, необходимо убедиться в отсутствии перечисленных проблем. Например, если вследствие износа механической системы появился непредусмотренный проектом гистерезис и поэтому система находится в режиме колебаний, подстройка регулятора может не дать желаемого результата, пока не устранена причина проблемы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
eLibrary.ru
