Классификация направлений развития методов синтеза САУ

Современная теория синтеза регуляторов для многомерных непрерывных технологических объектов, содержащих в своей модели звенья запаздывания и нелинейные звенья, развивается в нескольких важнейших направлениях. Среди методик решения этих задач условно можно выделить следующие:

• • аналитические (математические) методы исследования объектов и систем и синтеза регуляторов;
• • табличные методы настройки;
• • эмпирическая настройка реального регулятора;
• • математическое моделирование для исследования свойств объекта и системы с регулятором, найденным тем или иным путем;
• • численные методы оптимизации замкнутого контура с моделью или с реальным объектом на основе встроенных подпрограмм в современных программных пакетах для моделирования и математических вычислений, в том числе численные методы, реализуемые специальными устройствами, предназначенными в качестве «интеллектуальных регуляторов».

Аналитические методы для задач управления многомерными объектами, содержащими существенные нелинейности, запаздывания и звенья высокого порядка, как правило, оказываются недостаточными.

Табличные методы (метод Циглера — Николъсона, метод Коэна — Куна и аналогичные) предполагают по характеристикам переходного процесса с помощью некоторых эмпирически выведенных соотношений вычисление коэффициентов регулятора. Эти методы, как правило, опираются на предположение о том, что модель объекта соответствует фильтру первого порядка с элементом чистого запаздывания. Поскольку эта гипотеза в большинстве случаев несостоятельна, указанные табличные методы работают лишь в исключительных случаях, но и при этом они далеки от оптимальных. В некоторых случаях табличные методы приводят к получению неустойчивых систем, в других случаях они дают излишне большое перерегулирование, случаи получения с их помощью систем с хорошим качеством редки, но данные методы в литературе цитируются до сих пор довольно широко. Критика этих методов дана в статье [57] и в учебном пособии [58].

Эмпирическая настройка применяется на практике довольно часто, но получаемые при этом результаты далеки от оптимальных, что и требует развития более обоснованных методов.

Численная оптимизация является наиболее эффективным методом настройки регуляторов, если модель объекта известна с достаточной точностью и стационарна. При этом используется математическое (имитационное) моделирование работы системы, содержащей объект и регулятор.

Встречаются также статьи со ссылками на некоторые другие методы, суть которых не раскрывается. Это происходит по одной из двух причин: либо алгоритмы, реализуемые в специализированных устройствах, составляют ноу-хау разработчика и поэтому не публикуются, либо авторам статей эти алгоритмы неизвестны, поскольку они сами являются лишь пользователями покупных регуляторов или систем. Такие алгоритмы можно сопоставлять с другими алгоритмами лишь по достигаемым результатам, но не по обоснованности теоретических положений, методов и методик. Статьи с описанием только результатов без раскрытия методов их получения не представляют научной ценности.

Поэтому наиболее перспективно развитие численных методов оптимизации замкнутого контура с моделью или с реальным объектом на основе встроенных подпрограмм в современных программных пакетах для моделирования и математических вычислений. Это развитие требует теоретического обоснования методов и методик, а также разработки алгоритмов и средств их практической реализации.

Отправной посылкой для разработки таких методов может служить анализ результатов исследования систем, получаемых с регуляторами, синтезированными известными аналитическими методами для упрощенных примеров.