Внутренний радар #8
Самонастраивающаяся (самоадаптирующаяся) архитектура
Самонастраивающиеся системы обычно состоят из четырех компонентов: ожидания, измерения, анализа и действий.
Ожидания описывают, как система должна вести себя в экзогенных условиях. Измерения собирают данные об условиях и поведении. Анализ помогает определить, оправдываются ли ожидания и какие последующие действия следует выполнить. Обычными действиями являются сбор дополнительных данных и выполнение динамической реконфигурации системы.
Самонастраивающиеся (самоадаптирующиеся) системы автоматического управления — это системы, в которых адаптация к произвольно меняющимся условиям осуществляется путем автоматического изменения параметров или путем автоматического определения их оптимальной конфигурации. В любой несамонастраивающейся системе автоматического управления есть параметры, влияющие на устойчивость системы и качество управления и поддающиеся настройке. Если эти параметры остаются постоянными, а условия эксплуатации (например, входные сигналы или различные характеристики управляемых объектов) существенно изменяются, управление может ухудшиться или даже стать нестабильным. Ручная настройка часто обременительна, а иногда и невозможна. В таких случаях использование самонастраивающихся систем не только технически и экономически целесообразно, но и может быть единственным средством надежного управления. Самонастраивающиеся системы могут быть с определением параметров или без них.
В системах с определением параметров требуемый уровень качества управления достигается автоматическим поиском оптимального (в некотором смысле) набора значений параметров. Качество управления описывается обобщенной характеристикой, которая обычно является сложной и не до конца известной или устойчивой функцией первичных параметров. Эта характеристика либо измеряется напрямую, либо вычисляется на основе значений первичных параметров. Затем параметры предварительно варьируются. Анализ колебаний характеристики качества управления, вызванных варьированием параметров, позволяет выяснить, имеют ли параметры оптимальные значения, т. е. обеспечивают ли эти значения экстремальными (минимальными или максимальными) значениями характеристики качества управления. Если характеристические значения отклоняются от экстремума, параметры необходимо варьировать до тех пор, пока не будут найдены оптимальные значения. Самонастраивающиеся системы с определением параметров могут надежно работать в средах, характеризующихся широкими вариациями экзогенных условий.
На практике системы с определением параметров требуют значительного времени для поиска оптимальной настройки, т. е. время, необходимое для самонастройки в таких системах, ограничено снизу. Самонастраивающиеся системы без определения параметров лишены этого недостатка. В таких системах используется некоторая характеристика качества управления (например, первая производная по времени от контролируемого параметра). Автоматическая настройка гарантирует, что эта характеристика находится в заданных пределах. Существуют различные системы самонастройки без определения параметров, основанные на управлении переходными процессами, частотными характеристиками и т. д. Все они являются примерами замкнутых систем самонастройки, в которых параметры автоматически корректируются каждый раз, когда значение характеристики качества выходит за пределы допустимого диапазона. допустимые пределы. Напротив, самонастраивающиеся системы с разомкнутой цепью представляют собой системы с параметрической компенсацией, в которых сам входной сигнал контролируется, а параметры системы изменяются в соответствии с заданной процедурой. Этот тип самонастройки может быть близок к мгновенному. Однако для реализации такой самонастройки необходимо контролировать среду, в которой работает система, и требуется достаточно хорошее понимание того, как среда влияет на управляемую систему.
На практике самонастройка осуществляется за счет использования специализированных аппаратных или адаптивных программных алгоритмов. Предоставление программному обеспечению возможности самонастройки (адаптации):
- Облегчает управление критическими процессами систем;
- Подходит к оптимальным режимам работы;
- Способствует унификации конструкции систем управления;
- Сокращает время тестирования и настройки системы;
- Снижает критичность технологических требований к системам управления за счет повышения надежности систем;
- Экономит время персонала на настройку системы.
