СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Компьютерный анализ систем управления

В процессе проектирования, еще до создания реального образца системы управления, для исследования различных ее характеристик может быть использована компьютерная мо­дель, основанная на математическом описании системы. При имитационном моделиро­вании модель ставится в те же условия и подвергается тем же внешним воздействиям, при которых будет работать реальная система.

В распоряжении инженера имеются различные уровни достижимой точности моде­лирования. На первых этапах синтеза весьма эффективным являются интерактивные при­кладные пакеты САПР. При этом не так важно быстродействие компьютера, как то, ско­лько времени потребуется инженеру для получения начального решения и доведения его
итеративным путем до окончательного проекта. Решающее значение здесь имеют качест­венные графические средства. В данном случае моделирование характеризуется невысо­кой точностью, т. к. при построении модели обычно делаются различные допущения и упрощения (например, линеаризация). В данной книге в качестве программного средства моделирования мы используем MATLAB, хотя существуют и с успехом могут применя­ться и другие похожие пакеты прикладных программ.

По мере совершенствования процедур синтеза возникает потребность в проведении числовых экспериментов в условиях, наиболее приближенных к реальности. Например, если вы проектировали систему управления положением космического аппарата, предпо­лагая, что аэродинамическое сопротивление отсутствует, то было бы чрезвычайно полез­но учесть этот эффект на заключительной стадии моделирования. В результате вы сможе­те получить количественные оценки поведения космического аппарата, находящегося на орбите. В данном случае быстродействие компьютера приобретает особую важность, т. к. чем продолжительнее время моделирования, тем меньше можно провести компьютерных экспериментов и тем, соответственно, больше будут затраты. Обычно подобное модели­рование высокой точности связано с программированием на языках Фортран, С, C++, Ада или им подобных.

Следует отметить основные преимущества компьютерного моделирования:

1. Поведение системы можно пронаблюдать при самых разных условиях.

2. Путем исследования модели можно предсказать, как поведет себя реальная система при натурных испытаниях.

3. По данным испытаний можно сделать некоторые умозаключения относительно си­стем, которые еще предстоит синтезировать.

4. Всесторонние испытания системы можно выполнить за сравнительно короткий промежуток времени.

5. Результаты моделирования можно получить с гораздо меньшими затратами, чем при натурном эксперименте.

6. Можно изучить поведение системы в таких гипотетических условиях, которые в на­стоящее время вряд ли могут реально иметь место.

7. Компьютерное моделирование часто является единственным или безопасным мето­дом анализа поведения системы.

Анализ и синтез системы управления осуществляется более эффективно, если этот процесс сопровождается имитационным моделированием, как показано на рис. 2.34.

Рис. 2.34

Анализ и синтез с использованием модели системы