Автор: Пользователь скрыл имя, 06 Января 2012 в 13:47, курс лекций
Стадии разработки в соответствии со стандартами на проектирование, их основные характеристики
Циклы Кондратьева и технологические уклады
Вариант 2. Ищутся параметры объекта при заданных видах управления , желаемых переменных состояния и выходных переменных (параметрический синтез):
Это преобразование может быть очень разным — в зависимости от объекта, цели управления.
Желательно, чтобы были найдены аналитические выражения, по которым можно было бы рассчитать вектор управляющих воздействий (при функциональном синтезе) или массив параметров (при параметрическом синтезе). Т. е. желательно, чтобы задача синтеза была бы решена аналитически (в виде формул).
К сожалению, это возможно далеко не всегда. Поэтому часто применяют другой подход, связанный с численными расчётами.
Произвольным образом выбирают (или — в зависимости от того, что ищется), затем с их использованием рассчитывают переменные состояния (или — в зависимости от того, что задано) и сравнивают с желаемыми. Если есть расхождения, то анализируют их причины, меняют (или ) и вновь выполняют расчёты (или ) и т. д. Конкретные методы синтеза (а их много разных) при этой процедуре должны обеспечивать такую последовательность изменения задаваемых (или ), чтобы постепенно приближаться к желаемым переменным состояния (или ). Фактически, выполняется целенаправленный перебор возможных решений с постепенным приближением к наилучшему варианту.
Характерно, что расчёты переменных состояния (или выходных переменных ) выполняются в рамках задачи анализа. Таким образом, задача анализа используется как внутренняя задача для задачи синтеза (1), (2).
В
обоих случаях считаются
При функциональном синтезе (управлений) заданы параметры, а внутренняя процедура анализа включает (1):
Надстройкой являются операции:
При параметрическом синтезе заданы управления, а внутренняя процедура анализа включает (2):
Надстройкой являются операции:
Все
методы синтеза различаются
Синтез может быть разделён на разные классы в зависимости от различных классифицирующих признаков. В частности, от того, что синтезируется — значение или функция.
При синтезе значения (управляющего воздействия или параметра) может решаться задача оптимизации или задача обеспечения показателей качества регулирования.
При решении задачи оптимизации целевая функция может быть включена в вектор выходных координат и тогда может быть организован поиск её экстремума.
При решении задачи обеспечения показателей качества регулирования необходимо выбрать эти показатели, выразить их через переменные состояния или выходные переменные. Это могут быть, например: время переходного процесса; перерегулирование; отсутствие колебательности; отклонение от желаемой характеристики и др.
Под синтезом значения можно понимать, например, определение величины напряжения питания двигателя постоянного тока, при котором достигается желаемая скорость. Это могут быть также значения параметров передаточной функции корректирующего устройства.
При синтезе функций используют методы вариационного исчисления и другие методы, в результате которых определяют функции управления .
В
объектах с обратными связями (1 —
Обобщённый структурная схема
объекта с обратной связью) часто решается
задача определения параметров обратных
связей и регуляторов.В этом случае также
определяются значения, хотя через них,
фактически, определяются функции управления.
Модели физические и абстрактные
Модели представляют собой упрощенные представления объектов. Модели могут быть физическими и абстрактными.
Физические модели — копии реальных объектов, изготовленные с отклонением от реальных объектов.
Абстрактные модели — описания объектов в той или иной форме без их изготовления.
В
настоящее время появились
Между абстрактными и физическими моделями существует тесная связь.
Основное назначение физической модели — изучение свойств объекта, которые ещё не имеют точной абстрактной модели, т. е. часто физическая модель является инструментом для создания абстрактной модели. Поскольку объект только проектируется, нет возможности изучать его свойства в ходе натурных экспериментов. Это возможно только, если уже существует какой-то аналог и его характеристики могут служить ориентиром для нового объекта. Поэтому физические модели создаются в ходе проектирования, когда некоторые их характеристики уже известны, но требуется проверить или уточнить их и убедиться, что расчёты соответствуют действительности (так как физическая модель, всё же, ближе к проектируемому объекту, чем абстрактная).
Но физические модели сложно изготовить и испытать — часто для этого требуются специальные условия. Поэтому стремятся как можно больше задач проектирования решать с помощью абстрактных моделей.
Абстрактные модели: вербальные; геометрические; графические; математические.
Вербальные модели представляют собой словесное описание объекта. Вербальные модели всегда присутствуют в текстовых документах в рамках отчётов по соответствующим стадиям проектирования. Особенностью вербальным моделей является то, что с их помощью нельзя выполнять расчёты, но можно объяснить принципы работы объекта, оценить результаты функционирования.
Геометрические модели представляют собой визуальное отображение объекта. Это отображение может быть реалистическим или условным. Реалистическими отображениями (геометрическими моделями) являются детальные чертежи, трёхмерные фигуры и т. п. Условными геометрическими моделями можно назвать модели, отражающие только основные геометрические свойства объекта — например, планы размещения элементов на плате или в корпусе, упрощённое представление формы элементарными фигурами и т. п.
Графические модели представляют собой условное графическое отображение объекта, но не сточки зрения его геометрических соотношений, а с точки зрения логических, информационных, энергетических связей. Примерами графических моделей являются различные схемы — структурные, функциональные, поэлементные. Графические модели являются неотъемлемой частью современной технической документации. Основное их назначение — обеспечить наглядность.
Математические модели предназначены для выполнения расчётов. Они классифицируются в соответствии с разделами математики, язык которых использован при создании модели: алгебраические; дифференциальные; логические; алгоритмические; программные (на языке программирования) и др.
Возможно сочетание различных языков представления моделей и комбинирование для их решение методов из различных разделов математики.
Моделирование детерминированное и стохастическое
Кроме того, модели делят на укрупнённые классы: детерминированные; стохастические (вероятностные).
В детерминированных моделях все параметры и переменные считаются однозначно заданными, а потому и результаты расчётов всегда оказываются однозначно определёнными.
В стохастических моделях некоторые параметры или выходные переменные имеют случайный характер, т. е. могут принимать те или иные значения заранее непредсказуемым образом. Следовательно, и результаты расчётов оказываются случайными.
Модели различаются также по уровню рассмотрения объекта, при этом выделяют модели элементов, подсистем и систем.
Модели элементов являются теми «кирпичиками», из которых строятся модели систем, когда между элементами устанавливаются связи. Модели элементов и модели систем существенно различаются друг от друга.
Во-первых, модели элементов, как правило, не учитывают взаимодействие с другими элементами, т. е. взаимное влияние элементов друг на друга. Модели систем как раз учитывают это взаимное влияние.
Во-вторых, модели элементов вводятся сразу в полном, законченном виде. Модели систем компонуются из моделей элементов и могут быть разными — в зависимости от того, какие модели каких элементов использованы.
В-третьих, модели элементов создаются, как правило, вручную. Модели систем могут создаваться как вручную, так и автоматически.
Модели элементов и подсистем могут обладать свойством однонаправленности, когда сигнал через них (информационный, энергетический) передаётся только от входа к выходу. Это значит, что подключение к входу и выходу такого элемента других элементов не влияет на его характеристики. Примером таких моделей являются модели в форме передаточных функций. В действительности, многие реальные объекты и содержащиеся в них элементы не обладают свойством однонаправленности. Поэтому простое соединение их между собой приводит к изменению их характеристик, что необходимо учитывать при составлении объединённой модели системы.
Модульность в моделировании
Если модель системы используется далее как составная часть более крупной системы, то её считают моделью подсистемы. Здесь важно то, что модель подсистемы превращается в модель «элемента», так как подсистемы с точки зрения более крупной системы являются элементами, между которыми необходимо установить связи. Одно из важнейших свойств системы — эмерджентность, т. е. свойство, когда система обладает характеристиками, не равными простой сумме характеристик входящих в неё элементов. Такой принцип построения систем (и их моделей) называется модульным. Модули, будучи подсистемами, играют роль укрупнённых элементов. Это существенно упрощает создание систем с большим числом элементов, так как на каждом уровне моделирования приходится иметь дело с ограниченным числом элементов (а внутренняя структура элементов не рассматривается).
При
объединении элементов в подсистемы стараются
сделать это так, чтобы избежать влияние
на подсистему других элементов (по входу
и выходу). Это позволяет затем свободно
соединять подсистемы как однонаправленные
элементы. Именно в рамках подсистемы
можно порой обеспечить однонаправленность
модели, несмотря на отсутствие этого
свойства у внутренних элементов. Модульность
(с учётом однонаправленности) позволяет
легко менять отдельные модули, оставляя
остальные неизменными.