Content

Автоматическая оптимизация реальных систем.. 1

Структуры оптимизации параметров. 1

Виртуальная часть предлагаемой структуры оптимизации. 2

Автоматическая оптимизация реальных систем

ВВЕДЕНИЕ

На базе MATLAB Simulink разработана структура для автоматической оптимизации реальных систем, находящихся под рабочей нагрузкой. В виртуальную среду Simulink переносятся только оптимизируемые параметры реальной системы, например, параметры ПИД регулятора. Связь виртуальной среды с остальной частью реальной системы обеспечивается через СОМ порт. Такая структура устраняет ошибки, связанные с неадекватностью моделей, и позволяет полностью применять мощный математический аппарат интегрированной среды MATLAB.

Структуры оптимизации параметров

Разработка регуляторов и оптимизация их параметров может выполняться на уровне

·         контроллеров реальных систем управления (Рисунок 1),

·         моделей систем управления (Рисунок 2)

·         реальной системы с моделью регулятора (Рисунок 3)

Рисунок 1. Контур системы управления.

Рисунок 2. Модель системы управления.

Рисунок 3. Модель регулятора в структуре реальной системы управления.

Из рассматриваемых трех вариантов разработка и оптимизация на уровне контроллеров (Рисунок 1), затруднена ограниченными специализированными ресурсами для разработки и отличается максимальными затратами.

Минимизацию затрат обеспечивает разработка систем управления с применением моделирования (Рисунок 2). Для этих целей имеется множество специализированных программ с мощными математическими средствами. Недостатком этого варианта является возможное отклонение параметров модели (неадекватность модели) от параметров реальных систем, что приводит к ухудшению результатов оптимизации.

В варианте (Рисунок 3), параметры, например ПИД регулятора, оптимизируются в виртуальной среде при неизменных рабочих параметрах объекта. Ошибка, связанная с “неадекватностью” модели полностью исключена, при этом минимальные затраты увеличиваются только на построение стандартными средствами канала связи контроллера с моделью регулятора. 

Виртуальная часть предлагаемой структуры оптимизации

Пример структуры оптимизации 4-х параметров ПИД регулятора реальной системы, вынесенных в виртуальную среду, показан на Рисунок 4. Среда состоит из Simulink блоков и включает

·         формирователь заданного (ступенчатого) воздействия

·         вычислитель сигнала рассогласования

·         дискретный ПИД регулятор с ограничением выходного сигнала

·         канал передачи сигнала ПИД регулятора в СОМ порт.

·         канал приема сигнала обратной связи по положению из СОМ порта

·         средства оптимизации и отображения переменных.

Связь виртуальной среды (Рисунок 4) с реальной системой осуществляется по байтам через СОМ порт на скорости 115200 бит/с.

Рисунок 4. Структура виртуальной части.

Критерии оптимизации и диапазоны изменения параметров задаются в блоках раздела библиотеки Simulink à Simulink Design Optimization. В представленном варианте (Рисунок 4) параметры регулятора настраиваются на обеспечение требуемой реакции реальной системы на ступенчатое воздействие.

Текущие значения 4-х оптимизируемых параметров дискретного регулятора отображаются в реальном времени (зеленые блоки). Заданное значение, реакция реальной системы и реальное воздействие (выход регулятора) накапливаются и отображаются на графопостроителе (малиновый блок).

Такты реального времени задает реальный контроллер. Он также обеспечивает связь реальной и виртуальной частей: принимает выходной сигнал виртуального регулятора и передает Simulink показания реального датчика, измеряющего реакцию системы.

Рисунок 5. Примеры отображения в Simulink заданного значения (желтая линия), реакции реальной системы (синяя линия) и выхода регулятора (красная линия).

После оптимизации полученные в Simulink параметра регулятора прописываются в контроллере. Реальная система управления готова к самостоятельной работе.

В случае изменения параметров системы, приводящих к ухудшению ее работы, необходимо в той же совместной среде повторить оптимизацию.