3.3. Приспосабливающиеся автоматы

Экстремальный регулятор, только что рассмотренный, имеет одно примечательное свойство: он может приспосабливаться к изменяющимся условиям. Если воздействие среды изменяет параметры технологического процесса и приводит к отклонению от оптимума, регулятор автоматически восстанавливает оптимальный режим работы. Такое управление называется приспосабливающимся (адаптивным).

Адаптивное управление - это вид автоматического управления, при котором управляющее (регулирующее) устройство самостоятельно приспосабливается к непредусмотренным изменениям внешних условий, с учетом заданного критерия качества.

Эта приспосабливаемость обеспечивает и сохранение жизни в природе. Как уже говорилось, мутация (изменение) порождает огромное число различных индивидов, из которых выживают те, которые лучше других умеют приспосабливаться. Биологические виды не представляют собой застывших образований - иначе они были бы обречены на вымирание при изменении среды их обитания или в том случае, если бы лучше приспособленные к жизни существа лишили их источников пищи. Многие виды животных, например, динозавров, мы можем теперь видеть только в музеях.

Это приспосабливание свидетельствует о том, что в природе действуют соответствующие законы развития. Что же касается систем технического регулирования, которые были рассмотрены в предыдущих главах, то они, как правило, неспособны к развитию. Поэтому даже при самой тщательной настройке они не всегда действуют оптимально.

Сначала рассмотрим биологические системы, изначально обладающие способностью к адаптации. Мы уже видели, как с помощью регулирования температура тела поддерживается на постоянном, благоприятном для жизненных процессов уровне (см. рис. 26). На рис. 72 еще раз изображен контур регулирования этого процесса. Первичный регулятор пытается установить температуру тела на оптимальном уровне, управляя теплоотдачей кожи и работой внутренних органов. Но в одиночку он не может справиться с этой задачей. К высокой температуре воздуха организм приспосабливается, выделяя пот и учащая дыхание (этим достигается охлаждение). На сильный холод организм реагирует иначе. Он ускоряет обмен веществ (поэтому в холодную погоду больше хочется есть). Кроме того появляется гусиная кожа - так наши покрытые волосами предки взъерошивали шерсть, чтобы уменьшить теплоотдачу.

Рис. 72. Так регулируется температура человеческого тела: система приспосабливается к изменению внешних условий, подключая то один, то другой регулирующий орган (адаптивное регулирование)

Такое регулирование является адаптивным. В нужный момент оно переключает организм на другой режим и обеспечивает таким образом оптимальную температуру тела. Существует много вариантов создания технических устройств с адаптивным регулированием. Работа над их осуществлением продолжается.

С помощью рис. 73, а и б рассмотрим, как осуществляется адаптивное регулирование. Предположим, что внешнее воздействие (например, изменившееся поведение потребителей) меняет значения параметров объекта регулирования. Соответственно меняется и поведение регулируемой системы: теперь она не может функционировать оптимально и доводить фактическое значение регулируемой величины x до заданного значения w .Чтобы нормализовать процесс управления, необходимы:

1. Идентификация: поведение объекта регулирования постоянно анализируется; измеряются его важнейшие параметры.
2. Принятие решения: в соответствии с целевой функцией принимается решение о том, как можно достичь оптимума в новых условиях.
3. Модификация: в соответствии с этим решением определяются новые значения параметров регулирующего устройства.

На рис. 73, а показано, что этот процесс управления происходит на нескольких уровнях. На 1-м уровне постоянно действует первичное регулирование технологического процесса. На 2-м уровне происходит адаптация: здесь для осуществления коррекции необходимо существенно больше времени. На 3-м уровне управления (например, в органах народнохозяйственного планирования) определяется целевая функция для процесса оптимизации.

Рис. 73. Два различных способа адаптивного регулирования: а - схема с идентификацией и принятием оптимального решения; б - схема с эталонной моделью

На рис. 73, б показан другой способ адаптации: с помощью оптимальной эталонной модели. Для корректировки и модификации здесь используется сигнал рассогласования e(t) - разность между фактическим значением регулируемой величины и значением выходного сигнала оптимальной модели.