ГЛАВА 12

КОМПЛЕКС ПРОГРАММ АНАЛИЗА

И ОПТИМИЗАЦИИ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Описан комплекс программ, позволяющий непосредственно по математической модели в виде структурной схемы производить различные виды анализа и параметрическую оптимдаацию систем автоматического управления. В комплексе реализованы алгоритмы, изложенные в данной вниге.

12.1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ КОМПЛЕКСА

В последнее время наряду с отдельными подпрограммами стали разрабатывать и применять программные комплексы, имеющие развитые средства общения проектировщика с ЭВМ и позволяющие решать широкий круг задач исследования и проектирования автоматических систем [7, 27, 72, 88].

Анализ существующих разработок позволяет сформулировать основные требования, которым должны удовлетворять такие ко.мплексы программ:

иметь простой и удобный входной язык, позволяющий проектировщику понятными ему символами описывать модель исследуемой системы, вносить в нее изменения и составлять задания на ее расчет и оптимизацию;

иметь обширную библиотеку типовых функциональных блоков, содержащую различные входные воздействия, передаточные функции, нелинейные зависимости и другие элементы, используемые при описании систем управления;

предоставлять широкие возможности по выполнению самых различных исследований автоматических систем (моделирование, частотный и статистический анализ, анализ чувствительности, оптимизация и т. д.);

использовать эффективные численные методы, позволяющие с высокой точностью и за приемлемое время рассчитывать сложные системы;

иметь модульную структуру и допускать замену модулей и включение новых модулей, позволяющих производить виды исследований, не предусмотренные при первоначальной разработке;

обеспечивать вывод результатов в удобном для проектировщика виде (таблицы, графики, фазовые траектории и т. д.), выдачу диагностических сообщений об ошибках, а также возможность работы как в пакетном, так и в диалоговом режиме.

При разработке программ комплекса желательно использовать основные идеи структурного программирования ,[31, 84].

С учетом изложенных требований и был разработан предлагаемый комплекс программ анализа и оптимизации автоматических систем. Комплекс позволяет непосредственно по структурной схеме исследуемой системы производить частотный и статистический анализ, рассчитывать функции чувствительности, выполнять моделирование и параметрическую оптимизацию. 276

в состав программного комплекса вошли три пакета прикладных программ: пакет анализа и параметрического синтеза линейных систем (ПАЛС), моделирования и оптимизации динамических систем (МОДС) [49] и графических подпрограмм. Все программы комплекса написаны на языке Фортран и отлажены в операционной системе ОС ЕС. Часть программ комплекса приведена в книге. Использование средств машинной графики позволило организовать оперативный диалог между проектировщиком и ЭВМ с помощью графического дисплея ЕС7064.

12.2. ВХОДНОЙ ЯЗЫК КОМПЛЕКСА

Исследуемая автоматическая система должна быть описана на входном языке. Для этого ее следует представить в виде структурной схемы, состоящей из типовых функциональных блоков, набор которых приведен в табл. 12.1. Библиотека типовых блоков содержит линейные и нелинейные функции, логические и импульсные элементы, генераторы случайных процессов, формирователи критериев качества. Проектировщик может дополнять библиотеку своими блоками, описанными на языке Фортран.

Каждому блоку структурной схемы присваивается свой номер - произвольное целое положительное число, за исключением 101 и 102. Номерам 101 и 102 соответствуют сигналы 1 (/) и t. Действующие в схеме сигналы определяются номерами блоков, которые их вырабатывают. Входные воздействия формируются с помощью типовых блоков.

Исследуемая система описывается в виде таблицы. Каждая строка таблицы, в которой указываются номер и тип блока, номера входных сигналов, параметры, описывает один блок структурной схемы. Тип блока, количество входов и параметров определяются из табл. 12.1. Номер входного сигнала - номер блока, выходной сигнал которого поступает на данный вход, может быть отрицательным числом, в этом случае выходной сигнал соответствующего блока берется с обратным знаком. Порядок описания блоков может быть произвольным.

В качестве примера рассмотрим структурную схему на рис. 12.1. Ее описание на входном языке представлено в табл. 12.2. Здесь лринято u{t)=2sm0,bt, Ki=\, /2=0.

1+0,51,

1+0,05/!+0,ffB25p

y(t)

Название блока

Передаточная функция

Интегратор

Усилитель Весовой сумматор

Сумматор

Полином

Экспонента

Логарифм

Синус

Арктангенс

Ступенька

Квантование

Кусочио-линейная функция

1 2 3 3 1 1 1 I

2 3 О 3 3 3 3 3

С1 + С2Р

«1

«1

Се + С7Р + СвР" + С9Р + ClftP Cl + CiP + Сзр« + срЗ + с-р*

I Mid/ -t- Cl о t

I/ = I (ClUi -[- CjUj -f Сз«з) d/ -j- C4

y = CiUi

y=ClUi+C2U2

y = CiU,+C2U2 + C3U3

y=Ui+U2+U3

y = CiUi + C2Uh + CMi y = Ci In {C2UI+C3)

y=ci sin (C2U1-I-C3) t/=ci arctg (С2"1 + Сз)

«1