УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМА С ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ
(СПС), нелинейная система автоматич. управления, состоящая
из совокупности непрерывных подсистем (наз. структурами) с определённым
правилом перехода в процессе функционирования от одной структуры данной
совокупности к другой. В СПС устройство управления содержит ключевые элементы,
к-рые разрывают или восстанавливают связи между функциональными элементами
системы, изменяя тем самым каналы передачи воздействий и обеспечивая переход
от одной структуры системы к другой (рис. 1). Такой принцип построения
устройства управления существенно расширяет возможности управления вследствие
использования полезных свойств каждой из структур и, кроме того, позволяет
получить новые свойства, не присущие ни одной из них.
Особенности СПС можно пояснить
на примере простейшей системы автоматич. управления (САУ), поведение (движение)
к-рой описывается дифференциальным ур-нием
где х - управляемая
величина, и - управляющее воздействие, t - время. Пусть в
САУ (1) возможна реализация лишь положительной (и = вx, Р
= const > 0) и отрицательной (и = -ах, а = const>0) обратной
связи (а и в - коэфф. передачи цепи обратной связи). При положит. обратной
связи движение САУ описывается
II). Для наглядного представления
поведения (движения) САУ строят её ф а-зовые портреты (см. Фазовой плоскости
метод) для структуры I (рис. 2,а) и структуры II (рис. 2,6).
Задача состоит в том, что
требуется выбрать такое управление и из класса возможных управлений,
при к-ром система обладает асимптотич. устойчивостью. Из анализа фазовых
портретов системы следует, что ни положит., ни отрицат. обратная связь
порознь не решает поставленной задачи. Поэтому в соответствии с методами
СПС реализуют следующее правило изменения структур:
Фазовый портрет такой системы
изображён на рис. 2,в; из анализа портрета сле-
дует, что изображающая точка
из произвольного начального положения попадает на прямую s = 0,
проходящую через начало координат, в окрестности к-рой фазовые траектории
направлены навстречу друг другу и, следовательно, изображающая точка не
может покинуть эту прямую. Траектория 5 = 0 не принадлежит ни одной из
структур (I или II), поэтому, согласно (2), за счёт переключения управления
и
в
системе происходит смена структур теоретически с бесконечной частотой.
Такой режим движения наз. скользящим, а за ур-ние движения принимается
ур-ние прямой 5 = 0:
Все решения ур-ния (3) стремятся
к нулю при t-> оо, т. е. поставленная задача решена. Существенно,
что движение системы в скользящем режиме не зависит от характеристик объекта
управления и коэфф. обратной связи, качество переходного процесса определяется
только выбором параметра с.
Рассмотренный пример показывает,
что посредством сочетания неприемлемых порознь структур и за счёт использования
скользящих режимов можно синтезировать СПС, обладающие рядом положит. свойств,
в частности апериодич. устойчивостью и параметрич. инвариантностью.
С помощью СПС решается широкий круг задач теории управления, напр.
задачи высококачеств. воспроизведения задающего воздействия при инвариантности
к параметрич. и внеш. возмущениям, многосвязного регулирования, оптимизации
и др.
Лит.: Емельянов С.
В., Системы автоматического управления с переменной структурой, М., 1967;
Системы с переменной структурой и их применение в задачах автоматизации
полёта, М., 1968; Теория систем с переменной структурой, М., 1970; Уткин
В. И., Скользящие режимы и их применения в системах с переменной структурой,
М., 1974. Б. 3. Голембо, С. К. Коровин.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я