В системах автоматизированного проектирования (САПР) о при­менением электронных вычислительных машин одним из важней­ших этапов является первичная стадия проектирования. На пер­вичной стадии закладывается основной фундамент инженерного решения задачи, а именно осуществляется поиск оптимальных структур, характеристик и законов управлення проектируемой АСУ ЭП, т. е. происходит ее синтез. От правильности решения этой задачи в значительной степени зависит успех работы проектиров­щика, так как именно иа первичной стадии проектирования чаще всего принимаются ошибочные решения, влияющие на последующие этапы проектирования, изготовления, наладки и эксплуатации изделия.

В настоящее время развитие теории и практики построения АСУ ЭП привели к тому, что большинство их представляет собой нелинейные динамические системы. Лишь ограниченный класс АСУ ЭП при вполне определенных режимах может быть приведен к лннейиым системам и рассчитываться или исследоваться мето - дамн линейной теории регулирования.

Вместе с тем развитие теорий и методов синтеза, и особенно синтеза нелинейных систем управления, в значительной мере от­стает от практики. Еще более отстает от потребностей практики развитие методов синтеза систем управления с применением АВМ и ЦВМ. В настоящее время имеется ряд разработок, дающих воз­можность решать лишь ограниченный круг частных задач синтеза АСУ.

'Это объясняется тем, что задача еинтеза АСУ как по своей постановке, так и по решению принципиально многозначна: в про­цессе синтеза неизбежно приходится решать вариационные поиско­вые задачи и из всех возможных решений выбирать наиболее опти­мальное, простое и физически реализуемое. Последнее достигается, с одной стороны, заданием части структуры, численных значений параметров и характеристик отдельных звеньев системы на основе техг нли иных инженерных соображений, с другой стороны, — наложением некоторых условий на поведение системы (например, ограничение координат системы, ограничение управляющих воз­действий) и, наконец, последовательным направлением вариацион­ным поиском оптимального решения уже в локальной сфере воз­можных вариаций (локальное пространство состояния).

Наиболее общий и полный характер иосят разработки методов синтеза нелинейных АСУ с применением ЭВМ, выполненные иа ка­федре электропривода ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина). В ос­нову этнх разработок положена инверсия алгоритма численного

.тоЯа последовательного типа, достаточно подробно рассмотрен­ного В § 10-6 И 10-7.

Алгоритм метода синтеза основан на последовательном, поэле­ментном синтезе системы от выхода к ее входу, причем за элемен­тарные звенья системы принимаются звенья, движение которых описывается уравнениями состояния (уравнения первого порядка в нормальной форме Коши) вида (10 23). Этот метод ие имеет огра­ничений как по числу, так и по виду нелинейностей, а уровень развития современной вычислительной техники позволяет произ­водить расчеты АСУ без ограничений по точности расчета, по по­рядку дифференциальных уравнений и числу нелинейностей.

В соответствии с рассматриваемым алгоритмом синтез осуще­ствляется по заданной целевой функции на выходе системы, кото­рой (в частности, для электромеханических систем — электриче­ского привода) может быть желаемая динамическая характеристика, показатели качества динамических характеристик (проекции мно­гомерной фазовой траектории системы [4]) или заданный критерий оптимальности.

Поскольку алгоритм синтеза предусматриваэт широкое исполь­зование проекций многомерной фазовой траектории [4] и реальных статических характеристик звеньев и связей системы 13; 4; 5], то при машинном проектировании весьма удобным оказывается выведение на экран осциллографа (при использовании АВМ) или дисплея (при использовании ЦВМ) соответствующих графиков, что облегчает решение вариационных поисковых задач в диалого­вой системе «человек—ЭВМ».

Синтез управляющих устройств систем электроприводов может осуществляться при заданной «ли искомой структуре управляющего устройства, при заданной или искомой функции управления на входе системы. Во всех случаях исходным для синтеза управляю­щего устройства является закон управления объектом, определяе­мый на базе исходного задания на проектирование (целевой функ­ции) и известной структуры объекта упомянутым выше методом поэлементного синтеза.

При известной (заданной) структуре управляющего устройства электропривода осуществляется параметрический или параметр и - ческн-функциональный синтез, причем, даже в этом простейшем случае, требование оптимизации приводит к неизбежному решению вариационных поисковых задач. При искомой структуре управ­ляющего устройства осуществляется структурно-параметр и чес кий илн структурно-параметрический и функциональный синтез, т. е. в процессе синтеза для каждого элементарного звена определяется число, вид и место включения управляющих связей, общая струк- ’’Ура звена, характеристики и численные значення параметров, ® также функция управления звеном, являющаяся исходной для интеза последующего (по ходу синтеза) элементарного звена.

1 известиом входном управляющем воздействии на систему здача синтеза может решаться ходом «справа» (от выхода к входу

системы) и «слева» (от входа к выходу системы), что особенно удобно npto решении задач идентификации, синтезе компенсационных регу - ляторов или промежуточных звеньев системы.

Численные значения параметров звеньев и связей определяются на базе простейших соотношений, связывающих параметры с видом и положением характеристик, а также инерционными коэффициент тами передачи звеньев, задаваемыми заранее или определяемыми в процессе синтеза. Эта операция осуществляется расчетчиком или автоматизируется, причем без особых затруднений.

Рассматриваемый алгоритм позволяет создать микропрограммы (модули) для решения разных типовых задач при различной их постановке, что даст возможность организовать общую программу синтеза по модульному принципу.

Заметим, что синтез АСУ наиболее эффективен в диалоговом режиме использования ЭВМ, т. е. в таком режиме, когда оператор, получив от ЭВМ промежуточную информацию, анализирует ее и иа основании результатов анализа корректирует или направляет дальнейшую деятельность ЭВМ Как указывалось выше, этот ре­жим наиболее удобно осуществлять при использовании экранов электронных осциллографов (для АВМ) или дисплеев (для ЦВМ).

Опыт решения различных задач синтеза показывает, что с ис­пользованием АВМ и упомянутого выше алгоритма могут решаться различные задачи синтеза линейных и нелинейных структур. Од­нако, с точки зрения точности решения и трудоемкости его, при­менение АВМ для решения задач синтеза сложных структур в си­стемах высокого порядка является малоэффективным. Более эф­фективно в этом отношении применение ЦВМ.

В соответствии с этими соображениями, а также ввиду ограни - ченностн объема излагаемого раздела в настоящей книге рас­сматривается синтез АСУ ЭП только применительно к использо­ванию ЦВМ.