2.1.3. Задача оптимального управления и критерии качества

В общем случае задача управления имеет бесконечное число решении, т. е. существует бесконечное число допустимых управлений, переводящих объект из начального состояния в конечное в соответствии со всеми введенными ограничениями. В этом смысле все управления, реализующие цель управления, являются равноценными. Однако к системе управления, как правило, предъявляется ряд требований, характеризующих успешность продвижения по пути к цели управления.

Чтобы судить о степени соответствия системы предъявляемым к ней требованиям, вводят в рассмотрение числовые показатели, отражающие качественную сторону процесса движения к цели управления и формирующие понятия качества управления.

Формально качество управления можно описать или в форме совокупности показателей качества (значения перерегулирования, время регулирования, установившиеся ошибки при типовых воздействиях и т. п.), или в форме некоторого обобщенного показателя, определяемого всеми процессами Y(t), U(t), F(t), X(t) [5, 6].

Качество существенно зависит от конкретного вида управления U(t). При каждом управлении, на котором достигается цель управления, показатель качества будет принимать определенное значение. Следует выбирать такие управления, при которых качество будет обеспечено в соответствии с существующими требованиями.

При первом подходе качество управления оценивается совокупностью показателей, представляющих по существу параметры реакции системы на некоторое детерминированное входное воздействие, и свойственно раннему этапу развития теории управления, хотя используется и в настоящее время. Выбор рационального управления в этом случае подменяется выбором структуры и параметров входящей в управляющее устройство корректирующей цепи, которая обеспечивает показатели качества, не худшие относительно их заданных значений.

При втором подходе качество управления описывается некоторым обобщенным показателем, представляющим собой меру эффективности достижения цели управления средствами конкретного управления U(t). Обобщенный показатель качества – числовая характеристика, в общем случае зависящая от U(t), Y(t), F(t), X(t), так что конкретным закону управления U(t) и процессам F(t), X(t) соответствует определенное значение показателя качества.

Обобщенный показатель качества в каждой технической задаче назначается самостоятельно. Качество может содержать различный физический смысл иотражать в зависимости от назначения объекта такие свойства системы управления, как, например, энергетические затраты на управление, точность поддержания заданного режима работы объекта управления, производительность и качество выпускаемой продукции, затраты сырья или электроэнергии и т. д.

Наиболее часто обобщенный показатель качества представляется функционалом, и его можно описать в форме интегрального соотношения

(8)

где функция Gопределяет конкретный физический смысл показателя качества. Введение показателя (8) позволяет сформулировать задачу оптимального управления.

Задача оптимального управления заключается в следующем: в области допустимых управлений Ω(U) следует найти такое допустимое управление U(t), на котором показатель качества (8) при заданных F(t), X(t)) достигает экстремального значения

(9)

а объект управления переводится из начального состояния Y(t₀) в конечное, оставаясь в области допустимых состояний (7) при всех.

Условие (9) в этом случае называют критерием onтимальности(термин применяют и к самому показателю J); управление, удовлетворяющее условиям, задачи, называют оптимальным; решение уравнения объекта управления, соответствующее оптимальному управлению и удовлетворяющее цели управления, называют оптимальной траекторией движения ОУ; систему управления, которая с позиций критерия (9) оказывается наилучшей среди всех других систем, называют оптимальной.

78.1 (другая реализация) Организация микроЭВМ на базе микропрограммируемого микропроцессорного комплекта, типовые циклы функционирования.

Организация микроЭВМ на базе программируемого микропроцессорного комплекта. Типовые циклы функционирования.

Программируемые м/процессорные комплекты. Осн. отличие данного типа комплектов сост. в том, ЦП реализуется в 1­–нокристалльном исполнении с жёсткой системой команд. Т.е. для него характерно отсутс-е наращиваемости по разрядности, неизменяемая система команд и ограниченное кол-во типовых структур м/проц-ных систем на его базе (обычно фирмой-изготовителем рекомендуется неск-ко типовых структур).

К достоинствам программир. комплектов следует отнести

0. меньшие габариты плат из-за более высокой интеграции осн. блоков;

1. упрощённая система проектир-я (отсутс-ет уровень разработки м/прог-мной части, т.к. МПА зашивается жёстко на кристалле процессора, хотя имеются варианты [редко] одно- или многократной смены содержимого управляющей памяти);

2. упрощается система отображения алг-ма на командномур-не;

3. упрощаются средства автоматизации проектирования (невелико число типовых структур).

Классич. представителем данного типа МПК явл-сяК580.

В наст.время в комплект вкл-ся десятки м/схем самого различного назнач-я. Типовой состав вкл-ет в себя :

1. Микропроцессор;

2. Шинные формирователи магистрали и буферные рег-ры;

3. Генератор синхроимульсов;

4. Послед-ные и ||-ные адаптеры;

5. Контроллеры прер-й, ПДП, таймеры, контроллеры DRAM;

6. Электрически и прог-мно совместимые БИС, ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ;

7. Контроллеры разнообразных внеш. уст-в :

• клавиатуры,

• дисплея на ЭЛТ,

• НГМД,

• НГЖД

и т.д.

8. Контроллеры исполнит-ных мех-мов управляющих систем;

9. Контроллеры датчиков управляющих систем.

Типовая структура микроЭВМ на базе программируемого комплекта.

МикроЭВМ могут организовываться по магистральному, радиальному и смешанному принципу подключения.

1. Магистральный принцип характеризуется наличием общих систем обмена в режиме раздел-я времени (магистралей).

В каждый конкретный момент времени только 1 из блоковмож. б. источником, хотя приёмниками мог.б. неск-ко.

Если есть необход-ть в ряде передач, то они идут 1 за 1 (в режраздел-я времени).

Достоинства: простота проектир-я и простота топологии платы.

Недостатки:сниж-е быстродейс-я из-за режима раздел-я времени.

2. Радиальноеподключ-е.

Ф-циональные блоки имеют между собой связи по числу и по типам осущ-ляемых передач. Это позвол вести одноврем. неск-ко передач, но ухудшается технологич-тьизготовл-я и проектир-я системы.

Компромиссом явл-сясмешанный подход, объединяющий первые 2 типа.

В микроЭВМ преобладающим явл-ся магистральный тип связи, но имеется и радиальный тип (радиальные входы запроса прерыв-я, радиальные каналы обмена с внеш. уст-вами и т.д.).

<...>

В системе возможны как режимы прог-мной обработки, так и режпрер-й и ПДП.

Типовой командный цикл программной обработки.

ЦП реализует неск-ко машинных циклов, в к-рыхвыставл. на ШАдр адрес очередного байтакоманды, считывает из памяти и принимает по ШДан эти байты во внутр. рег-ры и исполняет команды либо внутри, либо обращ-ся к памяти за данными или для размещ-я рез-тов (в адресном прост-ве памяти), либо обращ-ся к портам вв/выв для выдачи или приёма данных.

В режиме прерывания необходимо прог-мно установить режима INTE, после чего ЦП будет реагир-ть на запрос по радиальному входу INT.После того, как ЦП воспринялзапрос, в опред-ном машинном цикле с СК будет выходить сигнал подтвержд-я прер-я INTA, в ответ на к-рыйвнеш уст-ва или контроллеры долж.выставить на магистраль вектор команды RST (1 байт), либо 3 байта команды CALL, что вызовет переход к прерывающейпрог-ме.

В режиме ПДП процессор в каж. цикле анализирует сост-е входа HOLD (запрос захвата шины). Если таковой имеется, после заврш-я цикла процессор выставляет сигнал HLDA (подтвержд-е захвата) и вход в реж. динамич. ожид-я, отключаясь от магистралей данных и адреса.

Контроллер внеш уст-ва, требовавший ПДП, совместно со специализир-ным контроллером ПДП подкл-ся к магистралям и управляют системой в реж. ПДП.