Självjusterande

I kontrollteorin är ett självjusterande system kapabelt att optimera sina egna interna löpparametrar för att maximera eller minimera uppfyllandet av en objektiv funktion ; typiskt maximering av effektivitet eller felminimering .

Självinställning och autoinställning hänvisar ofta till samma koncept. Många programvaruforskningsgrupper överväger att automatiskt ställa in rätt nomenklatur.

Självinställande system uppvisar vanligtvis icke-linjär adaptiv kontroll . Självjusterande system har varit ett kännetecken för flygindustrin i decennier, eftersom denna typ av feedback är nödvändig för att generera optimal multivariabel kontroll för icke-linjära processer. Inom telekommunikationsindustrin adaptiv kommunikation ofta för att dynamiskt modifiera operativa systemparametrar för att maximera effektivitet och robusthet.

Exempel

Exempel på självjusterande system inom datoranvändning inkluderar:

TCP (Transmission Control Protocol)
Microsoft SQL Server (endast nyare implementeringar)
FFTW (snabbaste Fourier Transform i väst)
ATLAS ( Automatic Tuned Linear Algebra Software )
libtune (Tunables-biblioteket för Linux )
PhiPAC (Self Tuning Linear Algebra Software for RISC )
MILEPOST GCC (Machine learning based self-tuning compiler)

Prestandafördelarna kan vara betydande. Professor Jack Dongarra , en amerikansk datavetare, hävdar att självjustering ökar prestandan, ofta i storleksordningen 300 %.

Digitala självinställningskontroller är ett exempel på självinställningssystem på hårdvarunivå.

Arkitektur

Självjusterande system består vanligtvis av fyra komponenter: förväntningar, mätning, analys och åtgärder. Förväntningarna beskriver hur systemet ska bete sig givet exogena förhållanden.

Mätningar samlar in data om förhållandena och beteendet. Analys hjälper till att avgöra om förväntningarna uppfylls och vilka efterföljande åtgärder som bör utföras. Vanliga åtgärder är att samla in mer data och utföra dynamisk omkonfigurering av systemet.

Självinställande (självanpassande) system för automatisk styrning är system där anpassning till slumpmässigt föränderliga förhållanden utförs med hjälp av automatiskt ändrade parametrar eller genom att automatiskt bestämma deras optimala konfiguration. I alla icke-självinställande automatiska styrsystem finns parametrar som påverkar systemets stabilitet och styrkvalitet och som kan justeras. Om dessa parametrar förblir konstanta medan driftsförhållandena (såsom ingångssignaler eller olika egenskaper hos kontrollerade objekt) varierar väsentligt, kan styrningen försämras eller till och med bli instabil. Manuell inställning är ofta besvärlig och ibland omöjlig. I sådana fall är det inte bara tekniskt och ekonomiskt lönsamt att använda självjusterande system, utan det kan vara det enda sättet för robust kontroll. Självjusterande system kan vara med eller utan parameterbestämning.

I system med parameterbestämning uppnås den erforderliga nivån av kontrollkvalitet genom att automatiskt söka efter en optimal (i någon mening) uppsättning parametervärden. Kontrollkvalitet beskrivs av en generaliserad egenskap som vanligtvis är en komplex och inte helt känd eller stabil funktion av de primära parametrarna. Denna egenskap mäts antingen direkt eller beräknas utifrån de primära parametervärdena. Parametrarna varieras sedan preliminärt. En analys av de styrkvalitetskarakteristiska svängningarna som orsakas av att parametrarna varierar gör det möjligt att ta reda på om parametrarna har optimala värden, dvs. om dessa värden ger extrema (minsta eller högsta) värden för kontrollkvalitetsegenskapen. Om de karakteristiska värdena avviker från ett extremum måste parametrarna varieras tills optimala värden hittas. Självjusterande system med parameterbestämning kan på ett tillförlitligt sätt fungera i miljöer som kännetecknas av stora variationer av exogena förhållanden.

I praktiken kräver system med parameterbestämning avsevärd tid för att hitta en optimal avstämning, dvs den tid som krävs för självinställning i sådana system är begränsad underifrån. Självjusterande system utan parameterbestämning har inte denna nackdel. I sådana system används vissa egenskaper för kontrollkvalitet (t.ex. förstagångsderivatan av en kontrollerad parameter). Automatisk inställning ser till att denna egenskap hålls inom givna gränser. Det finns olika självinställningssystem utan parameterbestämning som är baserade på styrning av övergångsprocesser, frekvenskarakteristika etc. Alla dessa är exempel på självinställningssystem med slutna kretsar, där parametrar automatiskt korrigeras varje gång kvalitetskaraktäristikvärdet faller utanför tillåtna gränser. Däremot är självinställningssystem med öppen krets system med parametrisk kompensation, varvid själva insignalen styrs och systemparametrar ändras enligt en specificerad procedur. Denna typ av självinställning kan vara nästan omedelbar. För att förverkliga sådan självinställning behöver man dock kontrollera miljön i vilken systemet fungerar och en tillräckligt god förståelse för hur omgivningen påverkar det kontrollerade systemet krävs.

I praktiken görs självinställning genom användning av specialiserad hårdvara eller adaptiva mjukvarualgoritmer. Ge programvaran möjligheten att självjustera (anpassa):

Underlättar styrning av kritiska systemprocesser;
Närmar sig optimala driftregimer;
Underlättar konstruktionssammanställning av kontrollsystem;
Förkortar ledtiderna för systemtestning och justering;
Minskar kritikaliteten av tekniska krav på styrsystem genom att göra systemen mer robusta;
Sparar personaltid för systeminställning.

Litteratur

externa länkar