автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Операторная методика синтеза квазистационарных линейных систем на основе принципа локализации

ЖВОЖПРСКШ ГОСУДАГСТВЕНШЯ технический университет

на правах рукописи

НАДИР КОХАМАД

ОПЕРАТОРНАЯ МЕТОДИКА СИНТЕЗА КВАЗИСТАШЖАРШХ .ШЕЙНЫХ

СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПА ЛОКАЛИЗАЦИЙ

Огецишъ'юстш; 05.13.01 - Уиравлекио в технических

сзстешх

А В 'С О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соисквппо ушной стопони кгпшдетя топшесш наук

иовоспбщщ 1994

Г 5

Oil

Работа виюлнана н Новосибирском госудорстиошюм техническом университета

Научный руководитель - академик АН Bül, прс4оеоор,

д.т.п., В;>етраков A.C.

Официальные оппонента - доктор тохничьсюи наук,

Симонов 11. М.

- кандидат тихиачосках' игук, Панкратов В.В.

Ведущая оргаинзацам - иабярский государстватшй

иаучш-исадюдоваталъский частоту? метрологии хч Новосибирск

Запада, состоится n2jj' ^U^fM. 19'Э4 г. и часов

на ааседании дасс&ртяциошига• camta Д 063.34.по в Нигюсибирс-ком государственном техническом университете (ккюог, Новосибирск - 92, проспект К. Маркса» 20, НГСУ).

С диссертацией можно ознакомиться ъ баблаю-гокс» №>в»еш5ир ского государствошох'о техначоского университета.

Автореферат разослан "JS." И-^лЯф^& ¡994г.

Ученшй секретарь

стоциализировашого совета, л ^

кандидат технических .наук, доцеат 'Шихмюа Г.Н

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из основных путей повышения качества проекции и, соответственно, эффективности производства является увеличение качества функционирования установок, устройств ц эксплуатации промышленных изделий, что при современном' уровне развития техники и технологии невозможно без применения автоматических систем. Такие систем управления должны обеспечивать традиционные показатели качества (быстродействие, перерегулирование, глубина подавления возмувданий или диапазон изменения этих параметров). Это важная задача теории автоматического управления. Появление новых и развитие уже существующих методов анализа и синтеза систем управления не снимает актуальности этой проблемы ввиду ее многообразия и все возрастающих областей применения. Этот факт подтверждает наличие многочисленных публикаций как в Российской научной печати, так я за рубежом, причем количество публикаций не уменьшается.

Наименее изученным в настоящее время является управление объектами с неетяционартшт параметра®!, в которых проявляют себя характеристики ограничения при больших сигналах управления. Расчет таких систем усложняется тем фактом, что при построении их моделей не учитывают малые инерционности (постояшше времени), которыэ могут оказывать существешюе влияние на характер и параметры пере-' ходных процессов на начальном этапе и, в частности, приводить к неустойчивости. Кроме того, системы с малыми параштрами в устройстве управления, охваченные обратной связью, могут терять устойчивость и приводите к необходимости исследования свойств систем в асимптотике.

Эту задачу и близкие к ней задачи решает посредством создания в системе управления скользяащх режимов (Уткин В.И.), введения больших коэффициентов в.каналы управления (Моврол И.В.) и создания систем, построенных по принципу локализации (Востриков A.i ).

Что касается последних систем, то теория их интенсивна "чзвп-оалйсь последние два десятилетия и можно сказать» что теория наиболее подготовлена для разработки инженерных методик:

Р. работе рассматривались лгашЯша системы, в которых неста-ционзрностя ютиямтся довольно медленно, а ямешо от процесса к процессу. Кроме того, .учитывались нелинейные хлрактприститот

цсисшыт&шш органов. .

Данное исследование проводалось но утверадшшой министерством тьме: "Автоматическое управление динамическими объектами с перо ыешшмя характеристиками (тема # 01.9.10007886, 1991-1994гг. }, грант по Фу здаментальннм исследованиям и технологическим проблемам авиастроении и космической техники (тема № 01.9.40000573, .19921993гг.).

• Цель диссертационного исследования. В настоящее время при управлении нелинейными гастационаргшми объектам получая большое распространение тгринцин локализации. Процедура расчета устройства унр»илешш довольно сложиая, что, по-видимому, вызвано предположение-» о неотаншшарних параметрах. Однако следа от ожидать, что примадонне расчета к лшюйнш системам управлении с учетом характери-•стик ограничения (насыщения)• иснола.сельних механизмов, приведет к упрощению процедуры синтеза за счет ограничения класса рассматриваемых объектив. Используются асимптотические соотношения и метод гармонической .линеаризации. При ато-.ч предполагается использование описаний в виде операторных, уравнени!! (преобразование Лапласа) как наиболее удобных и пршшчиих для инженеров - проектировщиков.

Цель исследовании ааидачается в разработке методики синтеза линейных систем управления, ездилгтаротшнх иь основе метода локализации и дзЛствукщдх при сигшшыш и параметрических возмущениях, ТЕ'МН ИЗШ>Ш1Е1Я которых ШИТ- ПЗреХл-ЛШИ ирг-'дессов в систем«, с уч'лч,;.) хьриктеристж да-ц-ы-нйтилыюга механизма и глалих динамических параметров. Дли дзетами этой ч-чи в .^иссертлцил роЕзвтся специальные задачи:

- разработка гь.роратл'. убавлении, основан-

ии?;: на нршииша локализации, пэзюлийцш-о сохранять устой чивость в асимптотике (разработка точно.! деко?^. ,,л .им ск':-'«•пми на бистру» я медленную подсистемы, которкв- сохраняют устойчивость и качество в асимптотике). разработка методики учета влияния дзиааачесюа неучтенных ] 1прам%тров объекта.

разработка методики учета малых нарнмотров д^фэрсицируодих

зсавдлигние ' влилшш интервальных параметров объекта на качество быстрых двияешЛ и разработла молчанки синтеза, синтез алгоритма управления для системы пшм'и.'-ррч-тт на

основе иродлогст-'шй квтодгаш.

Методы исследования. Поставлеинне задачи решаются с помощью методов согрмждтоа теории автоматического управления, теории даф-фмронциалыпк 'уравнений, метода гармонической линеаризации, метода разделения движений, цифрового моделирования, шешей алгебры. Проверка ядокютппстп и аОДютившсти предложенных алгоритмов производилась путем моделирования на ЭВМ. Моделирование исслодуомых систем производилось с использованием язмчз структурного модолиро-ва!1ЯЯ "КОМПАС" I>5.0 и пакета ИЛТШ.

Основные'научные результата и их новизна. В работе предложена и исследована новая методика синтеза алгоритма управления для од-Ноканальдах систем с учетом характеристики насыщения исполнитель-: ного механизма и медленных параметрических возмущений объекта. Парирование возмущений достигается путей их локализации в быстродействующим контуре управления. Впервые исследовано влияние малых, неучтенных в модели объекта, инерциошюстей на параметры быстрых движений. Синтез основан на методике разделения движений и гармонической лияееризации. Разработано методическое обеспечение для исследования синтезируемых систем управления. Предложенный алгоритм исследован посредством цифрового моделирования и апробирован при расчете управления гидроциливдром в системе нагружеиия конструкция.

Практическая ценность и внедрение результатов. Подученные в диссертации результаты дают возможность расширить область применяемости принципа локализации и значительно упростить вычислительную процедуру синтеза регуляторов. Методика ориентирована на пригодность интеппрного использования принципа разделения двиганий. Продяотешгая методика, разработанная на основе модификации алгоритма управления, основанного на лршвдпю локализации, позволяет повысить качество функционирования технологического оборудования за счет обеспечения требуемых переходных процессов.

Внедрение результатов в промышленности подтверждено соответствующим актом о внедрении. Научные результаты и практические рекомендации. диссертации используются в системе управление мощным гад-ропроведом. Экономический аффект от внедрения достигается благодаря рсячотт задач сущеспя-шото улучшения качества функщтоннро-ВЗНИИ С Ж.ЧЯ1М УСТРОЙСТВОМ улревлвиия. Гезу.иЬТЛ'Ш ПрПМГШЯЛИСЬ в /2/ госбатгетшх рпботях и в "дпо'Л хоздоговорной работе но тематике

- б -

"Системы автоматизации стендовых испытаний авиационного оборудования" (JS 01.930000525). Результаты, полученные в диссертации, использовались в учебном процессе (курсовое проектирование систем управления).

Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались на семинаре с международным участием "Control System Synthesis, theory and application", (Новосибирск, 1991), на Сибирской научно-технической конференции "Микропроцессорный системы контроля и управления" (Новосибирск, 1992), на научной конференции, с международным участием "Проблемы электротехники" (Новосибирск, 1993). Кроме того, материалы диссертации неоднократно докладывались на городском семинаре "Синтаз систем управления" (Новосибирск, 19901994).

Публикации. По результатам исследований автором, лично и в соавторстве опубликовано 9 работ. Опубликованные материалы полностью отражай содержание диссертации.

Личный вклад автора. В работах, оиубмаюиысшх е соавторстве, автором и соавторами выполнено следующее. В работе [7] осуществлено совместное аналитическое исследование системы. Численное моделирование выполнено полностью автором. В работах ¡8, 9) вместо с соавтором поставлена задача, а ее решение выполнено автором.

. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 1 введения, пяти х*лав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Она изложена на 149 страницах основного машинописного текста, проиллюстрирована 55 рисунками, в таблицагл, имеет список литературы из 64 наименований на 7 страницах и приложения на б страницах. В приложение вынасап акт внедрения, иодтЬорэдамдкЛ использование результатов работы. Принятая структура и порядок изложения материала' диссертации определен стремлением избежать повторений при рассмотрении драного метода синтеза и полги ясного изложения материала.

Ни защиту выносятся слшдустциа основные полюю ния:

- Модафацировангоа алгоритм управления, основании!! ш принципа локализации и шзшляквдий сгхрапять устойчаадсть в асимптотика (разработка точной декомпозиции сметами па быструю и медленную подсистемы, которые сохраняют устойчивость и качество в асимптотике).

- Методика учета влияния динамических неучтенных параметров объекта.

- Методика учета малых параметров дифференцирующих фильтров.

- Гасчетнш соотношения, учитывающие влияние интервальных параметров объекта, на качество быстрых движений и разработка методики синтеза.

• Алгоритм синтеза управления для системы силонагружения на

■ основе предлагаемой методики.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во_ введшига обосновывается актуальность задачи синтеза систем управления для линейных'Объектов с переменными во времени параметрами (квазистационзрнно систему) с учетом характеристик ограничения исполнительных органон методами, базирующимися на пригните локализации.

Первая глава посвящена обсуждению задачи расчета систем управления методом разделения движения с учетом характеристики наснце-Ш1я исполнительных механизмов, малых параметров объекта и диффере-нцирувднх фильтров.

Задача сшп'еза устройства управления, обеспечивающего изданные динамические свойства системы при изменении параметров объекта, может быть решена посредством создания адаптивных систем, систем со скользящим режимом, систем с "большими" коэффициентами усиления и'методами, основанными на принципе локализации. В первой главе показано, что наиболее подходящим методом для решения подставленный задачи является метод локализации. Проанализированы достоинства и недостатки раноо разработанных процедур синтеза методами разделения движений и локализации.'

В этой же главе рассмотрены методы анализа САУ с нолипейнос-тнми методом гармонической линеаризация, методом фазового пространства и методом точечных преобразований. Наиболее удобным методом для наших Целей является метод гармонической линеаризации, а для исследования показателей перехода« процессов - применение показателя колебательности. При учете шлинейлостей исполнительных механизмов в реальных системах следует иметь ввиду, что реальные значения коэффициентов усиления конечны, что превращает релейные характеристики в характеристики типа ограничения - sat - 'Это приводит к необходимости рассмотрения cyGpazjxtiSHoeo .уппг<"

Задача синтеза усложняется тем, что из-за"* необходимости дифференцирования, что приводит к появлений малых параметров в устройстве управления, и "неучтешшх" малых инерцнояностей объектов могут возникнуть сверхбыстрые движения и нарушиться устойчивость системы. Эти вопросы и исследуются в-данной главе. В качестве инструмента. позволяющего решить поставленную задачу синтеза, выбран принцип локализации, метод разделения движений и метод гармонической • линеаризации. Сформулированы основные задачи диссертационного исследования.

Во второй главе обосновывается предлагаемый модифицированный алгоритм управления, основанный на принципе локализации движений, В котором сохраняются свойства устойчивости и заданного качества быстрых движений при асимптотическом уменьшении малых нарамотр&в. Это позволяет проводить исследование влияния малых параметров объекта на поведение системы. При этом предполагается 'доступность лишь выходного сигнала объекта.

" ' Приведенные' в данной главе и далее но тексту теоретические результаты и результаты моделирования получены на каЧодре Автоматики Новосибирского государственного технического университета с помощьи специально разработанных программ дня пакета KA'i'IAii.

Рассмотрим -обпцй случай лея объекта порядка п и порядка желаемого уравнения m, где ш -ni

£?-о atply « - объект :

Е£=ср с (с0 =. /) - кел-юмья динамика;

и = Mc~'(v - С^р^)) - f-ijl , tr' = р ., - управление;

ф.'- II> PÎJ - Ь.....p'D - î/in) - фильтр, где i) - оценка

выхода, p'i? - оценка производной выхода и т.д.

Для данной системы, • котирую мо.чмо назвать системой с идеальным фильтром, найдем характеристический шишом (ХП)» для чего следует получить уравнение системы:

Е?=о ' ci)Pi'-1 « ■ '

При ц -» о ХП равен ctp'. Получили вывод о том, что в случае доступности вектора 'состояния характеристический швшон системы имеет порядок, равный порядку объекта, и при увеличена,! к прабли-аается к желаемому. Перейдем к системе с доступно?) ныходанм сигналом (система с реальным дюйорвнцяру^".'* il;*/;.??---".;, "н-л п -- и.

т.е. при желаемом характеристическом полиноме £™_0с{р . Уравнения гягулятора, дифференциаторов и объекта таковы:

и = Mc.'n'(v - Ej.:¿ ctrplíl)) - pn$l , (1)

ÍE^o ^a^1 )p>í¡ = y<}), (%■% = U i = oTñ) . (2)'

£í=o °«P J/

(3)

Схема системы приведена на рис.1. Умножив (1), (3) па цс^ , можем

искличитъ и, а умноетв полученное внражешю на Е?_0 l-i'cc.p1, исгс-

; (n-t) (п)

летаем у, у , у

" т tt

9

F и

-------,(-)--, т к ----, ОбЪВКТ

fin [сГ"1 ,

и-? и-)<----

L-.._J I__i

(п-г)

в:

X

9

(п- (.)

$

(п)

tt

Рис'. 1. Структурная схека систем» с реалъшй ДП!М«-рендиатором п-го порядка

Eto ^djP'íy =

Откуда

acto a«Pl • v'ajP* * ir;,0 c/i.V =■ nV'»' fcn - íj

ХП систем» при |.i о равен: Ef", |»<+,сг{а p1 + c(p4 . В дяиппм случае бие.трио движения опродвлягтея полигоном

При (t -» о шштюм такого пила, что несложно покапать для мал« зптшпяй я, кйовт ии'крайне?! нерв один чоропъ, асшнтотичсски при-блихчтеийся х мнимся оси.

Тэш» образом, иря выборе зеконя утфввдания но .методу

разделения движений в соотвьтствиа с (1), качество быстрых движений становится сколь угодно плохим при уменьшении динамических инерционностей диф|1еронцирувдих фильтров. Это приводит к необходимости введения дополнительных корректирующих устройств в контур быстрых движений. Процедура синтеза в результате приобретает громоздкость.

иадифхцированный алгоритл управлении, основанный ш принципе локсиизодш. рассмотрим общий случай п = и . Для объекта

= Ш ' 1ап 1)> (4)

предполагается следующий шшоритм управления:

и = fcffc0iua""'in, р) - V) - o(p)tH - pr"$> . . (5) Здесь использованы обозначения

а(р)ц = Z%=CI и,РсУ. afiw Р) - * U .

с(р7 - E'jl1, с(р' . ДФ берем в стандартном виде:

afu, p)f - у, а(\х, p)p[J = h, .... («р., piprD - у('1>. (б) Из (5) и (6) полечим

pcqp, р)и cvv - С(р)ц , (7)

еде G(p) ^ ctp{, fc( = 1). Из (4) и (7) получим

l\d)~'a(\i, p)a(p) i ,C(p!hj - c{)u .

Найдем произведение двух полиномов в левой части: определим ХП системы при р —» о:

ДОГ'сгГц, р)а(р) i Ctp) -p.n(r'djfn h р""'iT'cr,' i ■■■ >

f Utr'c^p"*' pu + C'n_,pn ' ... ' c,,r f с^p i c0 .

разложим Xli системы нря |i —» о на дне чести: iiip, р)С(р). Тогде можно написать уравнение системы в виде si(|t, р)0(р)у - с v. Здесь iiii-i. р) - Ь~' р.4ог(р* / / соответствует быстрым дшштит, а С(р) а ctp', (с - /.) Mojyi&HxiuM Окдлаемим) днжкеаплм.

Таким ойрооом показали, что быстры« движения wj счет выбора модифшдароваииого закона уирпвиоиаи ледут бить сдел^пи усгойчшдоа независимо от значения параметра р.

В третьей главе опяоан алгирити Учета шш<* парамл роь

объекта. Получены расчетшш соотношения. Приведены рекомендации но учету влияния малых параметров объекта и дифференцирующего фильтра. Для исследования полиномов с малыми параметрами предлагается иснользоваь диаграммы Ньютона.

Рассматривается проблема синтеза регуляторов, использующих производные состояния в законе управления для объектов с малым! неучтенными инерциошюстями. Такой прием предполагает использование больших коэффициентов усиления. Укажем условия, при которых возможно использование метода разделения движений на "быстрые" я "медленные".

Таким образом, в системе имеются малые параметры (большие коэффициенты). Это, как ясно из выше изложенного, вызвано шучтешш-г ми малыми инерционлостяш (динамические параметры) объекта, малыш инерциошюстями дтгЭДеренцирущих фильтров и большим коэ®ридаентом усиления разомкнутой системы. Желательно уметь вычислять их влияние. Влижайгаая цель - подобрать подходящий агшарат для исследова-1ШЯ характеристических полиномов, содержащих малио параметры. Вводится понятие асимптотического полинома. Предлагается использовать так называемые диграммы Ньютона. Далее' проводить исследование таких систем в следующем порядке: вначале исследуется система, состоящая из идеального дифференцирующего фильтра и объекта без малых параметров, далее исследуется системы из реального дифференцирующего фильтра и объекта без учета малых параметров и, наконец, систем из реальных дмфферендарующих фильтров и'объекта с учетом малых динамических параметров.

Предлагается использовать диаграмму Ньютона для полинома, коэффициенты которого зависят от малого параметра, к именно, строится следующий график: но оси абсцисс откладывается степени р членов полинома, а но осп ординат - степени ц, с которыми они входят в коэффициенты данного члена ряда. Утверждается, что устойчивость полиномов с малыми параметрами может бить связана с свойствами диаграммы Нытгона. а имешю, если диаграмма Ньгтона для исследуемого полинома не выпуклая, то при ц —► О невозможно обеспечить устойчивость последнего. В случае выпуклости диаграммы Ньютона за счет выбора, коэффициентов полинома моаяо обеспечить не только устойчивость,' но и заданное качество. По. основе анализа свойств полиномов с малыми параметрами, посредством исНольяовашя диаграммы Ньютона, получено

.г -

Следствия. Диаграмма Ньютона для

<Р,Р* = £?=0 /'а/ выпукла тогда и только тогда, когда

V- + > 2гк , V I = 77^7 ,

где г( - целое; - коэффициенты.

Это следствие является ключевым при синтезе регуляторов. В работе получен вывод о том, что степени й , р и £ (е - малый неучтенный динамический параметр объекта), с которыми они входят в коэффициенты полинома, влияют на степень разделения движений и на устойчивость. Показано, что в асимптотических соотношениях необходимо выдерживать условно р » к.

При анализе влияния малых параметров объекта на динамические свойства системы следует помнить о возможности их "последовательного" и "параллельного" вхождония в объект.

Описание объекта шжет быть рассмотрено как в операторном виде, так и в виде х = Ах + Виг у = С'.г.

Рассматривавши для иллюстрации случай последовательного "вхождения" царахчтного параметра в объект, изображен на рис.?.

Выражение для характеристического уравнения замкнутой системы имеет вид:

ретр'3 > (ег + рк + |П.)р2 ■> (с + а ■/• р / с^'Ь 1:)р +

f (1 + с^^Т'1) = О, (&)

Следует провести анализ соотношения (в) влияния малых параметров на качество переходных процессов. Воспользуемся понятием аси~ мтотаческого полинома (АН), которое существенно облегчает исследования систем при больших (малых) параметров объекта, регулятора л дифференцирующего фильтра. Полагая в (8) к - где р достаточно мало, что кратко может быть записано р —» о, вместо (В) может Сыть рассмотрено уравнение

I (\и>л/Ш: ¡Ь) )рг /- ((£ с,Ь(;р + 11(р * 1/Т) = о. (9)

Первый сомножитель (9) вкгшчает параметр ц, введенный в алгоритм управления и в даффоревдиатор, и малый параметр е соответствующий неучтенному параметру объекта. Этот сомножитель соответствует быстрым движениям системы. .Следовательно е влияет только на быстрые движения, которые в данном случае соответствуют

полиному сщ12р* л * ;иЬр >■ 1. Если в » р. например а -то подучим что часть АП, соответствующая быстрым движениям, райка фУр р2 •/• рУр Ър + 1. Перейдем к новой перемешшй р, - : + Ьц^р + 1. Ее диаграмма Ньютона не выпуклая. Следовато,/а.ао в данном случае при р —> о корни этого полинома будут сколь угодно близки к мнимой оси. При е « р, например е = рг, получим (ц^р3! f Цгр -> 1. В данном случай можно получить хорошее качество при

ЛЮбОМ ц. '

Рио.2 Система управления для объекта' первого порядка (н -- I) с учетом малой инерционности объекта (г = 1) и реального диЭДире-ацирущото фильтра : 1 - объект; 2- малая инерционность ейгша; 3- регулятор; 4- дифференцирующий фильтр.

В четвертой главе рассматривается метод синтеза управления дня объектов с интервальными параметрами на основе принципа лона-Л13!!ЦШ1. Приводится алгоритм синтеза, доведенный до гишшерипго

УрОВНЯ.

Для исследования систем с нелинейным элементом истьа-зуотса метод гармонической линеаризации. Метод гармонической йпшарлзацш; для систек с ршдолетид* движения ранее не применялся.

ЧпстотпаЭ метод синтеза состоит из нескольких этапов. Впа ¡апе строим семейство ешлатудао - фазовых характерней« (¿т-Х) оцшети для граинчшх значений параметров, что позволяет г:!дил*т. "оюнш;: штиг " годограф, продстаалнжглй наихудший случай откопта«¡».но

зап{«тпу& области, построенной по допустимому значению колебательности. Далее учитываются паразитные (неучтенные) динамические параметры объекта и "паразитные" инерционности дифференцирующих фильтров. Учет сводится к введению условного "апериодического -форсирувдего" звена и построению четырехугольника около каздой точка "эквивалентного" годографа. Последний этап синтеза - это определение параметров устройства управления таким образом, чтобы эквивалентный годограф с полосой, образованной из четырехугольников, на заходил в запретную область. Для иллюстрации рэсмотрим объект тина "колебательное звено" \1(р) = к /(* 2£1р + 1). Все эташ исследования проиллюстрированы на рис.З, 4, 5, б.

Исследование асимптотических характеристических полиномов систем, сичтезируемнх по методу локализации, приводит к заключения, что необходимо изменить (кодифицировать) характер вхождения параметров в дифференцирувдив фильтры. Это позволяет получать устойчивые система с хорошим качеством при малых значениях малых параметров.

В данной главе предложен частотный метод синтеза, состоящий в построения запретной области по допустимому значению колебательности п в построении "полосы", заполняемой ЛФХ разомкнутой системы. При мои учитываются малые (паразитные) динамические параметры объекта и учитывается принадлежность заданным (известным) интер-

В пятой главе дано применение предложенной методики синтеза при нрооктаросатм систему управления лэдрогшкпдроч, кспользуемнм дня создания нагружения конструкций. Иривэденн и исследованы результаты моделирования. Разработан пакет программ на языке МЛ!Шй, ойлегчаадий расчет устройств управления по предложенному алгоритму. *

Для аналитического синтеза и расчета рю-уляуоре». а так же га настройки и проверки работоспособности оборудования и программного Частот'!» необходимом условием «ютится наличие математического описании всех звеньев скстемк автоматического рогулрояаккя. В специальной литературе по гвдф8ш«ч8скшу оборудования достаточно ю:т> разработано математическое одясанв& ргшзчшх авжтрогядрэ-кяжгпжпх т1реобразоп"телвК. Нрдаэ того, разработан» и успсгою пги-м'-нян.ггеп на 'п.пктеке мзтоды «'.улоэризации хараку^ч.'исги'г зтп. н^чюО-

й1'Т01*.--м 1фмдл:!;,аетсп ряд л-жш-Я ода-том пч^.-уа. лдая, к ..,луч'»"

ол о

-0.5

-1.1 -as о

Рис.3.АФХ объекта при различи- Рис.4.АФХ объекта дли "шшхуди.нх"

их значениях параметров

значения параметре» (Т=1,Р5; fe-í,?5; £-0,75) и при "паразитном звеуа "первого норн дка (ípf/j- » х'де е --- 0.1'

ОЛ-

1W -. 4

1 i f.l

1 ? i

1 ¡Si

1 K'l 1

.5 l'.Tl К и

1 * Y

0

-10

-/.I

-0.5 0 í Í.5

Iw.5. U/ i Ava upa «-к ?я y;¡-

1 Ii . 4VO U ils i : Л. -. -1 ГШ

V H i I -,M !J. /';;

Л 2

*

V

-5

_ L.

i о

ib"

i H"., Ó. itl'X "(jt'j'l Uliï> pGi'yjhí I (ф| ¡Mp'i-GiïTiMO ПГф&МиТрЦ" IlpU n - ÍO

o

использования гидравлических двигателей (ГД) для создания усилий (т.о. в случае, когда выходной величиной является не перемещение, а сила) математическое описание должно учитывать условия работы ГД как управляемого источника силы. Изложенные в диссертации соображения подтверждают явно нелинейный характер многоканальной системы пщх»двигателей. Кроме того, система обладает значительной инерционностью. При этих условиях для создания переходных процессов требуемого качества стандартно применяемые в инжеиерной пракике автоматические регуляторы могут оказаться неэффективными. Однако принципиальных затруднений для создания таких свойств при анализе к синтезе данной системы при использовании ПЛ - регуляторов не обнаруживается. Предварительные опыты по исследованию системы силона груженая в различных рзшмах показывают хорошее соответствие моделей фгаическому объекту.

В системах испытания изделий на заданное программное нагруже-нпз для проведения испытаний изделий и конструкций на механические воздействия необходимо обеспечить переходные процессы при перерегулирования не более 5%. Дкя связанных или несвязанных между собой объектов (процессов) имеется возможность использования автономных, (пэспязашш.) регуляторов. Для взаимосвязанных (статически или динамически) объектов была использованы различные законы управления - кок простейшие (пргторвдгонально-иптегрально-дк'Мвретщальные ГОЩ), так и более слонше закои», реализованные на основе принципа локчлизащтч (Ш1\, разработанное 'пг кафедре автоматики Новосибирского государственного техгкчосксго уикюрсиготе лрл пэпосрздствэп-ком участи автора. Предпочтение отдается последнзму, как наиболее ариош. ггд&енаоглу для управленпл объо!стами о исрочетшшщ параметрами, ноучтошшмя пелипойиостяма к кекоптролкруекыш нагрузками.

Продложшшые модели когут быть идопяыюдош* для проверки аппаратуры и программного сбоспзчзния шносродственно перед натур-том» 1к питаниями, а так :хо для. атоптачних способов управления.

Исследования, проводешти при. разработке водолей, вияпдли ряд недостатков аппаратуры, используемой пра испытаниях, н фятдчоской геда-ла объекта. Ч часткосгй, тгрепности скстеки измерений, ниг'- ••нютсчгл» характеристик силонозбудлтелоП (избыточная мощность )чу'ри'дп::т1дрс.в, яеудошю..'-»рчтггл/дно скорости«! показатели), некачественно ишо.-.'шшою г:тдсаг;/.;чоокио имдипш&т. ч^'ътаЛ'зя ЮЧЛ»; ЧТЬ КГ-Ч'Лру,Ч'1!!Й, !»:С0С>ТЬ(,'Т<:Т»УГ.ЦЯЙ »откостп юистр^-щи т<гл> 'Ь'мх влнаратов, а так хч очень бопьвае Л'^ти .в мостам

соединения кодважинх частей.

В заключении перечислены основные результаты и выводя диссертационной работы.

В приложении представлены документы, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы и таблицы, в которых приведена асимптотические характеристические полиномы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертационная работа отражает результата исследований автора в области синтеза лилейных систем автоматического управления на основе принципа локализации. В ряде случаев известны интервалы изменения параметров объектов. В классическом методе синтеза на основе принципа локализации отсутствуют ракоме -вдации по учету интервалов изменения параметров объекта, если они известны, что является существенным недостатком. К недостаткам можно отнести излишнюю сложность процедуры синтеза, что, по-видимому, вызвано универсальностью метода. Исполъзовашше они cair.ii! объекта и управляющего устройства в операторном виде позволяют учесть малые (конечные) значения параметров как объекта, так и управляющего устройства.

Исследования проводились на кафедре Автоматики НГГУ в течение У^У-У.т гг. и были направлены па разработку инженерных штодак синтеза систем управления, использующих основные идеи принципа локализации. Автором предложен частотный метод синтеза систем управления, базирующийся на модификации метода разделения движений.

Основные результат диссертационного исследовании згншл отгон в слидуодмк

1. Пройден анализ вхождения малых параметры в устройства управ ¡гм!;!;1, стштезируекие на основе принципа локализации. На а*.лом. .к.цользоданая асимптотических характеристических полиномов сш.-ткми П'.'казйно, что необходимо изменить (модифицировать) характер в»с»дичня калах параметров в да|фирцнцирущаи Фаю,три с получения .устойчивых систем с хорошим качеством при малых значениях малых ¡¡»¡'«метров.

2. Предложена новая структура систем управления, состоялся в объединении бистрах, и недкзшшх «оптуров и в новом хкроктори яхоа-доння кшют параметров в устройства даффсратосароааная. Ям» 1юст«1ий>'ИК'8 щчдошило попользовать ИшюЛа. Рнд^аглг-ммшй сите ■ назван "шдзфзкацаей ш'годь ч^илпня

движений".

3. На основа модификации метода разделения движений с цельи учета интервальных значений параметров объектов предложен частотный метод синтеза, состоящий в построении запретной области по допустимому значении показателя колебательности и в построении "полосы", заполняемой АФХ разомкнутой системы. При этом учитываются малые (паразитные) динамические параметры объекта и принадлежность их к некоторым интервалам.

Частотпа.ч методика синтеза состоит из нескольких этапов. Вначале строится семейство амдлитудяо - фазовых характеристик "объект + регулятор" для граничных значений параметров, что позволяет »«делить "эквивалентный" годограф, представляющий наихудший случай относительно запретной области, построенной по допустимому значению параметра колебательности. Далее учитываются наразитныэ (неучтенные) динамические параметры объекта и "паразитные" инерционности дифференцирующих фильтртв. Учет сводится к введении условного "апериодического - форсирущого" звона и. построэнаю чэтирехуголышка около каждой точки, "эквивалентного" годографа. Последний отаа синтеза -это определение таких параметров устройсч тun управления, при которых эквивалентный годохраф с полосой, образованной из четырехугольников, не заходит в запретную области.

4. В исследуемой системе в зависимости от соотношения е. в ц выдоленн дтаюния трех разных по 'быстродействии темпов: "м&длошши" дакания,- обусловленные желаокым диЭДеренциалышм урзшшнием; "быстрые" движения, обусловленные наличием мшшх шхе-рвдвошдагкй объекта и фильтра; "сверхбыстрые" движения, обусло-вдтгано одновромешмм присутствием в системе мэднх алерцдоиюстей и "большого" коэффициента. Таким образом, 'задача учета малых виз-рцкошюстгЛ объекта сведана к правильному выбору ¡шайей границы йопусташго значения р .(верхней граница ксдайяиодшгга усшюаия).

£>. Подучшш структуры регуляторов в дифференцирующих фальг-роп, лглбояоо подходящие для физической реализации.

Освоишь положения диссертации отражены к работах:

(. Najjar Kobajimad. System Ъазос! on IwalfeaUoti principle »3 ih mall UiKon Into 'awovrit. Ггос. of Intbrnutional

fftnJfulwp "Control System Synthesis: theot? and nppllciiiion",

f*,4»ft:ir3fc, USSR, 27 Hay-1 Juno, №1, pp. 163-;.V3.

. '¿. {>да*гр Мсхамзд. съосюааоста .pery нтора,

основанного на принципе локализации, дин объекта с малыми неучтенными шюрциошюстяма. Мюсропроцессорнне систем;! контроля управления, Сибирская научно-техническая конференция, Новосибирск 1992.

3. Наджар Мохямад. Влияние малих параметров объекта и даЭДл»-ренцирукжах динемическами фильтров. // автоматическое .управление динамическими объектами с переменными характеристиками не оскоеи принципа локализации / Новосибирский электротехнически!! ннсгатут. Новосибирск, 1992.

4. Наджар Мохамад. Частотный метод синтеза для объектов с гшраметрами, принимающими значения из некоторых интервалов. // Автоматической управление динамическими объектами с переменными характеристиками на основе принципа локализации / Новоснб. го с ■¡о:ш. ушшврентьг - Новосибирск, 1993.

б. Надзор Мохамад. Влияние малых параметров объекта на быст рке двжшшш в системе, синтезированной методом локализации. // Автоматическое управление объектами с переменными характеристиками (вииуси 2) / Новосибирский государственной технический университет

- Новосибирск 1993.

6. Системы автоматизации стендоних исннтытИ авиационного оборудов.чнии // Отчет (Л Ol .930000625) о научно-исследовательской работе / Новосибирский государственный технический университет • Новосибирск 19' Уз.

7. Гавралов К.13., Маданр Мохамад. Особенности применения ме ■тодя локализации дли объектов с малыми неучтенника кнерциошюс-тяма // Автоматическое управление объектами с переменными характеристиками / Новосибирский государственный технически!! университет

- Новосибирск 1993.

8. Поевода А.Л , Наджар Мохамад. Синтез устройств управлении в частотной области методом разделения двдшгаи для овшгго» с iiim<p»a>ibHUMU параметрамн./ Проблемн электротехники секция 3 авто*-штиха, научная кенфергнция с мэздународнш учестшл, 1УТУ, Н-шоги о'ирск 2U - 22 октября 1993.

9. Гюевсда A.A., Кчджар Мохамад. Модифицирований меч од разделения двияшйй. Гесскйекав научно-техническая коЩюренцая "информатика и нрпблаш тодекоммупвкоций" 2в - 29 апрели 1994, с.тр.ПС, Новосибирск, 1994.

«

Подиасшгс и почать 16 imüpn 1994г. Формат 84x60*1/16. Бумага оог'р',:; ч-uiü. 'Тираж 100 экз. Усл.поч.л. 1,1. Уч.-изд.л. 1,0.

Гисгл'отно Оаказ j¡> 6С6

Отпечатано на учас:т.о опеватшаюй полиграфии Новосибирского гое.-'дарс '¡г-чп i-n г ja • iî"i") уняы-роатета, бЗостд?, г.Кспд j'rpt -, 1 ;> jp¡