Синтез закона управления системой силовых следящих приводов с учетом ограниченной мощности источника энергии
![Диссертация: Синтез закона управления системой силовых следящих приводов с учетом ограниченной мощности источника энергии](https://gugn.ru/work/3115480/cover.png)
Доминирующее значение имеет способ учёта ограниченности перепада давлений в силовых гидромагистралях. Это ограничение обеспечено конструктивно с помощью ограничительных перепускных клапанов, настроенных на предельное допустимое давление. В модели это ограничение может быть рассмотрено либо как ограничитель, либо как фазовое ограничение, не имеющее непреодолимого характера, а обеспечиваемое лишь… Читать ещё >
Содержание
- 1. Математическая модель системы силовых следящих приводов
- 1. 1. Общая схема системы силовых следящих приводов
- 1. 2. Математическая модель механизма управления
- 1. 3. Математическая модель дизельного двигателя
- 1. 4. Математическая модель гидравлического привода с нагрузкой
- 1. 5. Структурные схемы системы
- 2. Оптимальное по быстродействию управление следящим гидроприводом
- 2. 1. Основные положения метода оптимального управления объектом с фазовыми ограничителями
- 2. 2. Синтез квазиоптимального по быстродействию управления гидроприводом
- 2. 3. Анализ квазиоптимального по быстродействию управления гидроприводом
- 2. 4. Синтез квазиоптимального по быстродействию управления объектом с фазовыми ограничениями
- 3. Оптимальное по точности управление следящим гидроприводом
- 3. 1. Основные положения метода гарантированной точности
- 3. 2. Синтез закона управления высокой точности
- 4. Моделирование системы силовых следящих приводов
Синтез закона управления системой силовых следящих приводов с учетом ограниченной мощности источника энергии (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Одним из наиболее важных и наиболее распространённых видов систем автоматического управления являются следящие системы. В данном классе систем выходная величина воспроизводит изменение входной величины. Однако в большинстве случаев требуется максимально точное отслеживание задающего воздействия. Конкретная форма входного сигнала обычно не известна заранее не только на стадии проектирования, но и при эксплуатации. Представляется логичным, оценивая точность системы, говорить именно о точности отработки сигналов из некоторого заранее предопределенного класса.
Улучшение динамических свойств системы автоматического управления может осуществляться двумя способами. Первый способ основан на улучшении качества составляющих агрегатов и блоков системы. Это достигается путем применения высокоточных датчиков, более энергоемких источников питания, увеличения мощности привода и т. д. Однако это ведет к увеличению стоимости как изготовления, так и эксплуатации системы. Альтернативным способом является синтез рационального закона управления, при котором достигается максимальная точность слежения и быстродействие. Таким образом может быть достигнуто снижение энергетических и экономических затрат, но этот метод требует больших вычислений.
Вопросу синтеза высококачественных следящих гидроприводов посвящено немало исследований. Здесь нужно упомянуть работы Н. А. Лакоты, Б. В. Чемоданова, Н. С. Гамынина и других учёных. Эта задача рассматривалась также в ряде диссертаций, выполненных на кафедре САУ Тульского государственного университета Н. В. Фалдиным, Н. Н. Макаровым, А. Н. Дёшиным, А. Н. Есиповым. Этими и рядом других авторов разработаны методы синтеза быстродействующих законов управления, автоколебательных законов управления высокой точности, устойчивости автоколебательных приводов. Существенно меньше разработана теория управляемых гидроприводов с ограниченным источником мощности. Здесь в первую очередь должны быть упомянуты работы В. Ф. Казмиренко и А. Н. Геращенко. Однако методика синтеза, позволяющая сочетать высокое быстродействие и высокую точность в режиме слежения при ограниченной мощности источника энергии к настоящему времени отсутствует, что делает актуальной тему настоящей диссертации.
Целью исследования в данной работе является разработка закона управления, обеспечивающего высокое качество регулирования при ограниченной мощности источника энергии. Такую задачу приходится решать, например, при проектировании как стационарных, так и мобильных управляемых систем вооружения.
Потребление энергии управляемым следящим гидроприводом в режиме слежения за гладким входным сигналом определяется в основном формой входного сигнала. Поэтому основное внимание было направлено на исследование режима переброса, который, во-первых, допускает более широкий простор в формировании закона управления, и, во-вторых, является наиболее энергоёмким режимом работы.
К режиму переброса предъявляются достаточно жёсткие требования по быстродействию, поэтому представляется естественным использовать в этом режиме оптимальное по быстродействию управление. Потребное для переброса количество энергии существенно зависит от способа формирования управления.
Доминирующее значение имеет способ учёта ограниченности перепада давлений в силовых гидромагистралях. Это ограничение обеспечено конструктивно с помощью ограничительных перепускных клапанов, настроенных на предельное допустимое давление. В модели это ограничение может быть рассмотрено либо как ограничитель, либо как фазовое ограничение, не имеющее непреодолимого характера, а обеспечиваемое лишь за счёт соответствующего формирования управляющего воздействия.
Первый вариант, наиболее точно соответствуя реальному объекту управления, позволяет более полно использовать динамические возможности привода и обеспечить наиболее короткое время переброса. При этом никак не контролируется непродуктивный расход энергии, связанный с перекачкой жидкости через сработавшие (открытые) перепускные клапаны.
Второй подход, при котором ограничение перепада давления обеспечивается управлением, непродуктивный расход энергии, связанный с перекачкой жидкости через открытые перепускные клапаны, полностью исключается. Однако такой подход сопряжён с некоторой потерей быстродействия, а также с усложнением закона управления.
Представляется целесообразным исследовать оба варианта, для того, чтобы можно было сделать обоснованный выбор между ними. Именно такое исследование и составляет основное содержание работы.
Точность отслеживания задающего воздействия можно осуществить двумя способами. Первый вариант, наиболее трудоемкий — организация автоколебаний с требуемой частотой. Второй подход — построение закона управления, реализующего скользящий режим.
Так как последний имеет ряд преимуществ, таких как, высокая точность слежения, инвариантность к возмущающим воздействиям и к вариациям параметров объекта, то целесообразнее использовать второй подход.
В соответствии с поставленными задачами в диссертации была разработана новая методика синтеза регулятора следящего гидропривода, работающего в скользящем режиме, с использованием метода гарантированной точности, а также решена задача синтеза квазиоптимального по быстродействию закона управления объемным следящим гидроприводом как объектом с фазовыми ограничениями. 6.
Методики синтеза закона управления следящим приводом, содержащиеся в диссертации, представляют несомненный практический интерес. Их применение в практике проектирования управляемых комплексов позволит сократить объём проектировочных расчетов и повысить надёжность проектирования, а их хорошая сочетаемость с методами конечномерной оптимизации и простая программная реализация позволяют получать системы с предельно возможными показателями качества. Диссертация может представлять интерес для предприятий и организаций, занятых разработкой и модернизацией управляемых систем и комплексов.
Заключение
.
В диссертации решена задача анализа и синтеза следящего гидропривода с источником энергии ограниченной мощности.
С помощью метода оптимального управления объектом с фазовыми ограничениями построен квазиоптимальный по быстродействию закон управления следящим гидроприводом и предложена схема его реализации. При этом в качестве фазовых ограничений рассматривались ограничения по перепаду давлений в гидромагистралях и по углу перемещения регулирующего органа гидронасоса.
Моделирование показало, что полученный закон управления, по сравнению с точным оптимальным управлением, существенно снижает нагрузку на приводящий дизельный привод (просадка оборотов дизеля уменьшилась с 5% до 1%). Время переброса на максимальный угол при этом возросло незначительно (менее 3%).
С применением метода гарантированной точности и фазового годографа получен закон управления, обеспечивающий высокую точность слежения в скользящем режиме за входными сигналами из заданного класса.
Предложена схема реализации комплексного закона управления, включающего законы высокой точности и быстродействия.
Исследование проводилось с использованием вычислительной техники. Моделирование моделей осуществлялось с помощью среды Matlab. В той же среде было разработано программное обеспечение, осуществляющее автоматизированный поиск точек переключения и расчёт коэффициентов поверхности переключений.
Список литературы
- Автоматизированное проектирование следящих приводов и их элементов /, М. В. Баранов, Ю. В. Илюхин и др.- Под ред. В. Ф. Казмиренко. М.: Энергоатомиздат, 1984. — 306 с.
- Александровский Н.М. Элементы теории оптимальных систем автоматического управления. М.: Энергия, 1969. 127 с.
- Анализ и оптимальный синтез на ЭВМ систем управления./ Под ред. А. А. Воронова и И. А. Орурка. М.: Наука, 1984. — 343 с.
- Антомонов Ю.Г. Синтез оптимальных систем. Киев: Наукова думка, 1972.-316 с.
- Атанс М., Фалб П. Оптимальное управление. М.: Машиностроение, 1968. 764с.
- Барковский В.В., Захаров В. Н., Шаталов А. С. Методы синтеза систем управления. М.: Машиностроение, 1969. — 328 с.
- Бахвалов Н.С. Численные методы. М.: Наука, 1973. 632 с.
- Бесекерский В.А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования.- М.: Наука, 1975. 768 с.
- Болтянский В.Г. Математические методы оптимального управления. -М.: Наука, 1969. С. 36−64.
- Ю.Брайсон А., Хо Ю-Ши. Прикладная теория оптимального управления. М.: Мир, 1972. 544 с.
- П.Булгаков Б. В. О накоплении возмущений в линейных колебательных системах с постоянными коэффициентами. //Доклады АН СССР, 1946, т 51, вып. 5.
- Ван-Трис Г. Синтез оптимальных нелинейных систем управления. -М., Мир, 1964.- 167 с.
- Варнавский С.О., Воробьев В. В., Макаров Н. Н. Один метод синтеза следящего гидропривода // Известия ТулГУ. Серия «Проблемы специального машиностроения». Выпуск 5. Материалы региональной научно-технической конференции. 2002. С 81−85.
- Волков Е.Ф. Оптимальная по быстродействию электромеханическая система 3-го порядка с учетом ограничений, наложенных на координаты системы. В сборнике «Известия ЛЭТИ», вып. 90, 1970.
- Воронов А.А. Основы теории автоматического управления. Энергия. Ленинградское отделение. 1970. 328 с.
- Габасов P.P., Кириллова Ф. М., Ружицкая Е. А. Решение классической задачи регулирования методами оптимального управления. М.:Автоматика и телемеханика, 2001. № 6 — С. 18−29.
- Гамынин Н.С. Гидравлический привод систем управления. М.: Машиностроение, 1972. — 376 с.
- Гамынин Н.С. Основы следящего гидравлического привода. М.: Государственное научно-техническое издательство ОБОРОНГИЗ, 1962. — 294 с.
- Гамынин Н.С., Жданов Ю. К., Климашин A.JL. Динамика быстродействующего гидравлического привода. М.: Машиностроение, 1979.-80 с.
- Демьянов В.Ф. К нахождению оптимального управления в задачах автоматического регулирования. // Вестник ЛГУ, 1965, т. 13, вып. 3. -С. 26−35.
- Дунаев В.И. Квазиоптимальные по быстродействию системы автоматического регулирования. М.: Энергия, 1970. 63 с.
- Иванов В. А., Фалдин Н. В. Теория оптимальных систем автоматического управления. М.: Наука, 1981. — 336 с.
- Кичатов Ю.Ф. Аналитический метод решения задачи оптимизации нелинейных систем одного класса // Автоматика и телемеханика, 1967, № 8, С.1348−1356.
- Клюев А.С., Колесников А. А. Оптимизация автоматических систем управления по быстродействию. М.: Энергоиздат, 1982. 237 с.
- Красовский Н.Н. Управление динамической системой. М.: Наука, 1985.-520 с.
- Кринецкий И.И. Регулирование двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1965. 232 с.
- Лазарев Ю.Ф. MatLAB 5.x. К.: Издательская группа BHV, 2000. — 384 с.
- Макаров Н.Н. Гарантированная точность в проектировании линейных следящих систем. //Известия высших учебных заведений. Серия «Электромеханика», № 7, 1980, С 661−722.
- Макаров Н.Н. Методы анализа и синтеза систем управления высокой динамической точности. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Тула, ТулГУ, 2001.
- Макаров Н.Н., Варнавский С. О. Гарантированная точность идентификации. Известия ТулГУ. Серия «Проблемы специального машиностроения «Выпуск 2. 1999. С 281−284.
- Макаров Н.Н., Варнавский С. О. Учёт малых постоянных времени при синтезе систем управления методом гарантированной точности // Известия ТулГУ. Серия «Вычислительная техника. Автоматика. Управление» Том 2. Выпуск 3. Управление. 2000. С 37−41.
- Макаров Н.Н., Макарова Н. Н. Синтез регулятора методом гарантированной точности. //ММЕЕ 12. Сб. трудов Международной научной конференции в 5-ти т. Т 5. Великий Новгород. Новгородский государственный университет. 1999. — С145−147.
- Макаров Н.Н., Макарова Н. Н. О методе гарантированной точности следящей системы. Сборник «Управление в технических системах», материалы научно-технической конференции. Ковров- КГТА, 1998. -С. 209−210.
- Макаров Н.Н., Макарова Н. Н. Построение областей достижимости для типовых задающих устройств в методе гарантированной точности. //Известия ТулГУ. Серия «Вычислительная техника. Автоматика. Управление» Том 1. Выпуск 3. Управление. 1999- С 131−140.
- Макаров Н.Н., Макарова Н. Н. Синтез регулятора методом гарантированной точности. Известия ТулГУ. Серия «Вычислительная техника. Автоматика. Управление» Том 2. Выпуск 3. Управление. 2000. С 41−52.
- Медведев В .С., Потёмкин В .Г. Со ntrol System Tool box. M.: «Диалог МИФИ». 1999 г. 287с.
- Методы автоматизированного проектирования нелинейных систем /Под ред. Топчеева Ю. И. М.: Машиностроение, 1993. — 575 с.
- Некоторые особенности динамики гидропривода /Прокофьев В.Н., Казмиренко В. Ф., Подпоркин Г. Е. и др. Вестник машиностроения, 1973, № 3.
- Олейников В.А., Смирнов Т. М. Оптимальное по быстродействию управление нелинейными объектами // Автоматика и телемеханика. 1970, № 12. С. 167−170.
- Основы автоматического управления. 3-е изд./ Под ред. B.C. Пугачева. -М.: Наука, 1974.-720 с.
- Основы проектирования следящих систем. Под редакцией Н. А. Лакоты. М.: «Машиностроение». 1978 г. 391 с.
- Пискунов Н. С. Дифференциальное и интегральное исчисление. М.: Наука, 1985.-360 с.
- Понтрягин J1.C., Болтянский В. Г., Гамкрелидзе Р. В., Мищенко Е. Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1976. -391с.
- Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука. ГРФМЛ. 1989. 304 с.
- Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1979. — 255 с.
- Прокофьев В.Н., Казмиренко В. Ф. Проектирование и расчет автономных приводов, /под ред. Прокофьева В. Н. М.: Машиностроение, 1978. — 232 с.
- Пупков К.А., Егупов Н. Д., Трофимов А. И. Методы теории автоматического управления. Учебное пособие/ Под ред. Н. Д. Егупова.- М.: Изд-во МГТУ им Н. Э. Баумана, 1998. 562 с.
- Пученков Н. В. Метод фазового годографа для систем с ограничителями в объекте управления и его применение для синтеза газовых рулевых приводов.: Дис. к-та техн. наук: 05.13.01. Тула, 1995.- 163 с.
- Рабинович Л.В., Петров Б. И., Терсков В. Г., Сушков С. А., Панкратьев Л. Д. Проектирование следящих систем. М.: Машиностроение, 1969. -500 с.
- Садовой А.В., Сухинин Б. В. Сохина Ю.В. Системы оптимального управления прецизионными электроприводами. Киев.: ИСИМО. 1996 г. 298 с.
- Самарский А.А., Гулин А. В. Численные методы. М.: Наука. — 1989. -432 с.
- Системы силовых следящих приводов / В. Ф. Казмиренко, А. Г. Лесков, В.А. Введенский- под ред. В. Ф. Казмиренко. М.: Энергоатомиздат, 1993.-304 с.
- Следящие приводы: В 3-х т. 2-е изд., доп. и перераб. / Под ред. Б. К. Чемоданова. Т. 1: Теория и проектирование следящих приводов /
- Е.С. Блейз, А. Е. Зимин, Е. С. Иванов и др. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. — 904 с.
- Следящие приводы / Е. С. Блейз, Ю. А. Данилов, В. Ф. Казмиренко и др.- Под ред. Б. К. Чемоданова. М.: Энергия, 1976. 506 с.
- Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования. Книга 1. Математическое описание, анализ устойчивости и качества систем автоматического регулирования. Под ред. В. В. Солодовникова. М.: Машиностроение. 1967. 770 с.
- Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования. Книга 1. Анализ и синтез линейных непрерывных и дискретных систем автоматического регулирования. Под ред. В. В. Солодовникова. М.: Машиностроение. 1967. 682 с.
- Уткин В.И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления. -М.: Наука. 1981.-368 с.
- Фалдин Н.В. Достаточные условия оптимальности в одной задаче с ограниченными фазовыми координатами // Изв. вузов. Радиофизика, 1969. № 7. С. 1067−1075.
- Фалдин Н.В. Линейные быстродействия при ограниченных фазовых координатах // Автоматика и телемеханика, 1967. № 1. С. 23−33.
- Фалдин Н.В. Оптимальное по быстродействию управление линейным объектом//Изв. вузов. Электромеханика. 1981, № 2. С. 1351−1356.
- Фалдин Н.В. Синтез оптимальных по быстродействию замкнутых систем управления Тул. политехи, ин-т. Тула, 1990. — 100 с.
- Фалдин Н.В., Пученков Н. В., Руднев С. А. Фазовый годограф релейной системы при наличии ограничителя в объекте управления. // Системы управления и их элементы. Тула: ТулГТУ, 1994. С. 96 — 106.
- Фалдин Н.В., Руднев С. А. О существовании фазового годографа релейной системы // Моделирование и оптимизация систем автоматического управления. Тула: ТПИ, 1985. — С. 53 — 71.103
- Фалдин Н.В., Руднев С. А. Оптимизация в конечномерном пространстве. Тула. Тульский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт. 1986. 72 с.
- Фельдбаум А.А. Основы теории оптимальных автоматических систем. М.: Физматгиз, 1963. 552 с.
- Фельдбаум А.А., Бутковский А. Г. Методы теории автоматического управления. М.: Наука. ГРФМЛ. 1971. 744с.
- Цыпкин Я.З. Релейные автоматические системы. М.: Наука, 1974. -576 с.
- Чемоданов Б.К. Следящие приводы. Книга первая. М.: Энергия, 1976. -480 с.
- Чемоданов Б.К. Следящие приводы. Книга вторая. М.: Энергия, 1976. -384 с.