Алгоритмы цифрового управления для увм

Адаптивные цифровые алгоритмы

Идея самонастройки состоит в том, что на вход объекта или регулятора подается чисто периодический пробный сигнал. Частоту этого сигнала определяют таким образом, чтобы она соответствовала резонансной частоте замкнутой системы.

Процесс самонастройки носит итеративный характер, так как при каждом перерасчете параметров ПИ-регулятора значение резонансной частоты меняется.

Целью самонастройки является расчет таких параметров, при которых на частоте.

wgh=whtp.

в системе обеспечивается показатель колебательности М=1,6.

Рассмотрим принцип адаптивного регулятора с частотным разделением каналов управления и самонастройки. Идея частотного разделения каналов управления и самонастройки состоит в исключении из рабочего спектра частот основного контура регулирования (полосы пропускания системы) одной или нескольких частот и направления этих гармоник для идентификации динамических характеристик объекта или разомкнутой системы.

Технически эта идея реализуется путем включения в основной контур системы цифрового заграждающего фильтра настроенного на частоту пробных синусоидальных колебаний, подаваемых на вход объекта или регулятора (рис.1).

Для схемы представленной на рисунке 1. а при разомкнутом основном контуре можно определить одну точку АФХ объекта управления.

Для схемы представленной на рисунке 1. б при разомкнутом основном контуре можно определить одну точку АФХ разомкнутой системы.

Рис. 1.а.

На схемах представленных на рисунке 1 введены следующие обозначения:

ГСК — генератор синусоидальных колебаний, ЗФ — заграждающий фильтр, ПИ — ПИ-регулятор, ОУ — объект управления.

Для первой схемы расчет параметров ПИ-регулятора производится по формулам Зиглера Никольса:

Т =Т / 1.2.

К =0.45К =0.45 А / А Заграждающий фильтр второго порядка работает по следующему алгоритму:

У (К)=-c*У (К-2)+b*(У (К-1)-У (К-1))+a*(У (К-2)+У (К)).

Коэффициенты фильтра через нормированный период N пробных колебаний по формулам а=(1+W)/f,.

W=ctg (p/N),.

b=2*(1-W)/f,.

с=(1-W/D +W)/f,.

f=1+W/D +W,.

где Dдобротность фильтра.

Нормированный период связан с частотой пробных колебаний соотношением.

w=2p/(N*T).

Показано, что использование фильтров более высокого порядка нецелесообразно в связи с появлением слишком больших фазовых искажений, резко уменьшающих запасы устойчивости в системе.

На основе этого принципа разработан ряд новых алгоритмов самонастройки типовых регуляторов и регуляторов состояния для объектов с запаздыванием. На рисунке 2 представлена структурная схема адаптивного ПИ-регулятора, построенный на основе принципа частотного разделения. На них приняты следующие обозначения:

Р — настраиваемый ПИ-регулятор, ЗФ — заграждающий фильтр, ОУ — объект управления, СД — синхронный детектор, БФАЧ — блок фазовой автоподстройки частоты, Г — генератор пробных колебаний, ВБ — вычислительные блоки.

Рис. 2.

Для возбуждения колебаний в выходном сигнале объекта на его вход от цифрового генератора подается чисто периодический сигнал. Амплитуда этого сигнала выбирается в диапазоне от 5 до 15 процентов с целью получения достаточно заметной амплитуды колебаний выхода от 0,3 до 1,5 процентов. Важным является перестройка генератора на частоте пробных колебаний. Такую перестройку осуществляет блок фазовой автоподстройки частоты.

В этом блоке осуществляется сравнение установившегося значения фазы колебаний для текущей частоты с фазовым сдвигом.

v =-p.

Если текущий фазовый сдвиг меньшеp, то частота генератора должна увеличиваться. Оценку установившегося значения амплитуды и фазы колебаний осуществляет блок синхронного детектирования. По достижении заданной фазы колебаний, через ВБ осуществляется расчет параметров настройки ПИ-регулятора. В это же время перестроение заграждающего фильтра осуществляется при каждой смене w. В данном случае работает система слежения за фазовым сдвигом в ОУ и при изменениях параметров ОУ фаза колебаний будет удерживаться на уровне v. Это гарантирует непрерывную настройку параметров регулятора под изменяющиеся характеристики объекта управления.