Слаботочка Книги

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 [120] 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130

ГЛАВА ОДИННАДЦАТА!)

СИНТЕЗ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ

11-1. ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ О СИНТЕЗЕ АСУ ЭП

С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ

В системах автоматизированного проектирования (САПР) о при-менгаием электронных вычислительных машин одним из важнейших этапов является первичная стадия проектирования. На первичной стадии закладывается основной фундамент инженерного решения задачи, а именно осуществляется поиск оптимальных структур, характеристик и законов управления проектируемой АСУ ЗП, т. е. происходит ее синтез. От правильности решения этой задачи в значительной степени зависит успех работы проектировщика, так как именно иа першчной стадии проектирования чаще всего принимаются ошибочные решения, влияющие на последующие этапы проектирования, изготовления, наладки и эксплуатации изделия.

В настоящее время развитие теории и практики построения АСУ ЭП привели к тому, что большинство их представляет собой нелинейные динамические системы. Лишь ограниченный класс АСУ ЭП при вполне определенных режимах может быть приведен к линейным системам и рассчитываться или исследоваться методами линейной теории регулирования.

Вместе с тем развитие теорий и методов синтеза, и особенно синтеза нелинейных систем управления, в значительной мере отстает от практики. Еще более отстает от потребностей практики развитие методов синтеза систем управления с применением АВМ и ЦВМ. В настоящее время имеется ряд разработок, даюшд1Х возможность решать лишь ограниченный круг частных задач синтеза АСУ.

Это объясняется тем, что задача синтеза АСУ как по своей постановке, так и по решению принципиально многозначна: в процессе синтеза неизбежно приходится решать вариационные поисковые задачи и из всех возможных решений выбирать наиболее оптимальное, простое и физически реализуемое. Последнее достигается с одной стороны, заданием части структуры, численных значений параметров и характеристик отдельных звеньев системы на основе тех: нли ииых инженерных соображений, с другой стороны, - наложением некоторых условий на поведение системы (например, ограничение координат системы, ограничение управляющих воздействий) и, наконец, последовательным направлением вариационным поиском оптимального решения уже в локальной сфере возможных вариаций (локальное пространство состояния).

Наиболее общий и полный характер носят разработки методов синтеза нелинейных АСУ с применением ЭВМ, выполненные иа кафедре электропривода ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина). В основу этих разработок положена инверсия алгоритма численного

Атпяа последовательного типа, достаточно подробно рассмотрен- So в § 10-6 и 10-7.

Алгоритм метода синтеза основан на последовательном, поэлементном синтезе системы от выхода к ее входу, причем за элементарные звенья системы принимаются звенья, движение которых описывается уравнениялш состояния (уравнения первого порядка в нормальной форме Коши) вида (10-23). Этот метод не имеет ограничений как по числу, так и по виду нелинейн остей, а уровень развития современной вычислительной техники позволяет производить расчеты АСУ без ограничений по точности расчета, по порядку дифференциальных уравнений и числу нелинейиостей.

В соответствии с рассматриваемым алгоритмом синтез осуществляется по заданной целевой функции на выходе системы, которой (в частности, для электромеханических систем - электрического привода) может быть желаемая динамическая характеристика, показатели качества динамических характеристик (проекции многомерной фазовой траектории системы [4]) или заданный критерий оптимальности.

Поскольку алгоритм синтеза предусматриваэт широкое использование проекций многомерной фазовой траектории [4] и реальных статических характеристик звеньев и связей системы 13; 4; 5], то при машинном проектировании весьма удобным оказывается выведение на экран осциллографа (при использовании АВМ) или дисплея (при использовании ЦВЛ1) соответствуюшнх графиков, что облегчает решение вариационных поисковых задач в диалоговой системе человек-ЭВЛЬ.

Синтез управляюиц1х устройств систем электроприводов может осуществляться при заданнойли искомой структуре управляющего устройства, при заданной или искомой функции управления на входе системы. Во всех случаях исходным для синтеза управляющего устройства является закон управления объектом, определяемый на базе исходного задания на проектирование (целевой функции) и известной структуры объекта упомянутым выше методом поэлементного синтеза.

При известной (заданной) структуре управляющего устройства электропривода осуществляется параметрический или параметрически-функциональный синтез, причем, даже в этом простейшем случае, требование оптимизации приводит к неизбежному решению вариационных поисковых задач. При искомой структуре управляющего устройства осуществляется структурно-параметрический или структурно-параметрический и функциональный синтез, т. е. ° процессе синтеза для каждого элементарного звена определяется исло, вид и место включения управляющих связей, общая струк-ра звена, характеристики и численные значения параметров, также функция управления звеном,- являющаяся исходной для интеза последующего (по ходу синтеза) элементарного звена.

Прл известном входном управляющем воздействии на систему ача Синтеза может решаться ходом справа (от выхода к входу

системы) и слева (от входа к выходу системы), что особенно удобно пп ранении задач идентификации, синтезе компенсационных регу. лятороБ или промежуточных звеньев системы.

Численные значения параметров звеньев и связей определяются на базе простейших соотношений, связывающих параметры с видом и положением характеристик, а также инерционными коэффициент тами передачи звеньев, задаваемыми заранее или определяемыми в процессе синтеза. Эта операция осуществляется расчетчиком или автоматизируется, причем без особых затруднений.

Рассматриваемый алгоритм позволяет создать микропрограммы (модули) для решения разных типовых задач при различной их постановке, что даст возможность организовать общую программу синтеза по модульному принципу.

Заметим, что синтез АСУ наиболее эффективен в диалоговом режиме испальзоваиия ЭВМ, т. е. в таком режиме, когда оператор, получив от ЭВМ промежуточную информацию, анализирует ее и иа основании результатов анализа корректирует или направляет дальнейшую деятельность ЭВМ. Как указывалось выше, этот режим наиболее удобно осуществлять при использовании экранов электронных осциллографов (для АВМ) илн дисплеев (для ЦВМ).

Опыт решения различных задач синтеза показывает, что с использованием АВМ и упомянутого выше алгоритма могут решаться различные задачи синтеза линейных и нелинейных структур. Однако, с точки зрения точности решения и трудоемкости его, применение АВМ для решения задач синтеза сложных структур в системах высокого порядка является малоэффективным. Более эффективно в этом отношении применение ЦВМ.

В соответствии с этими соображениями, а также ввиду ограниченности объема излагаемого раздела в настоящей книге рассматривается синтез АСУ ЭП только применительно к использованию ЦВМ.

11-2. СИНТЕЗ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ НА ЦВМ

Обобщенный алгоритм синтеза нелинейных АСУ ЭП на ЦВМ включает в себя три основные задачи: а) функциональный синтез, Б ходе которого при заданной структуре и параметрах звеиа или системы в целом определению подлежит функция управления на входе звена или системы; б) параметрический синтез, в ходе которого при заданных структуре и входном воздействии на звено определению подлежат искомые параметры звена (или группы звеньев); в) структурно-параметрический синтез, в ходе которого прн заданных законах измерения координат на входе и выходе элементарного звена определению подлежат структура, характеристики и параметры звена, а при заданной основной структуре звена - число, вид и место включения дополнительных связей, реализуюи;их заданную передаточную функцию звеиа.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 [120] 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130