Влияние нелинейности объекта управления и пути уменьшения

Объекты управления в полуавтоматических системах представляют собой совокупность динамических элементов, которые осуществляют некоторое функциональное преобразование между входным и выходным сигналом. Вид динамических элементов определяет вид системы, в состав которой они входят. Влияние на эффективность слежения параметров объекта управления, описываемого линейными дифференциальными уравнениями первого и второго порядка с постоянными коэффициентами, рассмотрено ранее [4].

Большой класс, имеющий широкое распространение на практике, составляют нелинейные системы управления. Нелинейной называется система, у которой хотя бы для одного элемента не выполняется принцип суперпозиции. Так, например, если объект управления содержит механические передачи или гидравлические приводы, то имеет место момент сопротивления управляющему усилию, вызванный моментами сухого и вязкого трения. Моделью такого явления служит так называемая зона нечувствительности.

Процессы, протекающие в нелинейных системах, и их собственные движения гораздо сложнее процессов и движений в линейных системах. Особые трудности представляет исследование функционирования полуавтоматических нелинейных систем управления, так как до настоящего времени не изучены вопросы, связанные с особенностями деятельности в них человека-оператора.

Для исследования влияния нелинейности характеристик объекта управления на качество выполнения слежения был поставлен лабораторный эксперимент. В качестве модели операторской деятельности использовалось одномерное компенсаторное слежение (рис. 1). Входными сигналами, поступающими на систему, являлись гармонические колебания

35.Системы программного управления с шаговыми двигателями. Аппаратная и программная реализация.

Схема управления шаговым электроприводом (рис. 7-11) со­держит коммутатор К и усилитель мощности (УМ) в виде релей­ных усилителей У1 — УЗ, которые включают и отключают обмотки двигателя ШД.

Пусть триггеры Т2 и ТЗ находятся в единичном состоянии, а триггер Т1 в нулевом; тогда открыт релейный усилитель У1 и ток проходит по обмотке первой фазы. В этом состоянии подготовлены к пропуску импульсов со входа / ячейки И21, И41 и И51, а со входа // — ячейки JI22, И32, И62.

Если импульсы поступают по входу /, то первый импульс через ячейку И41 поставит триггер Т2 в «О», подтвердит состояние «О»

триггера 77 через ячейку И21 и состояние «1» триггера ТЗ через ячейку И51. Таким образом, после прохождения первого импульса под током будут находиться фазы 1 « 2. Второй импульс пройдет через ячейки ИИ, И41 и И51, поставит триггер 77 в «1», подтвер­дит «О» триггера Т2 и «1» триггера ТЗ. После второго импульса прекратится ток в фазе /, а фаза 2 останется под током. При прохо­ждении шести импульсов по входу / соблюдается порядок ком­мутации токов в фазах: 1—/, 2—2—2, 3—3—3, 1. Если импульсы поступают по входу //, то они попадают иа триггеры через схемы совпадений второй группы И12, И22, И32, И42, И52, И62 и обес­печивают обратный порядок коммутации 1—1, 3—3—3, 2—2—2, 1.

Связь воспроизводящей и программно-задающей частей по­зиционной системы ЧПУ с ШД иллюстрируется функциональной схемой рис. 7-12. Числовая программа П через устройство ввода (УВ) вводится в счетчик Сч. По окончании записи цифровой ин­формации и формирования команды пуска в прямом (В) или об­ратном (Н) направлении откроется схема совпадения И1 и импуль­сы от генератора ГТИ начнут поступать через ячейку И2 и ИЗ на распределитель импульсов (РИ) и одновременно на вход вы­читания счетчика Сч. При отработке числа шагов, заданного про­граммой, счетчик будет установлен в нуль н на выходе схемы ИЛИ — НЕ появится логическая единица. Триггер Т установится в нулевое состояние, и дальнейшее поступление импульсов на счетчик и схему управления ШД прекратится. Скорость ШД может устанавливаться и изменяться в цикле позиционирования с по­мощью блока задания скорости, представляющего собой управляе­мый делитель частоты (иа схеме не показан).

Схема, подобная рассмотренной, может строиться по замкну­тому принципу. Тогда движение ИО контролируется импульсным датчиком положения и списывание со счетчика осуществляется импульсами датчика по каналу 6 (штриховые линии на рис. 7-12

36.Общие вопросы организации адаптивного управления. Беспоисковые и поисковые системы.Функциональная схема адаптивной АСУ ЭП показана на рис. 9-1. Основная часть системы включает в себя объект управления (ОУ) и регулятор (Р), охваченные обратной связью. В качестве основной части системы может рассматриваться любая автоматическая си­стема управления нестационарным электроприводом, которая была рассмотрена в предыдущих главах. Реализация адаптивного управ­ления производится в системе дополнительным блоком адаптивного Управления (БАУ), который включает в себя блок обработки ин­формации о текущем состоянии объекта управления или всей системы и блок перенастройки параметров регуляторов в соответ­ствии с принятым критерием качества работы адаптивной системы.Беспоисковые адаптивные системы

Эталонные модели в той или иной форме используются в боль­шинстве беспоисковых адаптивных АСУ ЭП. В качестве таких моделей могут быть применены: модели замкнутой или разомкнутой системы; модели части системы, в которой находятся нестацио­нарные параметры; наконец, могут быть заданы определенные ве­личины, являющиеся эталоном для конкретных условий работы нестационарной системы. В некоторых случаях модель может быть задана не в явной форме, но ее присутствие предопределяет работу беспоисковой адаптивной системы.

Разновидности беспонсковых систем, в которых эталонные мо­дели присутствуют в явном виде, получили название систем с эта­лонными моделями. Простейшие структурные схемы таких систем показаны на рис. 9-3, а, б. Сигнал у_м на выходе эталонной модели, имеющей передаточную функцию Wм (Р), сравнивается с сигналом у на выходе системы. По разности этих сигналов вырабатывается корректирующее воздействие иа систему. В первом случае (рис. 9-3, а) вслед за изменением параметров объекта W₉ (p) изме­няются параметры корректирующего звена W_l (р). Во втором случае (рис. 9-3, б) формируется добавочный сигнал, параметры же звена W’₁ (p) остаются неизменными. Синтез звеньев W₂ (p), W’₂ (p) про­изводится в соответствии с требуемым качеством работы самонастра­ивающейся системы.

37. Системы управления соотношением скоростей исполнительных механизмов

Под термином “исполнительный механизм” в системе автоматического регулирования и дистанционного управления понимается автоматическое устройство, осуществляющее перемещение конечного звена системы автоматики (регулирующего органа) в соответствии с сигналами, поступающими от чувствительного или управляющего элемента.

В общем случае исполнительные механизмы состоят из совокупности следующих элементов:

- исполнительного двигателя, служащего источником силового воздействия на регулирующий орган;

- передаточного или преобразовательного устройства (различного рода редукторы, муфты, храповики и т.д.), располагающегося между исполнительным двигателем и регулирующим органом системы и служащего для получения определённой скорости, направления и характера его движения;

- узла конечных выключателей, осуществляющего автоматический останов или переключение исполнительного механизма в конечных или промежуточных положениях;

- системы управления, включающей аппаратуру пуска, реверсирования, останова, регулирования скорости, защиты и сигнализации.

В ряде случаев в функциональную схему исполнительного механизма может входить усилительный элемент, служащий для преобразования сигнала, передаваемого к исполнительному двигателю, и получения, в следствии этого, больших перестановочных усилий в нём; устройства обратной связи по положению и скорости выходного звена исполнительного механизма; указатель положения и др. Общая функциональная схема исполнительного механизма представлена на рис.1.

Часто электрические, пневматические и гидравлические исполнительные механизмы называют приводами. Для гидравлических механизмов, использующих в качестве энергоносителя масло, иногда в литературе употребляются термины “сервомеханизм”, “сервопривод”, “сервомотор”. Сервомеханизмом, или сервомотором называется совокупность устройств, использующих для усиления энергию от постороннего источника и воспроизводящих с возможно меньшей ошибкой на выходе маломощные управляющие сигналы, поданные на его вход.

Общие требования, предъявляемые к исполнительным механизмам

Исполнительный механизм, работающий в системе автоматического регулирования, должен не только совершать работу по перемещению регулирующего органа, но и обеспечивать это перемещение с возможно меньшими искажениями законов регулирования, формируемых регулирующим устройством. Поэтому одним из основных требований, предъявляемых ко многим исполнительным механизмам, является обеспечение быстродействия и необходимой точности. К исполнительным механизмам предъявляется также ряд требований конструктивного, эксплуатационного и экономического характера. Они выражаются в следующем:

- исполнительный механизм должен иметь минимальные габариты и вес, быть конструктивно простым, обладать высокой надёжностью, а также обеспечивать плавность и равномерность движения приводного механизма;

- исполнительный механизм должен быть безопасен в эксплуатации, устойчив в работе, обеспечивать постоянство скорости перемещения регулирующего органа, а также возможность регулирования скорости и крутящего момента;

- исполнительный механизм должен иметь устройство защиты для предохранения регулирующего органа от перегрузок и поломок, а также систему ручного управления на случай возможных отказов в схеме управления приводом при нарушении энергоснабжения.

Основными показателями исполнительных механизмов являются:

- номинальные значения вращающего момента на выходном валу исполнительного механизма или усилия на его выходном штоке;

- максимальное значение вращающего значения на выходном валу исполнительного механизма или усилия на выходном штоке. Эти значения определяют наибольшие нагрузки, которые данный исполнительный механизм вообще может преодолеть;

- к. п. д. – отношение максимально полезной мощности на выходе исполнительного механизма к мощности, отбираемой от источника энергии;

- постоянная времени – параметр, характеризующий инерционность исполнительного механизма. Этот показатель определяет величину быстродействия исполнительного механизма в системе автоматического регулирования;

- время оборота выходного вала исполнительного механизма или хода его штока.

Помимо вышеперечисленных показателей, для всех исполнительных механизмов одними из важнейших показателей являются их различные динамические и статические характеристики. Знание этих показателей позволяет осуществить правильный выбор исполнительного механизма для конкретных систем регулирования и управления.