Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие современной теории автоматического управления тесно связано с разработкой и исследованием различного рода адаптивных систем, позволяющих качественно улучшить характеристики системы в условиях действия на нее внешних возмущающих факторов.
Среди общего множества адаптивных систем выделяется класс систем параметрического управления - систем, в котррых управление осуществляется целенаправленным изменением параметров управляющего устройства или параметров объекта управления. В свою очередь, среди систем параметрического управления как подкласс можно выделить системы с так называемым логометрическим принципом управления, отличительной чертой которых является замыкание обратной связи с помощью операции деления. Одним из основных преимуществ этих систем является возможность решения известного противоречия между точностью и устойчивостью простыми как системо- так и схемотехническими методами. Указанное преимущество позволяет выделить приорететную область их использования в различного рода системах автоматического регулирования объектами, статическая характеристика которых нелинейна и меняет свой вид в процессе работы.
Однако, несмотря на указанное достоинство, теория логометри-ческих систем развивается в рамках общей теории нелинейных систем, которая в настоящее время преодолевает ряд трудностей в создании единого подхода их анализа и синтеза. Итогом этого является тот факт, что в технике уже реализовано достаточно большое количество систем- с логометрическим принципом управления, а современная теория автоматического управления отстает в смысле разработки методов их анализа и синтеза. Кроме этого, существуют определенные трудности в применении известных методов исследования для большого класса систем с различными видами модуляции, которые в общем случае описываются в терминах параметрических систем и, в частности, систем с логометрическим принципом управления. В этой связи актуальной представляется задача создания практически применимых методов исследования и синтеза этих систем.
Целью работы является исследование и разработка структур автоматических систем с логометрическим принципом управления.
Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие основные задачи.
-
Анализ характерных структур управляющих устройств систем автоматического регулирования.
-
Исследование закономерностей построения управляющих устройств систем с логометрическим принципом управления.
-
Разработка вариантов регуляторов управляющего устройства логометрической системы управления.
-
Разработка аналитических методов исследования рассматриваемых систем.
'5. Разработка и исследование систем и устройств, относящихся к изучаемому классу.
Методы исследования. При решении задач исследования использовались известные положения и соотношения из области теории автоматического управления, математического анализа, численных методов, автоматизированного проектирования, теории измерений, теоретической электротехники, промышленной электроники. Достоверность теоретических исследований подтверждена данными натурных и численных экспериментов.
Научная новизна.
-
Сформулированы правила выделения звена сравнения и регулятора в управляющем устройстве систем с логометрическим принципом управления.
-
Предложены новые варианты регуляторов систем с логометрическим принципом управления. Новизна подтверждена решением на выдачу патента на изобретение Российской Федерации "Способ управления регулирующим элементом стабилизатора электрических сигналов".
-
Получены математические соотношения, определяющие ошибку управления в зависимости от вида внешних возмущающих воздействий и места их действия в структуре системы.
-
С использованием первого метода Ляпунова и метода гармонического баланса исследованы условия устойчивости рассматриваемой системы.
-
Предложен способ построения звена сравнения логометричес-ких управляющих устройств, позволяющий в ряде случаев простыми схемотехническими методами обеспечить устойчивость системы и практическую независимость вида переходного процесса от статического коэффициента передачи объекта управления.
Практическая ценность результатов. '
-
Предложенные правила выделения звена сравнения и регулятора нелинейных управляющих устройств позволяют сформулировать к ним. как к отдельным системам управления, необходимые требования и отдельно их синтезировать.
-
Предложенные новые варианты регуляторов содержат основные элементарные операторы систем параметрического управления, то есть позволяют использовать типовые блоки при синтезе логометри-ческих систем. Кроме этого, эти типы регуляторов обеспечивают астатизм системы, по крайней мере, первого порядка.
-
Полученное математическое описание ошибки управления позволяет анализировать величину этой ошибки в зависимости от вида внешних возмущающих факторов и места их действия в структуре системы. Сформулированы точностные требования к статическим характеристикам отдельных блоков системы для ее синтеза с целью получения заданной величины ошибки управления. Определено, соотношение между составляющими общей ошибки, позволяющее оценить работоспособность системы в целом.
-
Показано, что' условия устойчивой работы рассматриваемой системы не зависят от статического коэффициента передачи объекта управления, а определяются параметрами динамического блока регулятора. Разработана инженерная методика анализа устойчивости и даны рекомендации к синтезу логометрического управляющего устройства, позволяющие обеспечивать устойчивость системы в целом.
-
Разработаны и исследованы новые системы управления частотой вращения вала электродвигателя, стабилизатора приэлектродного потенциала гальванической ванны, системы управления импульсным источником вторичного электропитания, отличающиеся простым схемотехническим решением, но обладающие рядом преимуществ адаптивных систем.
-
Исследован стабилизатор переменного напряжения с логомет-рическим принципом управления. Показано, что использование предложенного способа построения звена сравнения управляющего устройства позволяет обеспечить условия его устойчивой работы для широкого класса объектов управления.
Реализация результатов. Разработанные в диссертационной рабо-. те устройства внедрены в ряде организаций, что подтверждено актами и справками об их использовании. ;
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на 4-й Всесоюзной конференции "Перспективы и опыт внедрения статистических методов в АСУТП" (Тула, 1990); на научно-практической конференции, посвященной 30-летию СФ МЭИ (Смоленск. 1991).
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 12 печатных работах, из которых 4 авторских свидетельства на изобретение и. кроме этого, имеется 1 решение на выдачу патента на изобретение Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 170 страницах, из них 143 страницы основного текста, содержит 58 рисунков. 1 таблицу и состоит из введения. 4 глав, заключения, списка литературы из 89 наименований и 3 приложений.
