Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из важных проблем теории автоматического управления является разработка методов синтеза сложных импульсных систем автоматического управления (САУ), содержащих нелинейные звенья.
В настоящее время разработано весьма большое число методов синтеза нелинейных импульсных систем. Существующие точные методы расчета систем автоматического управления (САУ) достаточно сложны и как правило используются для систем невысокого порядка. Приближенные методы расчета нелинейных импульсных САУ, в основном имеют особенности ограничивающие их применение определенным видом нелинейных характеристик.
При решении задачи синтеза импульсных систем управления, качество разрабатываемой САУ непосредственно связано с построением математической модели, которая должна адекватно отражать характерные черты и свойства синтезируемой импульсной САУ.
Применение импульсных регуляторов в контурах управления требует учета влияния амплитудно-импульсных модуляторов на динамические свойства системы в целом, как при анализе, так, что особенно важно, и при решении задачи синтеза параметров оператора управления. Особое значение имеет то обстоятельство, что существенное влияние на динамические свойства импульсных, дискретных и дискретно-непрерывных САУ оказывает конечная длительность замыкания импульсного элемента и форма импульса с выхода модулятора.
В теории импульсных систем существуют различные подходы к построению математической модели амплитудно-импульсного модулятора (АИМ), каждый из которых позволяет учитывать свойства АИМ в зависимости от задач конкретного исследования, но большинство из них существенно упрощают модель модулятора, что сказывается на получаемых при решении задачи синтеза результатах.
Цель работы заключается в:
разработке методов параметрического синтеза линейных и нелинейных САУ высокого порядка с амплитудной модуляцией сложной формы.
разработке математических моделей амплитудно-импульсных модуляторов, учитывающих конечную длительность замыкания импульсного элемента, и формы импульса на выходе импульсного элемента.
Методы исследования. При решении поставленных задач в работе использовались фундаментальные положения теории автоматического управленім, прямые методы решения вариационных задач, аппарат высшей алгебры, теория обобщенных функций, теория функциональных рядов и компьютерное моделирование.
Научная новизна. В диссертации новым, что внесено в решение проблемы разработки универсальных, имеющих общую математическую и методологическую основу, методов синтеза линейных и нелинейных импульсных систем:
обобщенный метод Галеркина распространен на решение задачи параметрического синтеза линейных импульсных САУ высокого порядка с амплитудной модуляцией сложной формы;
обобщенный метод Галеркина распространен на решение задачи параметрического синтеза нелинейных импульсных САУ высокого порядка с амплитудной модуляцией сложной формы;
разработаны математические модели импульсных элементов, формирующих на выходе модулированные по амплитуде последовательности различных треугольных импульсов;
разработаны математические модели импульсных элементов, формирующих на выходе модулированные по амплитуде последовательности различных трапецеидальных импульсов.
Практическая ценность и реализация в промышленности. Предложенные в работе модели, методы и алгоритмы параметрического синтеза линейных и нелинейных импульсных САУ высокого порядка с амплитудной модуляцией сложной формы являются теоретической основой для прикладного программного обеспечения, используемого при создании систем автоматизированного проектирования амплитудно-импульсных систем.
Полученные результаты использованы в ходе выполнения научных исследований по проекту «Исследование установившихся и переходных режимов автономной электроэнергетической установки со сверхпроводниковым оборудованием и системой криогенного обеспечения», проводимых в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)» [15-19], а также нашли отражение в учебном пособии [10] и внедрены в учебный процесс ГУАП подготовки специалистов высшего профессионального образования по специальностям 220201 «Управление и информатика в технических системах», 220402 «Роботы и робототехнические системы», 140601 «Электромеханика».
Положения диссертационной работы, выносимые на защиту:
алгоритм параметрического синтеза линейных импульсных САУ высокого порядка с амплитудной модуляцией сложной формы;
алгоритм параметрического синтеза нелинейных импульсных САУ высокого порядка с амплитудной модуляцией сложной формы;
математические модели сложных импульсных модуляторов.
решение задачи параметрического синтеза нелинейной импульсной системы автоматического управления электроэнергетической установки с применением предложенных моделей и алгоритмов.
Апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 21 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах из списка ВАК; алгоритм программного комплекса зарегистрирован в ФГНУ «ГКЦИТ». Результаты диссертационной работы нашли отражение в учебном пособии «Моделирование элементов и устройств электромеханических систем» (ГУАП, 2007г.). Отдельные этапы работы докладывались на Международном симпозиуме «Аэрокосмические приборные технологии» АПТ 2004 (Санкт-Петербург, 2004г.), на VII Всероссийской научной конференции «Нелинейные колебания механических систем» (Нижний Новгород, 2005), на XI международной конференции «Волновая электроника» (Санкт-Петербург, 2008), на научно-технических конференциях «Завалишинские чтения» ГУАП 2007, 2008гт, на VII—IX научных сессиях аспирантов и соискателей ГУАП 2004,2005,2006гг.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка (52 наименования) и приложения. Основной текст работы содержит 115 страниц машинописного текста, включая 59 рисунков.
