Введение к работе
Актуальность темы. Эффективность современных управляемых комплексов вооружения в значительной степени определяется качеством исполнительных следящих приводов систем наведения. К ним предъявляются высокие требования по таким динамическим характеристикам, как точность и быстродействие. В качестве исполнительных приводов в основном используются высокоточные моментные электроприводы и силовые гидравлические приводы с объёмным регулированием скорости (практически не имеющие альтернативы при очень высоких мощностях). Приводы рассматриваемого класса, как правило, работают от автономных источников энергии, причём часто имеет место дефицит энергии. Поэтому весьма актуальной является задача экономии потребляемой приводом энергии.
Существуют различные подходы к решению этой задачи. Одно из направлений основано на повышении эффективности автономных источников питания за счёт применения различного рода накопителей энергии. В частности для электроприводов используются ёмкостные накопители. Для гидроприводов автономным источником энергии служит, как правило, дизельный двигатель. В этом случае роль накопителя механической энергии выполняет маховик.
Другой подход к решению обозначенной проблемы основан на синтезе оптимального закона управления, который позволяет снизить нерациональное потребление энергии приводами в переходных режимах, обусловленное рядом физических и конструктивных причин. Он также должен обеспечивать приемлемое быстродействие и точность в режиме слежения. При синтезе систем управления вооружением это позволяет, в свою очередь, снизить массогабаритные характеристики накопителей энергии, улучшает технико-экономические показатели комплексов.
Вопросам проектирования автономных следящих приводов с высокими динамическими характеристиками и минимизацией энергетических затрат посвящены работы А. Н. Геращенко, В. А. Полковникова, В. Г. Стеблецова. Большой вклад в развитие теории проектирования гидроприводов внесли Н. С. Гамынин, В. Н. Прокофьев. Синтезу и оптимизации гидроприводов посвящены работы, выполненные на кафедре САУ Тульского государственного университета Н. В. Фалдиным, Н. Н. Макаровым.
гас национальна*!
Актуальность диссертации заключается в том, что в настоящее время недостаточно разработаны методы синтеза оптимального управления не тененными динамическими системами, обеспечивающие снижение потребления энергии Такими системами являются электро- и гидроприводы современных комплексов вооружения.
Цель работы. Диссертация направлена на разработку методов синтеза оптимального управления электрическим приводом постоянного тока и объемным силовым гидроприводом, позволяющих наряду с обеспечением высокого быстродействия экономить потребляемую энергию.
Научная новизна работы.
Для линейных объектов управления и комплексного критерия вида
= const > О (і)
її доказана достаточность необходимых условий оптимальности (принципа максимума).
Для модельного объекта управления третьего порядка выявлена структура поверхности переключения, с помощью которой задается оптимальное управление, минимизирующее комплексный функционал.
Разработан алгоритм численного решения двухточечной задачи оптимального управления с линейным объектом управления и комплексньм критерием качества.
Разработан метод синтеза оптимального по комплексному критерию управления электроприводом постоянного тока. Применение комплексного критерия качества позволяет экономить потребляемую энергию.
Решена задача синтеза оптимального по быстродействию электропривода постоянного тока при наличии ограничителя тока и с выходом системы на режим слежения.
Разработан метод синтеза оптимального по быстродействию объемного силового гидропривода с минимизацией потребляемой энергии в переходных процессах.
Практическая ценность работы. Разработанные методы позволяют синтезировать приводы (электрические и гидравлические), которые наряду с высоким быстродействием (для гидроприводов с предельно достижимым быстродействием) обеспечивают экономию энергии Это очень важно для приводов, работающих от автономных источников энергии, которые обладают низким энер-
гозапасом. Именно такая необходимость (обеспечение высокого быстродействия с одновременной экономией энергии) возникает для приводов, используемых в управляемых комплексах вооружения. Разработанные методы приняты к внедрению для практического использования в ГУЛ «КБ приборостроения» (г. Тула). На защиту выносятся:
Теорема, доказывающая достаточность необходимых условий оптимальности по комплексному критерию качества.
Алгоритм численного решения двухточечной задачи оптимального управления с линейным объектом управления и комплексным критерием качества.
Метод синтеза оптимального управления электроприводом постоянного тока по комплексному критерию качества.
Синтез оптимального по быстродействию электропривода постоянного тока при наличии ограничителя тока и с выходом системы на режим слежения.
Метод синтеза оптимального по быстродействию закона управления гидроприводом с учётом фазового ограничения давления, метод позволяет, наряду с обеспечением предельно допустимого быстродействия, существенно снизить потребляемую в переходных процессах энергию.
Апробация работы. Основные результаты, полученные в работе, были изложены в докладах на региональной научно-технической конференции «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов» (2003 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы проектирования и производства систем и комплексов» (2003 г.), на I Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Идеи молодых - новой России» (2004 г.).
Публикации. По результатам исследований и разработок опубликовано 10 печатных работ в российских изданиях.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения, библиографического списка используемой литературы. Текст изложен на 125 страницах, включая 33 рисунка, библиографический список из 76 наименований и приложения на трёх страницах.
