Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Системный анализ методов виброиспытаний и синтез адаптивных алгоритмов формирования вибрационных воздействий на автомобиль и его узлы Кокорев Дмитрий Юрьевич

Системный анализ методов виброиспытаний и синтез адаптивных алгоритмов формирования вибрационных воздействий на автомобиль и его узлы
<
Системный анализ методов виброиспытаний и синтез адаптивных алгоритмов формирования вибрационных воздействий на автомобиль и его узлы Системный анализ методов виброиспытаний и синтез адаптивных алгоритмов формирования вибрационных воздействий на автомобиль и его узлы Системный анализ методов виброиспытаний и синтез адаптивных алгоритмов формирования вибрационных воздействий на автомобиль и его узлы Системный анализ методов виброиспытаний и синтез адаптивных алгоритмов формирования вибрационных воздействий на автомобиль и его узлы Системный анализ методов виброиспытаний и синтез адаптивных алгоритмов формирования вибрационных воздействий на автомобиль и его узлы Системный анализ методов виброиспытаний и синтез адаптивных алгоритмов формирования вибрационных воздействий на автомобиль и его узлы Системный анализ методов виброиспытаний и синтез адаптивных алгоритмов формирования вибрационных воздействий на автомобиль и его узлы Системный анализ методов виброиспытаний и синтез адаптивных алгоритмов формирования вибрационных воздействий на автомобиль и его узлы Системный анализ методов виброиспытаний и синтез адаптивных алгоритмов формирования вибрационных воздействий на автомобиль и его узлы
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Кокорев Дмитрий Юрьевич. Системный анализ методов виброиспытаний и синтез адаптивных алгоритмов формирования вибрационных воздействий на автомобиль и его узлы : дис. ... канд. техн. наук : 05.13.01 Самара, 2006 166 с. РГБ ОД, 61:07-5/1237

Содержание к диссертации

Введение

1 Анализ методов и средств проведения вибронспытаний 13

1.1 Обзор способов виброиспытшшй автомобилей 13

1.2 Анализ эксплуатационных вибрации узлов автомобиля 20

1.2.1 Источники эксплуатационных вибраций автомобиля 20

1.2.2 Исследование характеристик основных видов реакции узлов автомобиля на вибрационные воздействия 23

1.3 Анализ методов управления виброиспытаниями 25

1.3.1 Постановка задачи управления виброиспытаниями 25

1.3.2 Анализ особенностей применения адаптивного подхода для управления виброиспытаииями 28

1.3.3 Классификация адаптивных систем 34

1.3.4 Выбор семейства моделей для формирования управляющих воздействий в реальном масштабе времени 37

1.4 Обзор и сравнительный анализ существующих систем управления виброиспытаниями 41

1.4.1 Обзор существующих систем управления вибростендами . 41

L4.2 Анализ требований к системе управления стендовым обору дованием 44

1.4.3 Постановка проблемы выбора платформы для реализации системы управления 46

1.4.4 Сравнительный анализ операционных систем реального времени 49

1.4.5 Обоснование выбора программно-аппаратной платформы . 55

1.5 Выводы 57

2 Синтез и анализ алгоритмов адаптивного управления вибро испытаниями 61

2.1 Анализ особенностей адаптивных моделей управления вибро испытаниями 61

2.2 Синтез и анализ алгоритмов построения моделей адаптации 63

2.21 Синтез и анализ алгоритма построения СС-модели 0-го порядка 63

2.2.2 Синтези анализ алгоритма построения АР-СС модели с трендом 0-го порядка 66

2.2.3 Синтез и анализ рекурсивного алгоритма построения СС модели с трендом 0-го порядка и звеном чистого запаздывания . 71

2.2.4 Синтез и анализ рекурсивного алгоритма построения АР-СС модели с трендом 0-го порядка и звоном чистого запаздывания 77

2.3 Анализ алгоритмов контроля качества управления 81

2.4 Анализ начального этапа вычислений параметров моделей , . 83

2.5 Выводы 85

3 Разработка системы управления виброиспытаниями 89

ЗЛ Анализ предметной области и разработка структуры системы управления 89

3.2 Разработка подсистемы ядра системы управления 95

3.2.1 Разработка структуры ядра системы управления 95

3.2.2 Выделение стадий рабочего цикла процесса управления 102

3.2.3 Разработка модуля управления 103

3.2.4 Разработка библиотеки моделей-алгоритмов управления , 105

3.2.5 Построение алгоритма работы контуров управления 108

3.3 Разработка подсистемы взаимодействия с аппаратурой 111

3.3.1 Разработка структуры подсистемы устройства сопряжения 111

3.3.2 Разработка алгоритма процедуры обмена данными с УСО в синхронном режиме 118

3.3.3 Анализ проблемы различия динамических диапазонов сигналов на разных стадиях процесса испытаний 122

3.4 Выводы 123

4 Экспериментальное исследование системы управления виб роиспытаниями 127

4.1 Разработка методики выбора структуры и начальных значений параметров адаптивной модели 127

4.2 Синтез имитационной модели двухмассовой механической системы 131

4.3 Выбор вида адаптивной модели и оценка ее начальных параметров 13G

АЛ Выводы 140

5 Заключение 142

Приложение А Акт внедрения в НТЦ ОАО «АвтоВАЗ» 161

Приложение Б Результаты проведенных экспериментов 163

Введение к работе

Актуальності» темы исследований. Одним из основных методой, применяемых при разработке или оценке пригодности автомобилей, их узлов и деталей к нормальной эксплуатации, являются виброиспытания. Наиболее качественные результаты предоставляют натурные испытания автомобилей на испытательных полигонах в условиях, приближенных к эксплуатационным. Однако их проведение требует существенных затрат времени, материальных и трудовых ресурсов, жесткой привязки к погодным условиям и песет недостаточную стабильность повторяемости входных воздействий от дороги (это обусловлено невозможностью обеспечения идентичных погодных условий и микропрофиля дороги при повторных испытаниях), что приводит к невозможности применения этого вида испытаний в объеме, необходимом для полного обеспечения потребностей инженеров-конструкторов. В настоящее время все мировые производители автомобильной техники стараются минимизировать объем дорожных испытаний в пользу проведения испытаний в лабораторных условиях с использованием вибростендового оборудования, лишенного подобных недостатков. При этом широко применяются подходы, основанные на классических методах виброиспытаний, когда используются случайные широкополосные, гармонические и ударные профили вибровоз-действий или их комбинации [44, 43, 41, 42]. Целью испытаний обычно является выявление механических дефектов и(или) ухудшения заданных характеристик, определение степени годности испытываемых образцов к воздействию вибраций заданной степени жесткости, определение эргономических характеристик автомобиля - интенсивности и характеристик вибрации в салоне п непосредственно на сиденьях водителя и пассажиров.

Тщательное испытание узлов и деталей автомобиля часто требует использования таких форм управляющих воздействий, которые являются более сложными и реалистичными, чем в классических методах виброиспытапий. Вибрация, испытываемая автомобилем, является сложной средой возбуждения. Во время движения он подвергается воздействию случайных, цикличе-

ских и переходных вибраций. Механическое напряжение, вызываемое вибрацией, проявляется в различных комбинациях, интенсивность которых зависит от динамических характеристик конструкции автомобиля и дорожного покрытия. Это приводит к тому, что выводы, сделанные по результатам виброислытаний, основанных на классических методах, в большей своей части ие согласуются с последствиями эксплуатации автомобилей в реальных условиях [59], Поэтому возникает необходимость генерации таких сигналов возбуждения вибраций, которые обладают определенными характеристиками, согласующимися с характеристиками вибраций, возникающих в реальных дорожных условиях. Эта задача решается в рамках стендовых испытаний, основанных па моделировании вибраций реального мира. Цель управления в процессе такого вида испытаний состоит в следующем: необходимо в заданных точках конструкции обеспечить заданный целевым профилем закон изменения во времени соответствующих физических параметров. Под физическими параметрами тут следует понимать механические напряжения, деформации или ускорения, возникающие в указанных точках конструкции в результате вибровоздействий.

. При такой формулировке, задача приобретает системный характер, поскольку ддя своей постановки и решения она требует в едином контексте классифицировать реальные вибрации в рамках области исследования> выявить и обобщить основные их характеристики, проанализировать существующие классы моделей и методов моделирования таких сигналов, согласующихся с требованиями, диктуемыми техническими условиями испытаний и эксплуатации автомобилей, разработать алгоритм формирования возбуждающих воздействий с учетом нестациопарпости и нелинейности характеристик испытываемых объектов. Успешное решение этой задачи позволит воспроизводить в лабораторных и производственных условиях режимы воздействия на автомобиль и его агрегаты, адекватные реальным, максимально приблизить стендовые вибровоздействия к эксплуатационным воздействиям. Более реалистичные результаты стендовых виброиспытаний, в свою очередь, значительно повысят качественные характеристики сделанных на их основе вы-

водов и рекомендаций, позволят существенно сократить сроки проведения виброиспытаний, в том числе и за счет сокращения объема необходимых дорожных испытаний, снизят затраты па разработку продукции и ускорят ее вывод на рынок, что является острой проблемой отечественного автомобилестроения в условиях жесткой конкуренции со стороны иностранных производителей.

Все это подтверждает безусловную важность и актуальность задачи разработки и совершенствования методов, алгоритмических и технических средств для управления стендовым оборудованием и формирования управляющих вибровоздействий при проведении виброиспытапий, основанных на моделировании дорожных вибраций.

Целью диссертационной работы является системный анализ виброиспытаний и синтез адаптивных алгоритмов формирования вибрационных воздействий на автомобиль, его узлы и детали, а также разработка основанной на предложенных алгоритмах системы управления стендовыми испытаниями, имитирующими эксплуатационные вибрации.

Основные задачи. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

  1. Провести сравнительный анализ традиционных способов виброиспытаний и выявить направления повышения качества проведения стендовых испытаний, системно учитывающих достоинства и недостатки известных способов.

  1. Провести анализ вибровоздействий микропрофиля дорожного полотна па узлы и детали автомобиля, зафиксироваппых при проведении дорожных испытаний на специальных полигонах и выделить наиболее существенные свойства указанных вибрационных воздействий.

  2. Провести сравнительный анализ различных классов математических моделей и обосновать модели, наиболее соответствующие по свойствам ре-

шаемой задаче адаптации управляющих воздействий при проведении виброиспытаний. Соответствие по свойствам решаемой задаче означает: адекватность описываемым процессам, достаточную простоту для работы в реальном масштабе времени, линейность относительно параметров, наличие удобных методов решения в адаптационных задачах.

  1. Для выбранных математических моделей разработать и проанализировать пригодные для работы в реальном времени алгоритмы идентификации объекта и формирования сигналов возбуждения исполнительных механизмов вибростенда.

  2. Провести обзорный анализ известных методов и средств стендовых виброиспытаний и систем управленим вибро испытания ми, по результатам которого сформулировать технические требования к процессу проведения и желаемому качеству результатов стендовых виброиспытаний, предъявляемых современным уровнем автомобилестроения-

  3. Разработать объектную модель системы управления, включающую в себя: статические функцональные модели и динамические модели взаимодействия основных подсистем; структурные и динамические модели основных подсистем; алгоритмы реализации основных информационных процессов, протекающих в системе,

  4. Разработать систему управления стендовым оборудованием для проведения виброиспытаний автомобилей и их узлов, осуществить ее аппробацию и внедрение в производство,

  5. Разработать методику выбора множества моделей управления и их начальных параметров, пригодных, с точки зрения целей управления, к формированию фрагментов сигнала нагружения, имитирующих естественные дорожные вибровоздействия для различных объектов управления.

Методы исследования. Основные теоретические и экспериментальные исследования диссертационной работы выполнены с применением методов системного анализа, теории автоматического управления, теории алгоритмов,

методов имитационного моделирования, объектно-ориентированных методов анализа, методов анализа временных рядов, методов параметрической адаптации.

Научная новизна диссертационной работы характеризуется следующими результатами:

  1. На основе системного анализа проблемы виброиспытаний автомобилей предложен новый метод управления стендовыми виброиспытаниями, основанный па принципе параметрической адаптации алгоритма управления и формирования управляющего воздействия за один шаг дискретизации, что позволяет, в отличии от традиционных подходов, учесть дрейфы параметров аналоговых блоков и, пользуясь принципами квазилинейности и квазистаци-опарности, использовать линейные стационарные модели управления.

  2. Разработаны модели формирования управляющих вибровоздейетвий, основанные на адаптации модели авторегрессии и скользящего среднего к предметной области включением в структуру модели звена запаздывания и треидовой составляющей, что дает возможность учесть особенности цифро-аналоговых трактов передачи информации в вибростендовом оборудовании. Модели строится во временной области, что позволяет избежать проблемы стыковки соседних участков сигнала управления, характерной для спектральных методов управления,

  3. Синтезированы алгоритмы параметрической адаптации и формирования вибровоздействий, которые, в отличии от существующих, ориентированы на работу в реальном масштабе времени, что дает возможность их использования в рамках предложенного метода управления виброиспытаниями.

  4. На основе объектной декомпозиции структуры системы управления виброиспытаниями и анализа се внешних и внутренних информационных потоков, была построена объектная модель всей системы и выделена алгоритмическая составляющая управляющей подсистемы, что позволило построить расширяемое множество изоморфных объектов, реализующих алгоритмы па-

раметричсской адаптации и формирования управляющих воздействий.

5, Разработана методика формирования информационного банка, содержащего для каждого исследованного класса объектов множество допустимых, с точки зрения целей управления, моделей управления, их алгоритмов и начальных параметров.

Практическая ценность.

  1. Предложенный метод управления позволяет использовать при проведении виброиспытаний простые для реализации линейные стационарные мен дели формирования управляющих воздействий, что упрощает разработку и внедрение использующих его систем.

  2. Разработанная объектная модель системы управления может быть использована при проектировании программно-аппаратных комплексов управления стендовыми виброиспытания ми, позволяя существенно сократить сроки проектирования.

  3. Созданный информационный банк моделей и их начальных параметров дает возможность уменьшить сложность их выбора при наличии в этом банке информации по объекту управления, сходному по существенным, для целей управления, свойствам и признакам с исследуемым,

  4. Разработанная система управления виброиспытапиями может быть использована при организации стендовых испытаний новых и модернизированных автомобилей, их узлов и агрегатов автомобилей.

  5. Внедрение разработанной системы управления открывает перспективы сокращения материальных и временных затрат при проведении виброиспытаний, повышения их качества и уменьшения сложности подготовки и проведения.

G. Разработанные подходы, методы и модели можно использовать при проведении виброиспытаний в различных отраслях промышленности.

На защиту выносятся следующие положения:

L Метод управления стендовыми виброиспытаииями автомобилей, их узлов и деталей, позволяющий моделировать на стендовом оборудовании естественные вибровоздействия, основанный на принципе параметрической адаптации алгоритма управления и формирования управляющего воздействия за один шаг дискретизации.

  1. Модели формирования управляющих воздействий, основанные на адаптации модели авторегрессии и скользящего среднего к предметной области включением в структуру модели звена запаздывания и трендовдй составляющей и позволяющие учесть особенности цифро-аналоговых трактов передачи информации в вибростендовом оборудовании.

  2. Алгоритмы параметрической идентификации и формирования управляющих воздействий, ориентированные на работу в реальном масштабе времени при проведении стендовых виброиспытаний автомобилей,

  3. Объектная модель системы управления вибростендовым оборудованием, содержащая расширяемое множество изоморфных объектов, инкапсулирующих алгоритмы параметрической адаптации и формирования вибровоздействий,

  4. Методика формирования информационного банка, содержащего для каждого исследованного класса объектов управления множество допустимых, с точки зрения целей управления, алгоритмов и их начальных параметров.

Реализация результатоп работы- На основе проведенных исследований создана система управления виброиспытаниями «Стенд», применяемая для испытания подвесок автомобилей на испытательных стендах Триал Пост-1, код 06,22,693.033 и Триал Пост-2, код 06.22,627.033 в отделе доводки ходовой части управления проектирования шасси НТЦ ВАЗа. Созданная методика подготовки сигналов нагружения для ресурсных испытаний подвески автомобили внедрена в отделе доводки ходовой части управления проекти-

рования шасси НТЦ ВАЗа и используется при испытаниях подвесок автомобилей с имитацией случайных дорожных воздействии. Результаты работы по определению начальных параметров моделей адаптивного управления использованы в дирекции но техническому развитию ВАЗа при испытаниях и доводке подвесок легковых автомобилей ВАЗ-2110, ВАЗ-2123серии300и 500, ВАЗ-1118серии200и400,

Аирибация работы. Основные положения работы и результаты исследований обсуждались па различных конференциях, в том числе: конференции «Современные проблемы информатизации ?> г.Воронеж 1998,2006 годы; конференция «Актуальные проблемы современной науки» г.Самара 2003, 2004 годы; конференция «Математические модели и краевые задачи» г.Самара 2004 год.

Публикации, По теме опубликовано 9 печатных работ, в том числе 1 в реферируемом издании, 7 на всероссийских и международных конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, заключения, 4 глав и 2 приложений. В процессе написания работы было использовано 149 литературных источников Полный объем диссертационной работы составляет 164 страницы, в том числе 31 иллюстрация, размещенных на 30 страницах и 11 таблиц, расположенных на 10 страницах. Объем приложений к диссертационной работе составляет 5 страниц.

Исследование характеристик основных видов реакции узлов автомобиля на вибрационные воздействия

При движении автомобиля с постоянной скоростью, колебания каждой массы можно представить как сумму трех составляющих: низкочастотных колебаний кузова, высокочастотных колебаний колес и колебания от возмущающих действий дороги. При неустановившихся колебаниях на дороге про-изволыюго микропрофиля преобладающее значение имеют колебания с собственными частотами - низкочастотные для кузова и высокочастотные для колес. В общем случае колебания, которые испытывает автомобиль являются нестационарными. Основные причины этого кроются в псстациоиарности и стохастичности характеристик самого автомобиля как сложного объекта и действиях водителя, стремящегося субъективно снизить уровень вибраций путем изменения направления движения, скорости и т.п.

Для вертикальных ускорений можно выделить следующие диапазоны вибрационных частот в зависимости от узлов, на которых они наблюдаются и способов их появления [71]:

0-5Гц - вибрации подрессоренной части автомобиля, передающиеся от подвески. Источником вибрации в этом случае служит микропрофиль дороги.

5-20Гц - вибрации неподрессорепной части автомобиля, связанные с неровностями дорожного полотна и дефектами колес.

10-60Гц - вибрации элементов кузова, связанные с жесткостью хода автомобиля. В этот-же диапазон частот попадают вибрации, источником которых служит двигатель на упругом подвесе.

Свыше 70Гц - колебания элементов шин.

Ускорения в продольном и поперечном направлении содержат примерно те же частотные составляющие, что и в вертикальном направлении, а также компоненты, обусловленные особенностями конструкции конкретного автомобиля. На рисунке 4 показана оценка спектральной плотности вибраций автомобиля марки ВАЗ-2110. Вычисления проведены по результатам измерения ускорений в соответствующих точках автомобиля. Запись измерений выполнялась с частотой 1280Гц в течении 114 секунд на дороге с покрытием типа "тяжелый булыжник".

Известно, что вероятность появления тех или иных ускорений в процессе вибрации автомобиля достаточно хороню соответствует нормальному закону распределения [71]. На рисунке 5 показан выборочный закон распределения ускорений в различных точках кузова и подвески автомобиля марки ВАЗ-2110, подтверждающий эти заключения. Вычисления проведены но результатам измерения ускорений в соответствующих точках автомобиля. Запись измерений выполнялась с частотой 1280Гц в течении 114 секунд на дороге с покрытием типа "легкий булыжник11.

Таким образом, учитывая частотные диапазоны естественных вибровоздействий микропрофиля дороги и частоты колебаний подрессоренных и пеподрессоренных частей автомобиля, в соответствии с правилом вычисления частоты Котельпикова-Нейквиста, частота дискретизации, применяемая цифровой системой управления вибровоздействиями, должна быть не менее 120Гц. На практике обычно используют частоты: 128Гц, 512Гц, 1280Гц,

1.3 Анализ методов управления виброиспытаниями

1,3.1 Постановка задачи управления виброиспытаниями

При проведении виброиспытаний, имитирующих движение автомобиля по трассе, существует серьезная проблема, связанная с обеспечением адекватности вибронагрузок, обеспечиваемых стендовым оборудованием тому воздействию профиля дорожного полотна и прочим вибрациям, которые автомобиль испытывает в процессе движения. Проблема состоит в том, что автомобиль или его компоненты являются существенно нелинейными, нестационарными, обладающими динамическими свойствами объектами с заранее не известными характеристиками. Суть виброиспытаиий заключается в максимально точном воспроизведении в произвольной контролируемой точке та 26

кого испытываемого объекта заранее заданного отклика - целевого профиля. При этом, ни характеристики динамической системы, включающей в себя как испытываемый объект, так и все испытательное оборудование, ни входной сигнал для создания требуемых вибронагрузок априори не известны.

Как было сказано в разделе 1.1, традиционный путь решения этой задачи лежит в частотной области и имеет ряд принципиальных недостатков. Для преодоления известных проблем частотного подхода, предлагается решать поставленную проблему во временной области, В этом случае необходимо решить задачу формирования в заданные моменты реального времени такой совокупности управляющих воздействий, что в точках контроля испытываемого объекта обеспечивалась бы наилучшая близость снимаемых с датчиков сигналов к заранее заданному целевому профилю.

Сравнительный анализ операционных систем реального времени

Системами реального времени называют такой класс систем, у которых можно заранее оценить максимальное время обработки любого типа запроса извне к системе. Они широко распространены в промышленных, коммерческих и военных приложениях. Термин «система реального времени» обычно относится к системе в целом, включая приложение реального времени, операционную систему реального времени и подсистему ввода-вывода реального времени (см. рис, 10)- В состав такой системы входят также драйверы специальных устройств, управляющие работой различных датчиков и исполнительных механизмов.

Работа системы реального времени в общем случае состоит из обработки многочисленных независимых потоков входных событий и продуцированием различной выходной информации. Частота поступления событий обычно предсказуема! однако реагировать надо достаточно быстро чтобы соблюсти временные ограничения, сформулированные в требованиях к системе. Нередко нельзя предугадать и порядок возникновения событий. Кроме того, входная нагрузка может с течением времени значительно и неожиданно меняться. При работе системы реального времени могут возникать конкурирующие запросы. Единственным известным способом разрешения конфликтов за использование ресурсов является механизм обслуживания по приоритетам. Согласно этому механизму, первым получает ресурс тот запрос, у которого выше приоритет. Существует большое количество стратегий назначения приоритетов, начиная от простейшей стратегии предварительного статического назначения приоритета каждому возможному запросу, и заканчивая сложными многокритериальными стратегиями динамического назначения приоритетов. Эффективность той или иной стратегии выбора приоритетов естественно зависит от целей и задач, решаемых системой реального времени.

Системы реального времени часто подразделяются на системы с «жестким» и системы с «мягким» реальным временем.

Система реального времени жесткого тина характеризуется тем, что у нее заранее известен и четко указан как порядок обработки возникающих событий, так и время, необходимое на обработку каждого события. Обычно подобные системы проектируется таким образом, чтобы не допускать конкурирующих запросов за исключением аварийных ситуаций, когда все ресурсы бросаются на урегулирование аварии.

Система реального времени мягкого типа используется тогда, когда для каждого возникающего события заранее известно только максимальной время его обработки. Кроме того возможны конкурирующие запросы, по-рядок выполнения которых зависит от многих факторов и в том числе от стратегии, выбранной разработчиками системы.

Программные системы реального времени имеют дополнительные характеристики, отличающие их от прочих программных систем [39]:

Встраиваемые системы. Система реального времени в большинстве случаев является частью более крупной программно-аппаратной системы. Примером может служить контроллер робота, входящий в состав робо-тотехнического комплекса, имеющего одну или несколько механических рук 2, Взаимодействие с внешней средой. Как правило, система реального вре мени осуществляет такое взаимодействие без участия человека. Напри мер, она может управлять механизмами или процессом производства, следить за протеканием химических реакций или поднимать тревогу. Для получения информации о внешней среде обычно требуются датчи ки, а для управления средой- исполнительные механизмы (см, рнсЛО). 3. Временные ограничения. Системы реального времени обязаны тратить на обработку события время, не превышающее заранее заданное. Если в интерактивной системе недостаточно быстрая реакция способна лишь вызвать недовольство, то в системе реального времени последствия мо гут быть катастрофическими. Например, в системе управления вибро испытаниями это может привести к незапланированному разрушению испытуемого образца. Необходимое время реакции зависит от прило жения: иногда оно измеряется в миллисекундах, иногда минутами, а может измеряться и часами. Однако могут быть и некритичные к вре мени реакции компоненты. Например, система сбора данных в реальном времени должна принимать информацию сразу, иначе она будет потеряна, но анализ полученных сведений допустим позже и он не ограничен жесткими временными рамками, 4. Управление в реальном масштабе времспи. Часто системе реального времени приходится принимать управляющие решения па основе входных данных, без участия человека. Так, автомобильная система круиз-контроля, призванная поддерживать постоянную скорость машины, должна управлять дросселем в зависимости от текущей скорости. 5. Реактивные системы. Часто системы реального времспи управляются событиями и должны реагировать на внешние стимулы. Обычно реакция системы зависит от её текущего состояния, то есть не только от самого внешнего события но и от того, что происходило в системе раньше.

Синтез и анализ рекурсивного алгоритма построения СС модели с трендом 0-го порядка и звеном чистого запаздывания

Проведем анализ вычислительной сложности рассмотренного алгоритма. Для этого подсчитаем число арифметических операций, которые необходимо выполнить па каждом этапе. Зависимость числа операций от выбранных порядка модели и глубины регуляризации, а также результаты подсчета количества арифметических операций отражены в таблице 2.3. Видно, что число операций для вычисления управляющего воздействия в контуре регулирования с ростом порядка модели р возрастает незначительно и существенно меньше числа операций, которые требуется выполнить при проведении расчетов в контуре адаптации для получения параметров модели А и С. Кроме того видно, что число операций в блоке регулирования не зависит от выбранной глубины регуляризации. Зависимость числа арифметических операций в блоке адаптации от глубины регуляризации и порядка модели показана в таблице 2.4. Из таблицы видно, что основное влияние па число операций оказывает выбранный порядок модели р. Глубина регуляризации оказывает на число операций значительно меньшее влияние и касается это только вычисления параметров модели. На число операций при вычислении значения управляющего воздействия, глубина регуляризации влияет, но не значительно,

2.2-3 Синтез и анализ рекурсивного алгоритма построения СС модели с трендом 0-го порядка и звеном чистого запаздывания

При использовании моделей, описанных в разделах 2.2.1 и 2.2.2, возникает ряд сложностей. Выделим основные из них:

1. Сильный рост вычислительной сложности алгоритма при увеличении порядка модели. Как видно из таблиц 2.4 и 2.2, наблюдается взрывной рост числа операций, которые требуются для вычисления параметров модели Cv и А„, что очевидно ограничивает применение этих моделей в условиях жестких рамок систем реального времени.

2. Фиксированная величина задержки в звене чистого запаздывания модели- Практика показала, что в реальных условиях эксплуатации системы управления, для уменьшения влияния высокочастотных паразитных шумов и эффектов квантования на качество управления, в тракт ЦАП-объекг-АЦП подключают фильтры, которые вносят определенную задержку. Величина задержки зависит от характеристик используемых фильтров и может меняться от фильтра к фильтру

Для преодоления этих проблем рассмотрим рекурсивный алгоритм вычисления параметров СС модели, в структуру которой входит тренд 0-го порядка и звено чистого запаздывания на q отсчетов. Модель с предложенной структурой будет иметь вид [30]:

Построение алгоритма работы контуров управления

Процедура регулирования активируется подсистемой УСО в каждый отсчет дискретизации системы управления. В момент активации для нее уже подготовлены соответствующие буферы отклика объекта и не заполненный вектор управляющих сигналов. Каналы в этих рабочих буферах расположены строго по порядку их применения моделями алгоритмами. Схематично процесс работы контура регулирования показан на рисунке 19. Алгоритм рамодели из списка моделей текущего режима работы. Зная число входных и выходных каналов каждой модели и тот факт, что модели в списке расположены строго в том-жс порядке что и группы каналов з рабочих буферах, осуществляется цикл по вызову каждой модели и передачи ей ссылок на соответствующие части рабочих буферов. На новый режим работы переход осуществляется только тогда все модели показали готовность к такому переходу. До сих пор речь шла про модели, находящиеся в активном состоянии т.е, формирующие сигнал управления. Кроме них у каждого режима работы есть еще список пассивных моделей которые не формируют сигнал управления в таком состоянии. Модели из этого списка запускаются после того как обработан весь список с активными моделями- Этот механизм служит как для организации пассивных экспериментов по определению характеристик объекта управления, так и для реализации этапа начального изучения и накопления информации у адаптивных моделей-алгоритмов.

В процессе работы используется еще одна область памяти - разделяемая область. Она содержит данные, совместно используемые несколькими процессами модуля управления и разделена на две части как показано на рисунке 20. В первой части содержится два циклических буфера для храпения соответственко вектора сигнала управления и вектора отклика объекта управления. Ширина буферов равна соответственно числу входных и выходных каналов, используемых системой управления. Очередной элемент буфера заполняется каждый отсчет дискретизации системы управления путем копирования соответствующего рабочего буфера. Вторая часть разделяемой области памяти содержит приватные области для каждой модели-алгоритма. Внутренняя структура каждой такой приватной области зависит только от использую по щей его модели. Существует также список ссылок на программные объекты, которые используют разделяемую область памяти. Список содержит ссылки в том-же порядке в котором расположены приватные области в разделяемой памяти.

В зависимости от поставленных задач и наличия вычислительных мощностей, используется один из следующих алгоритмов запуска параметрической идентификации объекта управления:

Синхронный - идентификация объекта и построение модели происходит каждый такт управления перед формированием сигнала управления. В результате в каждый такт управления сигнал формируется с использованием новой модели, построенной чуть раньше в этом-же такте. Это наиболее требовательный к аппаратным ресурсам режим работы. Тем не менее он обеспечивает наилучшее качество управления объектом за счет наибольшего соответствия модели адаптации текущему состоянию объекта управления.

Асинхронный - идентификация объекта и построение модели происходит по мере возможности. Этот процесс ведется в отдельном процессе параллельно и не зависимо от процесса формирования управляющих воздействий. В этом режиме работы отсутствуют такие жесткие требования к аппаратному обеспечению как в синхронном варианте и обеспечивается соответствие параметров модели ядра управления текущему состоянию объекта настолько хорошее, насколько позволяет возможности аппаратуры, в идеале приближаясь к первому варианту.

Событийный - идентификация объекта и построение модели происходит при наступлении определенного события. Наиболее рационально в таком случае запускать перерасчет модели каждый раз, когда качество управления текущей модели перестает удовлетворять заранее указанным критериям. Как и в случае асинхронного запуска идентификации объекта управления, здесь процедура идентификации выполняется в отдельном процессе параллельно и независимо от процесса формирова ния управляющих воздействий. Событийный метод запуска идентификации позволяет избежать ненужных циклов построения модели, что снижает загруженность вычислительных мощностей- Этот метод наиболее инертный т.е. менее других чувствительный к изменениям параметров объекта управления.

Похожие диссертации на Системный анализ методов виброиспытаний и синтез адаптивных алгоритмов формирования вибрационных воздействий на автомобиль и его узлы