Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ .. — .5
Глава I. РАЗРАБОТКА АРХИТЕКТУРЫ СИСТЕМ АБТ0МАЇИЗШИ
ИССЛЕДОВАНИЯ, НАСТРОЙКИ И КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРО
ПРИВОДА iO
Анализ особенностей применения средств вычислительной техники в электроприводах і О
Разработка технических требований к системам автоматизации исследования, настройки и контроля электропривода » ........^(
Разработка алгоритмов функционирования САШ »
Алгоритмы моделирования САУ .......... 33
Алгоритмы сервиса + .53
Алгоритмы автонастройки ............ 59
1.4. Выбор структуры САШ и ее анализ .......... 53
Выводы ........................................751
Глава 2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНО-ИИПУЛЬСНЫХ
СТРУКТУР ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ
УРАВНЕНИЙ, МОДЕЛИРУЮЩИХ ЗВЕНЬЯ СИСТЕМ АВТОМАТИ
ЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 76
Постановка задачи и актуальность решения дифференциальных уравнений с частотно-импульсной формой представления информации Тб
Разработка частотно-импульсных вычислительных устройств на основе численных методов решения дифференциальных уравнений ................... В і
2.2.1. Частотно-импульсные устройства для реа
лизации звеньев САУ методами Рунге-Кут-
та В2.
2.2.2. Частотно-импульсные устройства, реали
зующие звенья САУ методами Адамса 88
2.2.3. Разработка частотно-импульсных уст
ройств для реализации звеньев САУ ме
тодой дифференциальных преобразований
передаточной функции ....9^
2«3* Исследование погрешности частотно-импульсных
вычислительных устройств, использующих метод
повышения порядка производной и построенных
на основе типовых средств частотно-импульсной
техники ............................. ІО&
2.4. Построение гибридных частотно-импульсных вычислительных устройств для решения дифференциальных уравнений ......................... Ш>
Выводы f 22
Глава 3. РАЗРАБОТКА БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬС
НЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ АРИФМЕТИЧЕСКИХ
ОПЕРАЦИЙ .... . ilh
3.1. Основы построения разрядно-частотных вычисли
тельных устройств Mh
3*2* Получение ненормализованного произведения в
разрядно-частотных вычислительных структурах ІЬІ
Нормализация результата в разрядно-частотных вычислительных устройствах Іті
Реализация операции деления методом разрядных аналогий .............. f^O
Выводы І60
Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ
СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ НАСТРОЙКИ, КОНТРОЛЕ И
ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА В ЛАБОРАТОРНЫХ И
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ . №
4*1» Специализированные вычислители для автомати
зации настройки, контроля и исследования
электроприводов .......... №
4.I.I» "Имитатор ЦВМ" для контроля и настройки
приводов в полевых и полигонных услови
ях 162
4.1.2. "Микропроцессорная система управления
приводом" №5
Методика экспериментального исследования САШ І&&
Разработка специальных аппаратных средств для исследования САИП ............................ /п
Выводы .....»................................ it 8
ЗАКЛЮЧЕНИЕ /Т9
ЛИТЕРАТУРА №
Приложение I. Протокол испытания "Имитатора ЦВМ" 494-
Приложение 2* Протокол испытания "Микропроцессорной системы управления приводом" .............. 220
Приложение 3* Акты внедрения разработанных устройств
Введение к работе
При создании современных прецизионных электроприводов возникает задача разработки специализированных вычислительных устройств для автоматизации их контроля, настройки и исследования. Архитектура таких устройств должна разрабатываться с учетом присущей им специфики* С одной стороны, это ориентация на исследовательскую задачу, а с другой - необходимость обработки информации от различных типов датчиков (аналоговых, частотных, импульсных и т.д.). Применение аналитических методов расчета современных электроприводов с учетом наличия нелинейностей приводит к большому объему вычислительных работ, что вызывает необходимость разработки и исследования специализированных вычислителей, автоматизирующих постановку и проведение точного модельного эксперимента в реальном масштабе времени и сбор экспериментальных данных по его ходу*
При построении подобных систем к ним предъявляются требования по быстродействию, значительно более высокие, чем к обычным цифровым управляющим системам, что обусловлено большим разбросом параметров моделируемого алгоритма*
Основное направление увеличения производительности и эффективности средств вычислительной техники связано с распараллеливанием алгоритма решения задачи и построением многопроцессорных систем* Создание проблемно-ориентированных вычислительных модулей для решения дифференциальных уравнений, описывающих звенья систем автоматического управления, является одним из возможных принципов построения специализированных микропроцессорных систем и считается научно и экономически обоснованным* Проблемно-ориентированные модули, построенные на базе цифровой техники и средств
частотно-импульсной техники и учитывающие форму представления входной и выходной ивформации9 позволяют в ряде случаев совместить преобразование информации из одной формы в другую с ее обработкой то тону или иному алгоритму$ что дает возможность обеспечить более высокие показатели по точности, быстродействию и аппаратурным затратам*
Создание подобных систем хорошо согласуется с современной тенденцией применения микропроцессоров и микро-ЭВН в системах контроля и управления*
Проблемам создания вычислительных систем с параллельной обработкой информации, а также средств вычислительной техники для преобразования и обработки частотно-импульсных сигналов посвящены работы многих советских ученых: Э.И.Гитиса, В.М.Глушкова, В.Ф.Гузика, Б.А.Головкина, В.П.Данчеева, Э.В.Евреинова, Н.А.Карцева, В.Г.Кнорринга, В.П.Новицкого, А.М.Оранского, Г.О.Паламарю-ка, В.Б.Смолова, В.М.Шляндина, Я.А.Хетагурова, а также зарубежных: Б.Байцера, П.Byда, А.Данвата, Я.Лунда, А.Мейера, Ф.Энсдоу и ряда других*
Однако известные работы по параллельной обработке информации посвящены, в основном, таким аспектам, как создание однородных вычислительных сред и систем применительно к универсальным многопроцессорным комплексам высокой производительности* В области частотно-импульсного моделирования основные разработки и исследования связаны с созданием отдельных операционных блоков для воспроизведения конкретных математических операций и зависимостей*
В связи с этим актуальна проблема разработки систем автоматизации исследования электропривода с аппаратной реализацией фрагментов алгоритма управления, связанных с решением дифферен-
циальннх уравнений в реальном масштабе времени при представлении ряда величин в виде частоты следования импульсов*
Целью диссертационной работы является разработка и исследование цифро-частотных вычислительных устройств для автоматизации исследования электропривода.
В соответствии с этим в работе решаются следующие основные задачи»
1« Исследование особенностей систем, предназначенных для автоматизации контроля, настройки и исследования электропривода, определение состояния развития подобных систем, обоснование выбора их архитектуры»
2* Разработка частотно-импульсных структур для решения дифференциальных уравнений, описывающих звенья систем автоматического управления, оценка их погрешности*
3* Обоснование применения метода разрядных аналогий для построения частотно-импульсных вычислительных устройств повышенного быстродействия, разработка и исследование операционных структур на основе метода разрядных аналогий*
4. Экспериментальное исследование в лабораторных и производственных условиях систем автоматизации контроля настройки и исследования электропривода, созданных по заказам промышленности*
На защиту выносятся следующие основные положения:
I* Обоснование необходимости и целесообразности разработки специализированных систем автоматизации контроля, настройки и исследования электропривода, построенных на базе серийно выпускаемых микро-ЭВМ и проблемно-ориентированных процессоров для
решения дифференциальных уравнений.
2* Методика разработки систем автоматизации, контроля и настройки электропривода, обладающих высокими динамическими характеристиками.
3« Разработка и исследование частотно-импульсных структур для решения линейных дифференциальных уравнений, моделирующих звенья систем автоматического управления*
4* Разработка и исследование операционных частотно-импульсных устройств на основе метода разрядных аналогий.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений.
В первой главе дается анализ современных систем управления электроприводом, выявляются особенности систем, предназначенных для автоматизации исследования и контроля привода* На этой основе разрабатываются адгоритиы функционирования системы и ее структура, удовлетворяющая полученным требованиям*
Вторая глава посвящена разработке и исследованию частотно-импульсных структур для решения дифференциальных уравнений, описывающих звенья систем автоматического управления* В разработанных устройствах используется метод повышения порядка производной* Исследуется погрешность предложенных частотно-импульсных структур* Созданы гибридные модели, позволяющие добиться значительного сокращения аппаратурных затрат при высоких динамических и точностных характеристиках*
В третьей главе исследованы особенности применения метода разрядных аналогий, развитого в работах академика АН УССР Г.Е.Пухова, для построения частотно-импульсных устройств повышенного
быстродействия. На основе приведенного метода разработаны и исследованы операционные вычислительные устройства с частотно-импульсной формой представления ряда операндов*
Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию разработанных по заказам промышленности систем автоматизации контроля, настройки и исследования электропривода.
В приложениях приведены протоколы испытаний специализированных цифро-частотных вычислительных устройств для автоматизации испытания привода: "Имитатора ЦВМ" и "Микропроцессорной си-стемы управления приводом", изготовленных по заказу промышленности и внедренных на ряде предприятий. Представлены акты внедрения разработанных устройств*
