Дипломная работа на тему: Математические модели следящей системы с двухмассовым электромеханическим объектом управления

Введение

При проектировании многих электромеханических систем часто приходится учитывать явления механической нежёсткости соединения приводного двигателя и исполнительного механизма, например в следящих приводах антенн самолетных бортовых радиолокационных станций (БРЛС).

БРЛС (например, летательного аппарата) представляет собой сложный электромеханический объект. Система управления БРЛС должна обеспечить а) высокое быстродействие при позиционировании; б) высокую точность наведения и слежения; в) надежное функционирование в различных эксплуатационных режимах; г) минимальное время подготовки к работе.

Обычно ограниченная жесткость связей между двигателем и исполнительным органом механизма, а иногда и между отдельными элементами механизма обусловлена конструктивными особенностями и требованиями уменьшения его массы и габаритов. Последнее приводит к тому, что конструкции антенн и приводов создаются максимально облегченными и, следовательно, недостаточно жесткими, что создает благоприятные условия для возникновения электромеханических колебаний.

Дипломная работа посвящена проектированию следящей системы, в которой демпфирование возникающих колебаний осуществляется не механическими средствами, а средствами управления. Согласно техническому заданию в качестве закона управления используется модальное управление, а его реализация требует, в свою очередь, применение наблюдателя для косвенного измерения переменных состояния объекта управления.

Однако имеется одно существенное обстоятельство способное поставить под сомнение эффективность указанной выше концепции управления. Оно заключается в том, что фактически математическое описание ЭМС как объекта управления может отличаться от модели, принятой при синтезе управления. В первую очередь это касается неточности информации о параметрах ЭМС вследствие трудности их определения и возможности изменения в процессе эксплуатации системы или при замене вышедших из строя элементов механической части новыми. В данной дипломной работе такими параметрами являются жесткость механической передачи и момент инерции антенны. Важно, чтобы указанные вариации математического описания объекта управления не приводили к существенному изменению показателей качества системы - ее точности и динамических характеристик. Другими словами, проектируемая система должна быть робастной.

Целью дипломной работы является исследование робастных свойств следящей системы с упругим электромеханическим объектом управления и модальным регулятором. Достижение указанной цели предполагает решение следующих задач:

1. Математическое описание электропривода с упругой электромеханической связью двигателя и механизмов.

2. Синтез модального регулятора.

. Исследование влияния отклонений неопределенных параметров объекта управления от номинальных значений на численные значения показателей качества динамики системы.

. Исследование робастных свойств системы с модальным регулятором и наблюдателем в обратной связи.

Оглавление

- Введение

- Математические модели следящей системы с двухмассовым электромеханическим объектом управления

- Структурная схема системы

- Расчёт контурных регуляторов

- Анализ динамических свойств системы подчиненного регулирования

- Постановка задачи анализ робастных свойств системы с модальным управлением

- Модальное управление

- Расчет модального регулятора для следящей системы

- Ручной расчет модального регулятора

- Расчет модального регулятора с помощью системы Matla

- Анализ влияния параметрических возмущений на динамические свойства систем

- Корни характеристического полинома

- Исследование системы с модальным регулятором методом корневого годографа

- Влияние параметрических возмущений на динамические свойства системы с модальным управлением по истинному вектору состояния

- Выводы по второй главе реализация закона модального управления с помощью наблюдателя

- Расчет стационарного наблюдателя

- Анализ чувствительности оценок, вырабатываемых наблюдателем, к вариациям параметров объекта управления

- Интегральная оценка робастных свойств системы с модальным регулятором и наблюдателем

- Выводы по третьей главе анализ методов повышения степени робастности системы

- Улучшение качества оценивания состояния объекта управления адаптивными средствами

- Робастный модальный регулятор

- Выводы по четвёртой главе ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

- Концепция экономического обоснования НИР

- Трудоемкость и календарный план выполнения НИР

- Расчет сметной стоимости проведения НИР

- Расчет показателей экономической эффективности работы

- Комплексная оценка эффективности НИР ОХРАНА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

- Заключение

- Список литературы

Заключение

Проделанная работа позволяет сформулировать следующие основные выводы и результаты:

. Трехконтурная структура следящей системы с двухмассовым электромеханическим объектом не позволяет обеспечить требуемую точность отработки задающих сигналов и удовлетворительные показатели качества переходных процессов, которые носят колебательный характер.

. С помощью системы Matlab для рассматриваемой следящей системы выполнен расчет модального регулятора. Он обеспечивает благоприятный вид переходных процессов и заданные динамические характеристики системы. Система с синтезированным модальным регулятором также обладает указанными в техническом задании показателями точности.

. С помощью системы Matlab для данной системы был построен наблюдатель. Моделирование показало, что динамические свойства системы с модальным управлением по истинным и восстановленным (с помощью наблюдателя) переменным идентичны.

. Выполнено исследование влияния вариаций параметров механической части системы (жесткости передачи и момента инерции механизма) на качество переходных процессов в системе с модальным управлением. Выявлено, что при вариации параметров происходит существенное изменение динамических свойств системы, а в некоторых случаях система теряет устойчивость. Таким образом, следящая система с модальным управлением не обладает робастностью.

. Показано, что отличие параметров объекта управления от значений, принятых при расчете наблюдателя, приводит к существенному ухудшению оценок, вырабатываемых наблюдателем. Вследствие этого наблюдатель вносит весьма существенный вклад в отличие динамики возмущенной системы от динамики системы с номинальными параметрами.

. Для повышения робастных свойств следящей системы был применен метод адаптивного управления: в схему наблюдателя была введена цепь сигнальной адаптации с нелинейным элементом типа знаковой функции. Компьютерное моделирование показало, что благодаря введению в схему сигнальной адаптации удалось снизить влияние наблюдателя на отличие динамики возмущенной системы от динамики системы с номинальными параметрами. Тем не менее, система по-прежнему не обладает робастностью, поскольку этим свойством не обладает сам закон модального управления.

. Предпринята попытка придать модальному регулятору свойство робастности за счет перенастройки его параметров. Компьютерное моделирование показало, что, разнося полосу пропускания контура скорости и частоту среза контура положения, получаем систему, обладающую робастностью, однако ее быстродействие оказывается значительно ниже требуемого; при попытке же перенастроить систему и увеличить ее быстродействие она становится "менее робастной".

Список литературы

1. Борцов Ю. А., Второв В. Б. Математические модели и алгебраические методы расчета автоматизированных систем. Учеб. пособие / ЭТИ. СПб., 1992 год.

. Квакернаак Х., Сиван Р. Линейные оптимальные системы управления / пер. с англ. - М.: Мир, 1977.

. Головко А. М. , Кутузов П. Н. Matlab для студента. СПб., БХВ-Петербург, 2005 год.

. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. Изд. "Наука", М., 1975 год, 768 с.

. Борцов Ю. А., Поляхов Н. Д., Путов В. В. Электромеханические системы с адаптивным и модальным управлением. - Л.: Энергоатомиздат, 1984 год.

. Дьяконов В. П. Matlab.*/R2006/R2007. Самоучитель. Изд-во "ДМК", М., 2008 год.

. Васильев А. В. Методические указания по технико-экономическому обоснованию дипломных проектов (работ): Метод. указания, СПб. Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2002 год, 32 с.

. Буч Ю. И., Колесникова М. А.Охрана ноу-хау (справочно-методические материалы). Изд. 3-е, исправленное и дополненное. - СПб, 2004.

. Гражданский Кодекс Российской Федерации. Часть 4. От 18.12.2006 года №230-ФЗ.