6. Синтез суим
Под синтезом СУИМ понимают нахождение ее структуры и параметров, обеспечивающих заданное качество управления при известных входных воздействиях.
Понятие качества СУИМ связано с прямыми или косвенными количественными оценками качества функционирования системы во временной или частотной области (время регулирования, перерегулирование, полоса пропускания, запасы устойчивости по амплитуде и фазе, интегральные квадратичные критерии качества и др.).
На практике задачу синтеза начинают с того, что определяют структуру и параметры неизменяемой части СУИМ. К неизменяемой части относят объект управления, включающий все технические средства, преобразующие управляющее воздействие в выходную координату (силовые преобразователи энергии, приводы, передаточные механизмы, рабочие органы и др.), а также датчики измеряемых координат, устройства преобразования и передачи информации от объекта к устройству управления.
На предварительном этапе синтеза выбирают элементы объекта управления из числа типовых (серийно выпускаемых) изделий, основываясь на основных параметрах и характеристиках их функционирования (временных диаграмм, средних или предельных значений мощности, момента, скорости, ускорения и т.п.). Далее составляется математическая модель объекта управления в той или иной форме, причем учитываются лишь его доминирующие свойства. Если порядок линейного (линеаризованного) объекта управления более трех, его целесообразно разбить на ряд частных объектов или описать упрощенной моделью. При этом используют известные методы декомпозиции сложных объектов, разделения движения объекта на медленные и быстрые движения, методы подобия, эквивалентирования и т.п. Следует отметить, что элементы СУИМ хорошо изучены и их математические модели с разной степенью детализации приведены в научно-технической литературе [11-17].
После определения неизменяемой части объекта управления переходят к синтезу структуры и параметров устройства управления. При этом используют несколько подходов.
Первый подход базируется на задании конкретной структуры устройства управления (структуры регулятора или корректирующего устройства – в случае одноконтурной системы). Как правило, задаются типовыми регуляторами класса “вход-выход” (например, пропорционально-интегральными) или простейшими корректирующими звеньями (например, реальными пропорционально-дифференцирующими корректирующими звеньями). Корректирующие звенья обычно размещают последовательно с объектом управления (в прямом канале регулирования), однако в ряде случаев хороший эффект дает установка их в канале обратной связи или на входе системы. Качество системы управления задают в виде требований к статической точности и оценок качества переходного процесса или частотных свойств СУИМ (времени регулирования, перерегулирования, полосы пропускания замкнутого контура регулирования и др.). Далее решается задача расчета параметров устройства управления (параметрического синтеза), удовлетворяющего требованиям к статике и динамике замкнутого контура.
Второй подход основывается на составлении структурной схемы системы управления без задания собственно структуры регуляторов: выбирается число контуров регулирования, их соподчиненность, расположение регуляторов в структуре устройства управления и др. В основе подхода – избранные принципы управления и требования к статическим и динамическим показателям системы. В частности, при синтезе систем управления роботами часто используют кинематическую развязку движений и принцип автономного управления координатами линейных и угловых перемещений схвата манипулятора. При синтезе электромеханических СУИМ доминирует принцип подчиненного регулирования координат (вложенных друг в друга контуров регулирования) и принцип последовательной коррекции динамических свойств контуров. Таким образом, при таком подходе последовательно решаются задачи структурного и параметрического синтеза регуляторов.
Третий подход основан на синтезе оптимальных СУИМ в смысле заданного критерия качества управления при заданных ограничениях на ресурсы управления. При таком подходе задается формальный критерий качества, например интегральный квадратичный функционал, и решается задача его минимизации или максимизации. Результат синтеза – структура и параметры устройства управления (регулятора – в одноконтурных системах), удовлетворяющих требуемому качеству управления. Этот подход применяется при синтезе СУИМ методом аналитического конструирования оптимальных регуляторов (АКОР), синтезе модальных регуляторов состояния, апериодических регуляторов состояния и т.п.
Системы управления, синтезированные на основе двух первых подходов, часто называют системами со стабилизируемыми показателями качества управления. Системы управления, синтезированные на основе третьего подхода, называют системами с оптимизируемым показателем качества управления.
- Системы управления исполнительными механизмами
- Оглавление
- Принятые сокращения
- Введение
- Классификация и общее устройство исполнительных механизмов
- 1.1. Исполнительные механизмы. Основные понятия.
- Классификация исполнительных механизмов
- Электрические исполнительные механизмы
- 1.3.1. Исполнительные механизмы электрические однооборотные
- Структура условного обозначения и основные параметры им мэо:
- 1.3.2. Исполнительные механизмы электрические многооборотные
- 1.3.3. Исполнительные механизмы электрические прямоходные
- Пневматические исполнительные механизмы
- Гидравлические исполнительные механизмы
- Электрогидравлических клапанов
- 1.6. Электромагнитный исполнительный механизм
- 2.2. Обобщенные функциональные схемы, координаты и параметры суим. Функциональные элементы суим.
- . Основные задачи исследования и стадии проектирования суим
- 2.3.1. Основные задачи исследования суим
- 2.3.2. Стадии проектирования суим
- 3. Математическое описание и характеристики суим
- 3.1. Формы математического описания линейных суим
- 3.2. Линеаризация нелинейных элементов суим
- 3.3. Статические и динамические характеристики суим
- 3.3.1. Статика суим. Коэффициенты ошибок суим по положению, скорости и ускорению
- 3.3.2. Динамика суим. Свободные и вынужденные переходные процессы
- 4. Общие Принципы работы и математические модели элементов суим
- 4.1. Исполнительные механизмы
- 4.2. Приводы
- 4.2.1. Коллекторные двигатели постоянного тока
- 4.2.2. Бесколлекторные двигатели постоянного тока
- 4.2.3. Асинхронные двигатели
- 4.2.4. Синхронные двигатели
- 4.2.5. Шаговые двигатели
- 4.3. Силовые преобразователи энергии
- 4.3.1. Электромашинные преобразователи
- 4.3.2. Тиристорные преобразователи
- 4.3.3. Транзисторные и симисторные преобразователи
- 4.4. Датчики координат суим
- 4.5. Регуляторы, корректирующие звенья
- 1. Пропорциональный регулятор (п-регулятор).
- 2. Интегральный регулятор (и-регулятор).
- 3. Дифференциальный регулятор (д-регулятор).
- 4. Пропорционально-интегральный регулятор (пи-регулятор).
- 6. Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор (пид-регулятор).
- 5. Общие принципы построения суим
- 5.1. Релейно-контакторные суим
- 5.1.1. Рксу асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором
- 5.1.2. Рксу асинхронным двигателем с фазным ротором
- 5.2. Бесконтактные суим постоянной скорости
- 5.3. Системы стабилизации выходной координаты объекта управления. Типовые методы улучшения качества регулирования
- В статике, т.Е. В установившихся (квазиустановившихся) режимах функционирования систем стабилизации можно сформулировать два основных тесно взаимосвязанных требования:
- 5.4. Системы программного управления, способы ограничения координат суим
- 5.5. Системы следящего управления, понятие добротности
- 6. Синтез суим
- 6.1. Подчиненное регулирование координат
- 6.2. Оптимальные настройки контуров регулирования
- 6.2.1. Технический оптимум
- 6.2.2. Симметричный оптимум
- 6.2.3. Апериодический оптимум
- 6.3. Типовая методика структурно-параметрического синтеза
- 7. Системы регулирования скорости эим
- 7.1. Система регулирования скорости “Тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока”
- 1. Синтез контура регулирования тока якоря.
- 2. Синтез контура регулирования скорости.
- 7.6. Переходный процесс в сар скорости при скачке задания
- Р ис. 7.7. Переходные процессы в сар скорости при ударном приложении нагрузки на валу электропривода
- 7.2. Система регулирования скорости “Генератор - двигатель постоянного тока”
- 7.4. Системы управление эим переменного тока
- 8. Системы регулирования положения эим
- 8.1. Режимы перемещения рабочих органов
- 8.2. Сар положения с линейным регулятором
- 8.3. Сар положения с нелинейным регулятором
- Подставляя в это соотношение выражение (8.2) для Kрп в режиме средних перемещений получим
- 8.4. Инвариантные и квазиинвариантные следящие суим
- 9. Дискретно-непрерывные суим
- 9.1. Дискретизация сигналов и z-преобразование
- 9.2. Дискретные передаточные функции и разностные уравнения при описании суим
- 9.3. Синтез цифровых систем управления
- 9.3.1. Методы дискретизации аналоговых регуляторов и билинейного преобразования
- 9.3.2. Метод переменного коэффициента усиления
- 9.3.3. Метод аналитического конструирования цифровых регуляторов состояния
- Синтез свободного движения сау
- Синтез вынужденного движения сау
- 10. Интеллектуальные суим
- 10.1. Функциональная структура интеллектуальной суим
- 10.2. Технические средства интеллектуализации суим
- 10.3. Суим на основе средств управления фирмы овен
- Заключение
- Список литературы