новиночка для магистра

Содержание

Введение……………………………………………………………………….…3

Методы повышения точности электромеханических следящих систем…..5

1.1. Снижение ошибки от возмущающего сигнала применением КУ...........5

1.2. Повышение точности систем применением неединичных обратных связей……………………………………………………….………………..…6

1.3. Структурный метод повышения точности систем…………………...….7

1.4. Синтез линейных электромеханических систем………….……………..9

1.5. Выводы…………………………………………………………………...22

2. Теоретические аспекты исследования динамики прецизионных нелинейных электромеханических следящих систем…………………………24

2.1. Методы исследования нелинейных систем…………….……………....25

2.1.1.Метод фазовой плоскости………………………………………....25

2.1.2.Прямой метод Ляпунова…………………………………………...28

2.1.3.Критерий Попова…………………………...………………………29

2.1.4.Метод гармонического баланса…………………………....…...…30

2.1.5.Сравнительная оценка методов…………………...……….…………….32

2.1.6.Выводы……………………………..……………………………………...32

2.2.Нелинейная итерационная электромеханическая следящая система....33

2.2.1Однозначные и неоднозначные виды нелинейных элементов………..33

Метод гармонической линеаризации для исследования электромеханической системы…………….…………….……………..…....39

Исследование влияния нелинейности на динамику точного контура .39

Временные характеристики………………………………………..39

Частотные характеристики………………………………………...45

Идентификация……………………………………………………………51

Выводы………………………………………………………………….....55

Приложение……………………………………………..…………………….....56

Заключение……………………………………….………………………...…….62

Список литературы………………………………………………………………64

В работе представлен принцип действия и алгоритм работы многоканальных итерационных систем, рассмотрен их синтез и коррекция. Проводится исследование нелинейной итерационной системы с помощью метода гармонической линеаризации. Представлена идентификация одноканальной нелинейной системы.

В данной работе рассматривается высокоточная электромеханическая система. Из проведенного обзора методов повышения точности работы систем управления сделан вывод о предпочтительности использования структурных методов повышения качества. К данному методу построения систем относятся многоканальные итерационные системы автоматического управления, которые стали предметом исследования данной работы.

По переходным характеристикам неудобно судить о влиянии нелинейностей на параметры качества системы. Чаще всего изменяются и не подходят по заданные параметры качества величина перерегулирования и быстродействие системы.

Наибольшие отклонения во временных характеристиках наблюдаются в тех случаях, когда нелинейные элементы находятся в точном контуре. Сильно изменяется величина перерегулирования и ухудшается быстродействие. Это свидетельствует о том, что точный контур наиболее чувствительный к наличию нелинейных элементов. Именно для него проводится дальнейшее исследование частотных характеристик.

Частотные характеристики

Рассматриваются несколько случаев влияния НЭ на частотные характеристики системы. А именно: влияние на них в зависимости от положения НЭ (в начале или в конце точного канала) и варьирование параметров НЭ.

НЭ «Зона нечувствительности», «Насыщение», «Люфт» и «Упор» фиксированы в начале точного канала.

ЛАЧХ без НЭ в контуре находится выше всех остальных. ЛАЧХ с НЭ сдвинуты ниже, но имеют такой же наклон. Следовательно, НЭ уменьшают коэффициент усиления систем ЛАЧХ.

При изменении параметров НЭ «Зона нечувствительности» меняется положение ЛАЧХ относительно вертикальной оси. Таким образом изменение параметров влияет на коэффициент усиления системы.

Включение НЭ «Насыщение» в конец точного контура приводит к ограничению выходного сигнала на низких и средних частотах.

Изменение параметров НЭ «Люфт» влияет на коэффициент усиления системы -уменьшает его на высоких частотах.

НЭ сильно влияют на коэффициенты усиления системы.

Наибольшее влияние (в частности, уменьшение коэффициента усиления) оказывается в случае варьирования параметров НЭ «насыщения», вставленного в начале точного канала.

На основании этих исследований можно провести структурную и параметрическую идентификацию.

Идентификация.

Задача идентификации динамических объектов, особенно в структурно-параметрической постановке, является одной из основных и наиболее сложных задач технической кибернетики, решение которой в значительной степени зависит от экспериментальных данных.

В результате рассмотрения одноканальной системы управления накоплена база знаний о динамике нелинейной одноканальной системы, которая позволяет определить наличие нелинейностей, их число (одна или две), вид, параметры и место включения в системе. С помощью данной базы знаний можно осуществить параметрическую и структурную идентификацию реальной системы со структурой в соответствии с алгоритмом.

Выводы.

Так как на основании временных характеристик невозможно судить о виде нелинейного элемента, включенного в систему, рассматриваются частотные характеристики разомкнутого точного контура.

Парное включение однозначных НЭ.

ЛАЧХ разомкнутой системы без НЭ находится выше остальных, что говорит о снижении общего коэффициента усиления при включении НЭ в систему.

Фиксированное включение в систему НЭ «Зона нечувствительности» всегда дает уменьшение коэффициента усиления, и как следствие все последующие комбинации с НЭ «Насыщение» приводят к еще большему снижению коэффициента усиления. В частности, при включении НЭ «Насыщение» в конце точного контура ограничивается выходной сигнал на низких и средних частотах.

При включении НЭ «Насыщение» поочередно в середину контура(после коэффициента усиления, после корректирующего звена, перед интегратором) дает параллельное смещение характеристики относительно характеристики без НЭ.

НЭ «Зона нечувствительности» фиксирована после коэффициента усиления в точном контуре. ЛАЧХ разомкнутой системы без НЭ находится выше остальных, что говорит о снижении общего коэффициента усиления при включении НЭ в систему.

Включение в контур НЭ «Насыщение» после коэффициента усиления не оказывает сильного влияния на ЛАЧХ разомкнутой системы, значения близки к значениям ЛАЧХ при включении НЭ «Насыщение» перед коэффициентом усиления - в начале точного контура.

НЭ «Зона нечувствительности» фиксирована после корректирующего звена в точном контуре. ЛАЧХ разомкнутой системы без НЭ находится выше остальных, что говорит о снижении общего коэффициента усиления при включении НЭ в систему.

При включении НЭ «Насыщение» в конец точного контура происходит уменьшение коэффициента усиления на низких и средних частотах. В остальных случаях включение НЭ «Насыщение» ведет к изменению выходного сигнала на низких и высоких частотах.

В случае А4 (НЭ «Насыщение» включен перед интегратором) происходит параллельное смещение характеристики относительно характеристики без НЭ, что вызвано большим и медленно изменяющимся значением амплитуды на низких и средних частотах, и влияние НЭ «Зона нечувствительности» незаметно, но НЭ оказывает небольшое влияние на высоких частотах, это небольшое влияние компенсируется линейной частью, стоящей за НЭ «Насыщение» перед интегратором.

НЭ «Зона нечувствительности» фиксирована перед интегратором в точном контуре. Явное искажение выходного сигнала происходит при включении НЭ «Насыщение» после корректирующего звена, в этом случает коэффициент усиления системы крайне близок к нулю. В случаях включения НЭ «Насыщение» в начало и конец контура происходит искажение выходного сигнала на высоких и низких частотах соответственно.

Смещение характеристики при включении НЭ «Насыщение» в случае А1 достигается за счет того, что этот НЭ оказывает влияние на систему, а НЭ «Зона нечувствительности» сказывается лишь на высоких частотах, которые не оказывают влияния на динамику работы системы, и влияние данного НЭ компенсируется стоящим за ним интегратором.

В случае А3 (включение НЭ «Насыщение» после корректирующего звена) НЭ выступает в роли ограничителя входного сигнала, это сказывается на коэффициенте усиления всей системы.

НЭ «Зона нечувствительности» фиксирована после интегратором в точном контуре. Включение НЭ «Насыщение» в середину контура при фиксированном НЭ «Зона нечувствительности» дает совпадение результатов по трем случаям: включение после коэффициента усиления, после корректирующего звена, перед интегратором. Выявлено резкое снижение коэффициента усиления на средних и высоких частотах. Амплитуда переходного процесса разомкнутой системы крайне близка к нулю, что и дает соответствующий результат. При включении НЭ «Насыщение» в начало и конец контура так же происходит резкое падение коэффициента усиления на высоких частотах, при чем в случае включения в конец контура ослабление его происходит и на низких частотах.

В этих случаях нелинейности выступают в роди ограничителей входного сигнала на средних и высоких частотах.

Парное включение неоднозначных НЭ. В одном контуре не может находиться НЭ «Люфт» и НЭ «Упор» одновременно.

При моделировании случаев включения в систему неоднозначных нелинейных элементов типа «Люфт» и «Упор» выявлены схожие тенденции поведения с приведенными выше моделями характеристик НЭ «Зона нечувствительности» и «Насыщение». Это имеет смысл, так как амплитудные характеристики НЭ«Люфт» и НЭ «Зона нечувствительности», НЭ «Упор» и НЭ «Насыщение» почти совпадают. Поэтому для определения наличия данных нелинейностей в системе необходимо оценить изменение ЛАЧХ на всем диапазоне частот.

Методика идентификации:

По ранее известным ЛАЧХ разомкнутого точного контура скорректированной электромеханической следящей системы необходимо определить влияние какого нелинейного элемента сказывается на систему.

Программа идентификации разработана в среде Borland Delphi 7. Ниже представлены экранные формы программы.

Представлены ЛАЧХ точного контура без включения в него нелинейного элемента и ЛАЧХ с нелинейностью. Проводится оценивание положения характеристик.

Особенностью ЛАЧХ, при внедрении НЭ типа «Зона нечувствительности», является снижение ее по оси вниз, что говорит об уменьшении коэффициента усиления.

Особенностью ЛАЧХ, при внедрении нелинейного элемента типа «насыщение» является срез в области низких и средних частот.

При включении в конец точного контура двух НЭ типа «Насыщение» и «Зона нечувствительности» происходит ограничение выходного сигнала на низких и высоких частотах.

Особенностью ЛАЧХ, при внедрении НЭ типа «Люфт» («Упор»), является изменение ее наклона.

Показано соответствие вида нелинейных элементов и их ЛАЧХ. По нажатию кнопки «Идентификация» происходит смена нелинейности и соответствующей характеристики.