WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

n Таким образом, вместо случайного перебора в -мерном пространстве состояний динамической системы применим целенаправленный перебор в пространстве искомых параметров периодического решения искомой формы. Полностью используется априорная информация о форме и параметрах решений.

Анализ гибридных систем должен начинаться с исследования существования и единственности состояний равновесия. При отсутствии состояний равновесия можно предположить, что замкнутая система управления функционирует в режиме автоколебаний, восполняющих недостаток текущей информации о состоянии объекта и увеличивающих разнообразие управляющих воздействий.

Метод перечисления возможных форм установившихся колебаний основан на результатах исследования состояний равновесия и на анализе замкнутых маршрутов в графе переходов автомата. Назовем предельный цикл элементарным, если ему отвечает контур в графе длины два. Пример последовательности состояний, {a b a b a } порождаемой таким контуром. Простыми назовем предельные циклы, порожденные контурами или замкнутыми маршрутами в орграфах переходов, в которых не повторяются дуги. Простые предельные циклы могут различаться длиной {a b c b a b c b } {a b c d c b a b c d c b} маршрута, т. е. числом дуг (, ). При длине два (контур в графе) получится элементарный цикл. Сложными назовем предельные циклы, которым соответствуют замкнутые маршруты, в которые не только {a b a b c b a b a b c b } вершины, но и дуги графа могут входить несколько раз (, {a b c b c b a b c b c b } {a b a b c b c b a b a b c b c b }, ).

Четвертая глава посвящена компьютерному моделированию, анализу и реализации релейно-импульсных систем управления.

Анализ установившихся процессов состоит следующих основных этапов:

• предварительный анализ;

• построение гибридной модели системы;

• вычислительные эксперименты с гибридной моделью разомкнутой системы;

• вычислительные эксперименты с гибридной моделью замкнутой системы.

Для вычислительных экспериментов с гибридными моделями можно использовать универсальные программы компьютерного моделирования, в частности, далее будет рассмотрено применение для этих целей Matlab/Stateflow и Matlab /Simulink. В этом случае непосредственно модель реализуется в среде Simulink, а алгоритм поиска периодических решений реализуется программой на языке Matlab, которая при помощи функции sim осуществляет моделирование процессов в системе при заданном воздействии на заданном интервале времени. При этом все параметры численного решения ДУ (метод, шаг) задаются этой программой. Проблемы численного решения обусловлены тем, что соответствующие ДУ имеют разрывную правую часть. Однако в случае необходимости максимально увеличить быстродействие программы или аппаратной реализации части моделей оправдана разработка специализированной программы. Для этого случая был разработан на~ ( (s, x)) ~ бор объектов, реализующих (s, x) 2-D T[k] ~ x 2-D T[k] y основные компоненты гиs' x s y бридной модели.

Таблица Таблица 1 Пакет Stateflow яв(Direct Lookup (Direct Lookup Table 2) Table 1) ляется интерактивным Блок памяти (Memory) инструментом разработки в области моделирования s сложных, управляемых соOutssбытиями систем. Он тесно интегрирован с Matlab и (~0) x Simulink и основан на тео1-D T [k] рии КА. Несомненными достоинствами реализации моТаблица (Direct Lookup делей релейных преобразоTable 3) вателей в Stateflow является Рис. 9. Реализация модели автомата, дополненного наглядность представления функцией начального состояния графа автомата, возможность интегрирования в модели Simulink, наличие средств визуализации работы автомата. Однако такая реализация имеет ряд серьезных недостатков: аналого-символьный интерфейс реализуется многократно (на каждом ребре графа), что существенно увеличивает вычислительную сложность задач, использующих данную модель; осложняется контроль над процессом поиска моментов переключений (управления выбором шага численного интегрирования при моделировании). Графическое представление затрудняет автоматизацию экспериментов с моделью, невозможно программное задание автомата.

Указанные недостатки устранены в реализации модели гибридных систем в среде Matlab/Simulink. Реализация аналого-символьного интерфейса основана на использовании набора пороговых элементов, составляющих блок пороговых элементов и блока формирования символа. Модель автомата содержит таблицу, реали(s, x) зующую функцию переходов ~ — блок Таблица 1 (Direct Lookup Table 1) (рис. 9), блок памяти состояния (Memory), таблицу, реализующую функцию выхо(s, x) да ~ — Таблица 2 (Direct Lookup Table 2). При этом Таблица 2 может содержать как коды выходных символов, так и непосредственно значения выходного сигнала, т. е. реализовывать и символьно-аналоговый интерфейс — преобразование ~ ( (s, x)). Схема дополнена блоком логики, формирующим начальное состояние, (~) x т. е. реализующим функцию, а блок памяти состояния (Memory) модифицирован для обеспечения возможности задания начального состояния.

Для реализации компьютерной модели таймированного автомата необходимо в аналого-символьный интерфейс добавить блок генерации символа таймера te.

Выбор метода и параметров численного решения ДУ является определяющим фактором реализации разработанного метода поиска периодических режимов.

При решении задачи поиска периодических решений в гибридных системах важна точность поиска моментов переключения. Предложенный в работе алгоритм поиска установившихся режимов предусматривает автоматическое изменение параметров метода решения ДУ непрерывной части в случае, если заданная точность их решения не позволяет найти момент наступления установившегося режима с точностью, удовлетворяющей принятому критерию.

Программа поиска момента наступления установившегося режима состоит из трех частей:Simulink-модели исследуемой системы (разомкнутой), функции вычисления критерия наступления установившегося режима и функции, реализующей алгоритм поиска.

Разработанные методы анализа установившихся процессов в релейных и релейно-импульсных системах управления были опробованы на лабораторных макетах системы управления положением вала двигателя с релейно-импульсным управляющим устройством (рис. 10, а) и системы управления положением магнитного тела (рис. 10, б).

а б Рис. 10. Фотографии макетов систем управления: положением вала двигателя (а), положением магнитного тела (б) В системе управления положением магнитного тела датчик позволяет измерять положение тела только в вертикальной плоскости. Недостаток измерительной информации восполняется колебательным режимом работы системы. На рис. 11, а показан график процесса в системе полученный путем расчета по предложенной методике. Результаты экспериментов с макетом подтвердили достоверность расчетных данных (рис. 11, б).

а б Рис. 11. Расчетный (а) и экспериментальный (б) графики процессов в системе управления положением магнитного тела Разработанные модели и методы анализа также применялись при разработке системы управления электромеханическим следящим приводом антенного устройства, которая аналогична системе управления положением вала двигателя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертационной работе получены научные и практические результаты, составляющие теоретическую, методическую и алгоритмическую основу анализа установившихся процессов в автоматических системах с релейными, релейно-импульсными и логическими алгоритмами управления на базе современных компьютерных технологий.

Гибридные модели, образованные взаимодействующими посредством интерфейса КА и непрерывными частями, упрощают программную и аппаратную реализацию алгоритмов, открывают путь для развития новых, более эффективных методов расчета и компьютерного моделирования релейно-импульсных автоматических систем управления.

Методы анализа равновесных и периодических режимов в релейно-импульсных и логических системах являются принципиально точными, так как гибридные модели позволяют выделить переменные, формы колебаний которых удается перечислить путем анализа замкнутых маршрутов в графах переходов автоматов, СХ релейных преобразователей и замкнутых систем.

Метод уточнения параметров колебаний реализован в виде компьютерной версии прямых методов теории дифференциальных уравнений, базирующейся на идее подстановки в компьютерные модели функций-кандидатов на искомые решения. Автоматизированная процедура сводится к генерированию сигналов заданной формы, идентификации установившихся реакций разомкнутых систем и минимизации невязки подстройкой параметров.

Разработанные в рамках диссертационной работы гибридные и однородные модели, методы, алгоритмы и программы анализа равновесных режимов и периодических процессов в релейных, релейно-импульсных и логических системах образуют автоматизированный комплекс, позволяющий исследовать системы с логическими алгоритмами управления на основе малой информации о состоянии объектов и при недостаточном разнообразии уровней управляющих воздействий. Специализированная объектно-ориентированная программная реализация релейных и релейно-импульсных преобразователей с многозначными характеристиками, позволяет минимизировать вычислительные затраты и использовать преобразователи в системах реального времени.

Результаты исследований на тестовых примерах, а также экспериментальные данные, полученные на лабораторном макете релейно-импульсной системы управления положением вала двигателя и макете системы управления положением магнитного тела, позволяют сделать вывод об эффективности разработанных методов анализа и методик их применения.

Дальнейшие исследования и разработки по теме диссертации целесообразно проводить в направлении развития методов синтеза релейно-импульсных и логических алгоритмов управления.

Автор выражает благодарность проф. В. Б. Яковлеву, который обратил его внимание на перспективность исследований в области гибридных систем управления, своему научному руководителю проф. Н. Н. Кузьмину, а также проф.

Д. Х. Имаеву и доц. Н. В. Соловьеву, за постоянную помощь в процессе работы над диссертацией.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Гаврилова, А. С. Wavelet-фильтрация в задаче вычисления скорости по данным унитарно-кодового датчика / А.С. Гаврилова, Т.В. Туренко // Управление и информационные технологии: материалы Всерос. науч. конф., г. Санкт-Петербург, 3 – 4 апреля. 2003 г. – М.: Испо-сервис, 2003. – Т. 2. – С.88–92.

2. Гайдучок, С. Н. Высокоточная позиционная система управления регулирующим клапаном газотурбинной установки на базе частотно-регулируемого асинхронного двигателя / С. Н. Гайдучок, Н. В. Соловьев, Т. В. Туренко // Информационное технологии в электротехнике и электроэнергетике (ИТЭЭ-2002): материалы IV всеросс. науч.-техн. конф., Чебоксары, 5 – 6 июня 2002 – Чебоксары: Изд-во Чуваш. гос. ун-та им. И.Н.Ульянова, 2002. – С. 215-223.

3. Имаев, Д. Х. Гибридные модели систем с релейными управляющими устройствами / Д. Х. Имаев, Т. В. Туренко // Управление и информационные технологии (УИТ-2005): материалы III Всерос. науч. конф., г. Санкт-Петербург, 30 июня2 июля 2005 г. – СПб.: СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2005. – Т.1. – С. 85-92.

4. Имаев, Д. Х. Анализ периодических режимов в релейных системах управления по гибридным моделям / Д. Х. Имаев, Н.Н. Кузьмин, Т. В. Туренко // Управление и информационные технологии (УИТ-2006): материалы IV Всерос. науч.

конф., г. Санкт-Петербург, 10–12 октября 2006 г. – СПб.: СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2006.

– С. 64–70.

5. Имаев, Д. Х. Гибридные модели систем с релейно-импульсными управляющими устройствами // Д. Х. Имаев, Т. В. Туренко // Управление и информационные технологии (УИТ-2006): материалы IV Всерос. науч. конф., г. Санкт-Петербург, 10–12 октября 2006 г. – СПб.: СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2006. – С. 70-76.

6. Кузьмин, Н. Н. Информационные технологии в задаче автоматизированного исследования систем прямого цифрового управления // Н. Н. Кузьмин, Н. В. Соловьев, Т. В. Туренко // Управление и информационные технологии: материалы Всерос. науч. конф., г. Санкт-Петербург, 3 – 4 апреля. 2003 г. – М.: Испо-сервис, 2003. – Т. 1. – С.310–315.

7. Соловьев, Н. В. Лабораторный стенд системы прямого цифрового управления / Н.В. Соловьев, Т.В. Туренко // Современные технологии обучения: материалы VIII междунар. конф., г. Санкт-Петербург, 24 апреля 2002 г. – СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2002. – Т. 2. – С. 43-45.

8. Туренко, Т.В. Применение SIMULINK и STATEFLOW для моделирования гибридной системы прямого цифрового управления с унитарно-кодовым датчиком / Т. В. Туренко // Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB: труды Всерос. науч. конф., г. Москва, 28–29 мая 2002 г. – М.:ИПУ РАН, 2002 г. – Т. 5. – С. 694-705.

9. Соловьев, Н. В. Разработка технических и программных средств для многофункциональных стендов обеспечения учебного процесса по группе дисциплин учебного плана направления "Автоматизация и управление" / Н. В. Соловьев, Т. В. Туренко // Современные технологии обучения: материалы VIII междунар.

конф., г. Санкт-Петербург, 24 апреля 2002 г. – СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ". – 2002. – Т. 2. – С. 41-43.

10. Туренко, Т. В. Гибридная модель системы прямого цифрового управления с унитарно-кодовым датчиком // Навигация и управление движением: сб. докл.

IV конференции молодых ученых, г. Санкт-Петербург, 12–14 марта. 2002 г. – СПб.:

ГНЦ РФ – ЦНИИ "Электроприбор", 2002. – С.211–217.

11. Туренко, Т. В. Нечеткий регулятор в гибридной позиционной системе прямого цифрового управления // Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям "SCM'2002": сб. докл., г. Санкт-Петербург, 25-27 июня. г. – СПб.: Изд-во Гидрометеоиздат, 2002. – Т. 1. – С. 214-217.

12. Пат. на ПМ 34262 Российская Федерация, МПК7 G 05 B 15/02, G 05 D 3/20. Электромеханический следящий привод антенного устройства / В.Д. Лебедев, В. А. Федотов, Ю. А. Шаповалов, Т. В. Туренко; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Гранит". – 2003121139/20; заявл. 16.07.2003; опубл.

27.11.2003, Бюл. № 33.

13. Пат. 2253889 Российская Федерация, МПК7 G 05 B 15/02, G 05 D 3/20.

Электромеханический следящий привод антенного устройства / В. Д. Лебедев, В. А. Федотов, Ю. А. Шаповалов, Т. В. Туренко; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Гранит". – 2003121589/09; заявл. 16.07.2003; опубл.

10.06.2005, Бюл. № 16.

14. Свид. на ПМ 25104 Российская Федерация, МПК7 G 05 B 15/00. Гибридная электромеханическая система прямого цифрового управления / С. Н. Гайдучок, Ю. В. Королев, Н. В. Соловьев, Т. В. Туренко; заявители и патентообладатели С. Н. Гайдучок, Ю. В. Королев, Н. В. Соловьев, Т. В. Туренко. – 2002112068/20;

Pages:     | 1 | 2 || 4 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.