Синтез и моделирование комбинированной системы управления с измерением возмущения по модели объекта

Abstract

Проведен синтез системы управления с использованием двух принципов управления: по отклонению и по возмущающему воздействию. Измерение возмущающего воздействия осуществляется косвенно по модели объекта, в которую входит заданная часть системы. Заданная часть включает в себя усилитель мощности  звено первого порядка, и двигатель – звено второго порядка. Выходной сигнал системы управления сравнивается с сигналом на выходе модели. Разность этих сигналов через компенсирующее устройство подается на вход усилителя мощности. В качестве показателей процесса приняты: максимальное перерегулирование в переходной характеристике и время переходного процесса. Схема управляющего устройства и расчет его параметров выполнены с учетом максимальной допустимой величины перегрузки электропривода по моменту вращения при минимальном времени переходного процесса. При расчете управляющего устройства приняты условия, обеспечивающие минимум среднеквадратичного интегрального критерия оптимальности. Показано, что введение в систему компенсирующего устройства уменьшает степень влияния на выходную величину системы управления возмущающего воздействия, приложенного к объекту. Определены структурная схема и параметры компенсирующего устройства, приведены условия устойчивости контура компенсации. Разработана структурная схема системы управления и метод расчета его параметров в аналоговом и в цифровом вариантах. Рассмотрен пример расчета системы и схемы моделирования в системе MATLAB-Simulink при выполнении всех управляющих элементов системы в аналоговой и в цифровой формах.

Проведено синтез системи управління з використанням двох принципів управління: по відхиленню і по впливі, що обурює. Вимірювання впливу, що обурює здійснюється побічно за моделлю об'єкта, в яку входить задана частина системи. Задана частина включає в себе підсилювач потужності  ланка першого порядку, і двигун  ланка другого порядку. Вихідний сигнал системи управління порівнюється з сигналом на виході моделі. Різниця цих сигналів через компенсуючий пристрій подається на вхід підсилювача потужності. Як показники процесу прийняті: максимальне перерегулювання в перехідній характеристиці і час перехідного процесу. Схема керуючого пристрою і розрахунок його параметрів виконані з урахуванням максимальної допустимої величини перевантаження електроприводу по моменту обертання при мінімальному часу перехідного процесу. При розрахунку керуючого пристрою прийняті умови, що забезпечують мінімум середньоквадратичного інтегрального критерію оптимальності. Показано, що введення в систему компенсуючого пристрою зменшує ступінь впливу на вихідну величину системи управління обурюваного впливу, прикладеного до об'єкту. Визначено структурну схему та параметри компенсуючого пристрою, наведені умови стійкості контуру компенсації. Розроблено структурну схему системи управління і метод розрахунку його параметрів в аналоговому і в цифровому варіантах. Розглянуто приклад розрахунку системи і схеми моделювання в системі MATLAB-Simulink при виконанні всіх керуючих елементів системи в аналогової і в цифровій формах.

The control system is synthesized using two control principles: deviation and perturbation. Measurement of the disturbing effect is carried out indirectly by the model of the object into which the given part of the system enters. The predetermined portion includes a power amplifier, a first-order unit, and an engine - second-order link. The output signal of the control system is compared with the signal at the output of the model. The difference of these signals through the compensating device is fed to the input of the power amplifier. As indicators of the process, the maximum overshoot in the transient response and the transient time are adopted. The circuit of the control device and the calculation of its parameters are made taking into account the maximum permissible value of the electric drive overload at the moment of rotation with the minimum time of the transient process. When calculating the control device, conditions are adopted that ensure a minimum of the root-mean-square integral optimality criterion. It is shown that the introduction of a compensating device into the system. It is shown that the introduction of a compensating device into the system reduces the degree of influence on the output value of the control system of the disturbing effect applied to the object. The structural scheme and parameters of the compensating device are determined, the stability conditions of the compensation circuit are given. A structural diagram of the control system and a method for calculating its parameters in the analog and digital versions are developed. An example of calculation of the system and modeling circuit in the MATLAB-Simulink system is considered when all control elements of the system are executed in analog and digital forms.