Название: Вестник Ульяновского государственного технического университета (В.В. Ефимов)

Жанр: Гуманитарный

Просмотров: 1137


Особенности реализации упреждающей коррекции на современной элементарной базе

 

Обсуждаются вопросы реализации метода упреждающей коррекции для построения систем  автоматического управления (САУ) с пониженной чувствительностью к ва- риациям параметров  объекта  и влияниям внешних возмущений. Обосновывается необ- ходимость построения специализированных элементов для облегчения решения задач применения метода при аппаратном  подходе, а также возможности их программного воплощения.

 

Метод упреждающей коррекции (УК), представляющий собой сово- купность структурных приемов построения замкнутых заведомо устойчи- вых САУ, имеющих заданные динамические показатели, является доста- точно универсальным методом снижения чувствительности систем к ва-

риациям параметров объекта и влиянию возмущающих воздействий при сохранении их повышенного быстродействия.

Метод УК оказывается весьма легко реализуемым в системах электро-

машинной и электромагнитной автоматики, когда необходимые корректи-

рующие сигналы можно снимать с обмоток возбуждения или управления, что не приводило к усложнению управляющей части. При использовании современной полупроводниковой элементной базы метод УК в общем слу- чае требует увеличения аппаратных затрат на построение управляющей части, чем, например, наиболее распространенный метод, последователь- ной коррекции (ПК), в результате чего предпочтение чаще отдается имен- но последнему. Тем не менее метод УК обладает явным достоинством, а для облегчения его применения целесообразно создать специальный набор элементов, позволяющих реализовать наиболее употребительные структу- ры САУ с УК.

На рис.1 приведены примеры построения структур САУ с реализацией упреждающей коррекции и элементами самонастройки.

На рис.1,а представлена схема, отражающая существо метода упреждаю-

щей коррекции [1] и его реализацию в одноконтурной обыкновенной САУ, а также варианты преодоления влияния возмущающих воздействий и из- менения коэффициента передачи КX звеньев  WX,  влияние  которых  на устойчивость    САУ необходимо устранить [2]. Введение автоподстройки коэффициента Кхм на условие Кхм=Кх в виде введения параметрического воздействия по сигналу Хуп через ключи К1 на звено Кхм предположи- тельно может позволить обойтись без фильтра Wф, который при аналого- вом исполнении ухудшает качество переходных процессов в САУ.

На рис.1.б представлена структура адаптивной САУ [3] с эталонными моделями применительно к двухконтурной системе подчиненного регули- рования координат электропривода и реализации упреждающей коррекции и в токовом контуре, и в контуре скорости. На этой схеме также кроме обычных сигнальных воздействий имеются и параметрические воздейст- вия на элементы м1 и м2, изменяющие степени  коррекции в каждом кон- туре.

Анализ приведенных примеров и наиболее распространенных структур с реализацией метода упреждающей коррекции [1] позволяет сформулиро- вать требования к набору элементов, облегчающие реализацию метода уп- реждающей коррекции с применением современной элементной базы.

 

 

XO      ЭС1     ЭС2

 

XK

F

X1                   X2                   X WP WX                  WO

 

Xуп

Кxm

 

 

K2       K1

ЭС3

 

Кu        K1

P

 

 

Wф      WM

K2

 

 

 

WЭТ2

 

2W4

 

WU2

a

UЭТ    Uc

 

2

 

M2

 

XK

WФ2 WM2

YK

 

IC

EП       Id                  UC

WРС   KPT     WП      WЯ      W     KC

UO

Ed

-1

WЭТ1

 

1

 

WU1

 

M1

 

 

KXM1

 

Wф1

Kd

WM1

 

KT

 

б

 

Рис. 1. Структура САУ с упреждающей коррекцией и самонастройкой

 

1. Необходимо применения блоков гальванической развязки, пригод- ных для преобразования сигналов в диапазонах 075мВ; 0300 В с по- треблением мощности не более 0,1 мВт. При использовании для преобра- зования однополярных сигналов такие блоки необходимо  выполнять на оптронных парах, чтобы не применять трансформаторные элементы, неиз-

бежно увеличивающие габариты и снижающие технологичность аппарату-

ры.

2. Необходимо также иметь усилительные элементы с управляемым коэффициентом передачи, выполняющие функции элементов Кхм с управ-

ляемым коэффициентом передачи, то есть такие элементы, у которых кро- ме сигнальных входов должен быть и вход управления коэффициентом пе- редачи. Такие усилители должны иметь свойства усилителей постоянного тока, однако полоса пропускания их должна быть не ниже 103 Гц. Коэффи- циенты передачи таких элементов должны меняться в пределах от 1 до 102, причем должна быть предусмотрена возможность установки необходимого значения вручную и его изменения по управляющему входу в требуемом диапазоне. В соответствии с изменением коэффициента усиления функ- циональных  элементов Wх, входящих в основной канал САУ. Элементы Кхм должны обладать способностью следить за коэффициентом Кх.

Требования по мощности к элементам Кхм идентичны к таковым для микросхем.

3.  Следующим специфическим элементом для реализации упреждаю-

щей коррекции является регулируемый делитель напряжения, выполняю- щий функции степени коррекции м, значение которого должно изменяться в пределах 1,00,1. Этот элемент похож на управляемый усилитель, однако может быть выполнен именно в виде регулируемого резистора – делителя напряжения.

4.  Следующими важными элементами, входящими в набор потребных для реализации метода упреждающей коррекции являются, сопутствую- щие звенья: ключи К1, К2 (см.рис. 1,а), подключающие необходимые эле- менты для введения параметрических воздействий, разрежающие, напри- мер, интеграторы, или вообще выводящие из работы некоторые элементы и тем самым переключающие структуру САУ. К числу сопутствующих элементов необходимо отнести элементы, организующие упомянутое вы- ше слежение моделируемых коэффициентов за коэффициентами звеньев Wх исходной части объекта, например, интегрирующие звенья. Реализация таких элементов возможна как аналоговым, так и цифровым способом с использованием широко распространенных микропроцессорных наборов или программируемых микроконтроллеров.

5. Для реализации самонастраивающихся систем с эталонными моде- лями при использовании в основном контуре (контурах) эталонных моде- лей (рис. 1,б) необходимо выполнять сами эталонные модели, представ- ляющие собой звенья второго порядка с изменяемыми постоянной времени

Т0=var и степени затухания 1

2  const . Эти модели могут выполняться

из типовых микросхем, однако должны предусматривать возможности ав-

томатической настройки на нужный вид эталонного процесса.

6.  Вероятна целесообразность совмещения блоков гальванической раз-

вязки и управляемых усилительных элементов и реализация в одном кон-

структиве дифференциальной вилки, выделяющей упреждающий сигнал Хуп и имеющей возможность автоматической настройки потребного ко- эффициента Кхм=Кх в одном ключе.

7.  Наиболее  перспективен  вариант  программной  реализации  метода

упреждающей коррекции, когда элементы Wр, Кхм, ЭС1, ЭС2, К1, К2, Ки/р, Wм, Wф реализует вычислительное устройство, а необходимые сиг- налы Х0(t), Х(t), Хуп(t), Хк(t) будут вводиться в него с помощью набора ЦАП и АЦП, образующих устройство связи с объектом Wх W0.