Алгоритмы управления и активная виброзащитная система прецизионного оптико-механического комплекса тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.07, кандидат технических наук Мятов, Геннадий Николаевич

• Мятов, Геннадий Николаевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мятов, Геннадий Николаевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Проблема повышения точностной надежности и эффективности работы испытательного прецизионного ОМК

1.2. Пассивные виброзащитные системы

1.3. Активные виброзащитные системы

1.4. Основные выводы по разделу и постановка задачи

2.МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВИБРОЗАЩИЩАЕМОГО ОБЪЕКТА

2.1. Обобщенная и упрощенная математическая модель ОУ

2.2. Экспериментальное исследование характеристик ОУ

3.АЛГОРТИМ УПРАВЛЕНИЯ АВЗС ПРИ ДЕЙСТВИИ ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ВОЗМУЩАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

3.1.Анализ возможных принципов построения системы

3.2.Обоснование технически оптимальной настройки и синтез АВЗС

3.3.Оценка эффективности АВЗС при гармонических возмущениях

3.4.Алгоритм расчета адаптивного цифрового регулятора

4.АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ АВЗС ПРИ ДЕЙСТВИИ СЛУЧАЙНЫХ ВОЗМУЩАЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

4.1.Математическая модель возмущающего воздействия. Критерий оптимизации

4.2.Синтез оптимальной АВЗС при стационарных возмущениях

4.3.Оценка эффективности работы оптимальной АВЗС и её упрощение

4.4.Анализ возможного упрощения структуры АВЗС за счет

использования других каналов связи

4.5.Сопоставительный анализ синтезированных АВЗС

4.6.Основные результаты и выводы по разделу 3 и 4

5.РЕАЛИЗАЦИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ И КВАЗИОПТИМАЛЬНЫХ

АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ АВЗС

5.1 .Описание электрических схем АВЗС

5.1.1.Преобразователь сигнала датчика и регулятор

5.1.2.Усилитель мощности

5.1.3.3ащита и индикация

5.2.Экспериментальные исследования опытного образца АВЗС

Основные результаты и выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И

ТЕРМИНОВ

АЧХ - амплитудная частотная характеристика; АВЗС - активная виброзащитная система;

ЛАЧХ - логарифмическая амплитудная частотная характеристика;

ММ - математическая модель;

ОМК - оптико - механический комплекс;

ОУ - объект управления;

ОПУ - операционный усилитель;

ПФ - передаточная функция;

САУ - система автоматического управления;

ТАУ - теория автоматического управления;

Ат - амплитудная частотная характеристика; Оф - дисперсия случайного процесса <р(^; К - коэффициент передачи;

Цш) - логарифмическая амплитудная частотная характеристика; X - множитель Лагранжа; т0 - неотрицательный множитель Лагранжа; р - оператор Лапласа;

8ф(со) - спектральная плотность мощности случайного процесса

Т - постоянная времени;

\Л/(р) - передаточная функция;

X, У, 7. - оси прямоугольной системы координат;

со - круговая частота;

<и2> - средний квадрат управляющего воздействия;

<х02> - средний квадрат отклонения стабилизируемой координаты.

аЬ1

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Алгоритмы управления и активная виброзащитная система прецизионного оптико-механического комплекса»

ВВЕДЕНИЕ

В диссертации рассматривается проблема повышения точностной надежности и эффективности функционирования прецизионного испытательного оптико-механического комплекса (ОМК) за счет стабилизации положения его несущих элементов в пространстве путем управления динамической жесткостью амортизирующих элементов ОМК.

Актуальность темы: Уровни виброактивности механизмов в современной технике оказывают существенное влияние на точностную надежность и эффективность функционирования высокоточного механического оборудования: станков, измерительных устройств, испытательных комплексов.

В работе рассматривается ОМК, предназначенный для испытаний и аттестации длиннофокусных объектов космического базирования. На достоверность результатов испытаний и качество юстировки ОМК существенное влияние оказывают возмущающие воздействия со стороны фундамента, что вынуждает уделять особое внимание вопросам его виброзащиты.

Эффективным способом снижения вибрационных полей защищаемых объектов является использование систем активной виброзащиты (АВЗС), с помощью которых осуществляется управление динамической жесткостью специально вводимых в механические системы амортизирующих элементов.

В качестве исполнительных элементов в таких системах используются гидравлические, электромеханические, пневматические и др. типы управляемых опор.

Для стационарного прецизионного оборудования наиболее широкое применение получили пневмо - и гидромеханические системы, в которых регулирующие воздействие организуются с помощью механических и электрических связей. Причем для широкополосной виброизоляции объектов АВЗС часто используются в сочета-

нии с обычными неуправляемыми элементами, обеспечивающими дополнительную виброизоляцию от высокочастотных составляющих спектра вибрации.

Недостатком известных струйных пневмоопор, является их малая полоса пропускания по отношению к управляющему воздействию, обусловленная инерционностью исполнительных элементов, что ограничивает область частот, в которой может быть достигнуто эффективное подавление возмущений. Указанное обстоятельство определяет необходимость дальнейших исследований по совершенствованию конструкций исполнительных элементов АВЗС с целью улучшения их динамических характеристик.

Существенное повышение качества виброизоляции может быть достигнуто также за счет оптимизации алгоритмов управления и структур АВЗС. Несмотря на значительный объем исследований в этой области, в частности, результаты полученные в работах М.З. Коловского, С.В, Елисеева, В.Т. Шмакова, Д.Е. Чегодаева, Ю.В. Шатилова, М.Д. Генкина, В.М. Рябова, Ф.А. Фурмана и др., до настоящего времени остаются нерешенными ряд вопросов проектирования и конструирования АВЗС прецизионного механического оборудования с учетом особенностей действующих на виброизолируемый объект возмущений, динамических свойств объекта, ограничений на управляющие воздействия.

Таким образом, поиск путей повышения эффективности виброизоляции испытательных стендов, базирующихся на совершенствовании исполнительных элементов АВЗС, выявлении математических моделей (ММ) объекта управления (ОУ), оптимизации алгоритмов управления, является актуальной задачей, имеющей существенное значение для повышения точностной надежности прецизионных испытательных стендов и другого высокоточного оборудования.

Основные результаты работы получены и использованы в ходе выполнения в течении 1994 - 1998 г.г. ряда плановых НИР СамГТУ с Центральным специализиро-

ванным конструкторским бюро города Самара. Бюджетные НИР проводились по программам: «Конверсия высоких технологий» (Приказ №168 от 23.03.93 г.), «Конверсия Самары», по гранту Государственного комитета РФ по высшему и среднему образованию в области фундаментальных исследований технологических проблем авиастроения и космической техники (№ гос. Регистрации 01940005469).

Цель работы: повышение точностной надежности и эффективности функционирования прецизионного испытательного ОМК за счет стабилизации положения его несущих элементов путем управления динамической жесткостью амортизирующих элементов на основе разработки математических моделей объекта управления, совершенствования алгоритмов управления, создания инженерных методик проектирования и реализации конкретной АВЗС.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие основные задачи:

- разработать ММ ОУ с исполнительным элементом в виде управляемой пнев-моопоры;

- на основе экспериментальных исследований выявить вероятностные характеристики возмущающего воздействия;

- выявить оптимальные и рациональные алгоритмы управления объектом;

- создать опытный образец АВЗС и провести его экспериментальные исследования.

Методы исследования. При теоретическом анализе в работе использовались: методы теории механических колебаний, теории линейных и нелинейных систем автоматического управления, а также методы математического моделирования на ЭВМ. Основные теоретические положения подтверждены результатами экспериментальных исследований.

Научная новизна и значимость диссертационной работы заключается в том,

что:

1. Разработана обобщенная и упрощенная ММ ОУ, получены аппроксимирующие выражения для ММ в виде передаточных функций (ПФ) объекта, по отношению к управляющему и возмущающему воздействиям.

2. Получены алгоритмы рационального и квазиоптимального управления ОУ в условиях действия детерминированных и случайных возмущений.

3. Разработаны инженерные методики проектирования АВЗС при действии детерминированных и случайных возмущающих воздействий.

4. Получены структуры конкретных рациональных и квазиоптимальных АВЗС и проведены их экспериментальные исследования.

Практическая ценность результатов работы. Разработанные теоретические положения использовались:

- при разработке и создании опытного образца АВЗС прецизионного ОМК;

- при разработке алгоритмов и программ расчета оптимальных АВЗС, работающих в условиях случайных и детерминированных возмущающих воздействий.

Результаты исследований внедрены в Центральном специализированном конструкторском бюро (ЦСКБ, г. Самара) в составе АВЗС прецизионного испытательного ОМК, предназначенного для экспериментальных исследований и аттестации длиннофокусных оптических систем орбитального базирования.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на: «Первой Поволжской конференции по проблемам двойного применения», г. Самара 1995г.; научно - практическом семинаре - выставке «Автоматизация технологических процессов и производств. Точность, качество и надежность конструкций и технических систем», СамГТУ, филиал в г. Сызрань 1997г.; научно - технической конференции «Совершенствование систем и технологий», Севастополь 1997г.; научно -технической конференции «Оптимизация производственных процессов», Севастополь 1997г.

Публикации: по теме работы опубликовано 5 печатных работах.

На защиту выносятся:

1. Обобщенная и упрощенная ММ ОУ с исполнительным элементом в виде управляемой пневмоопоры,

2. Алгоритмы рационального и квазиоптимального управления ОУ в условиях действия детерминированных и случайных возмущений.

3. Методы инженерного проектирования АВЗС при действии детерминированных и случайных возмущающих воздействиях.

4. Структуры конкретных рациональных и квазиоптимальных АВЗС.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения изложенных на 129 страницах машинописного текста, списка используемых источников из 103 наименований на 12 страницах, 3-х приложений и содержит 61 рисунок. Общий объем работы 158 страниц сквозной нумерации.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Проблема повышения точностной надежности и эффективности работы испытательного прецизионного ОМК

В современном прецизионном испытательном оборудование, высокоточных станках, измерительных комплексах, летательных аппаратах, автомобилях, судах большое значение приобретают вопросы виброзащиты. Это связано в частотности с тем, что интенсивность вибрации и ударов обычно возрастает с увеличением скорости движения обрабатываемой детали или транспортного средства. Развитие новых микроэлектронных высокочувствительных к вибрации систем сопровождается непрерывным повышением требований к виброзащитным системам.

Существует два основных метода виброзащиты /1, 4, 12/. Первый состоит в присоединении к защищаемому объекту других механических систем, параметры которых выбирается таким образом, чтобы обеспечивалось уменьшение колебаний основной системы. Такой способ виброзащиты называется динамическим гашением, а присоединяемые системы - динамическими гасителями.

Второй метод заключается в разделение исходной системы на две части и в соединение этих частей дополнительными механическими системами. Этот метод называется виброизоляцией или амортизацией, а устройства, соединяющие две части -виброизоляторами. При разделении системы одна из её частей оказывается свободным телом, не соединенным с другими телами. Эту часть называют амортизируемым объектом, а вторую, связанную с другими телами - основанием, или несущим телом. Если динамические воздействия приложены к основанию, то целью амортизации является защита амортизируемого объекта, если же воздействия непосредственно приложены к объекту, то амортизаторы обеспечивают защиту основания. Виброзащита

также может достигаться за счет непосредственного уменьшения динамических воздействий, за счет изменения конструкции объекта или основания.

Интерес к созданию и использованию виброизоляторов, как было уже сказано, объясняется возрастающей виброактивностью механизмов и оборудования, из-за увеличения их мощности и рабочих скоростей, необходимостью создания условий для проведения калибровки, выверки чувствительных элементов испытательных устройств и инерциальных систем. Поэтому для большинства прецизионных механических систем актуальной является задача защиты их от внешних возмущающих воздействий, поступающих, в частности, со стороны фундамента. Известно /21, 22/, что вибрация и удары в промышленных зданиях во много раз превышают пороговую чувствительность гироскопов, акселерометров, оптических приборов и другой прецизионной механической техники.

В работе рассматривается прецизионный испытательный ОМК, предназначенный для испытаний и аттестации длиннофокусных объектов космического базирования. На рис.1 показана упрощенная схема ОМК, цифрами на рисунке обозначены: 1- несущая рама светоколлимационного зеркала; 2 - осветитель; 3 - несущая рама диагонального зеркала; 4 - пневмоопора; 5 - несущая рама параболического зеркала. В процессе испытаний оптические элементы, расположенные на несущих рамах ОМК, должны находиться на одной оптической оси. На протяжение всего времени испытаний данное требование осуществить не удается из-за возмущающих воздействий поступающих со стороны фундамента. Перемещения фундамента приводят к перемещению оптических элементов в пространстве, что влияет на достоверность результатов испытаний и качество юстировки ОМК и вынуждает уделять особое внимание вопросам его виброзащиты.

Существующие на данный момент виброизолирующие устройства по диапазону частот, в котором достигается виброизоляция, принято разделять на два класса 14, 12, 22, 58/. К первому классу относятся виброизоляторы, защищающие объ-

Упрощенная оптическая схема испытательного прецизионного оптико - механического комплекса

и

Рис.1.

ект, входное воздействие которого представляет вибрацию с максимумом спектральной характеристики в области частот от 10 Гц и выше. Второй класс систем обеспечивает виброизоляцию в диапазоне частот от 1 до 10 Гц.

Так, например, к виброизоляторам прецизионных оптических установок предъявляются такие требования, как подавление низкочастотных и инфранизко-частотных колебаний грунта, вызванные как вибрацией промышленного оборудования, так и прецессией земной полярной оси, температурной деформацией здания и грунта, создающие угловые отклонения. То есть наиболее серьезными причинами ошибок показаний приборов является микросейсмическая активность в диапазоне 2 -10 Гц, вызывающая движение почвы и её угловые смещения.

Приборы считаются изолированными, если смещение виброизолируемого объекта не превышает 2-3 мкм и горизонтальность испытательной платформы выдерживается с точностью до 0,2 дуг. с.

При исследовании и расчете систем виброизоляции нередко приходиться сталкиваться со сложными динамическими процессами и учитывать многие факторы, что определяет некоторую ограниченность методов теории колебаний. Поэтому при разработке и исследовании виброизолирующих систем широко используются методы теории автоматического управления (ТАУ), в частотности описание динамических свойств отдельных элементов и системы в целом в виде передаточных функций (ПФ). Применение методов ТАУ обусловлено не только адекватным математическим описанием систем автоматического управления (САУ) и виброзащитных систем, уравнения движения которых могут быть представлены во всех основных формах (Лагранжа, канонической форме и т.п.), но и общностью задач виброзащиты и автоматического управления / 39, 44, 87, 88, 92. 93 /.

Как известно, структурная форма представления динамических свойств систем автоматического регулирования доминирует в ТАУ. Для перехода от системы

дифференциальных уравнений к структурной модели достаточно все уравнения разрешить относительно выходных переменных. Каждое из уравнений системы может быть приведено в виде блок-схемы, входами и выходами звеньев которой будут внешние воздействия и переменные состояния. Поскольку все уравнения, описывающие динамическую систему, связаны между собой, блок-схемы представляющие эти уравнения, также будут взаимосвязаны. Совокупность связанных между собой блок-схем образует структурную схему виброзащитной системы.

Виброизолирующие средства, используемые для защиты различных объектов, весьма разнообразны и их выбор зависит от частотного диапазона, условий применения, требуемой степени виброизоляции объекта.

Проведенный анализ литературы позволяет сделать вывод, что до настоящего времени не существует строгой систематизации виброзащитных систем. Одним из способов может быть способ, предложенный М.З. Коловским - систематизации по конструктивному исполнению, т.е. по исполнительному устройству ( рис.2 ). Дальнейшей анализ известных конструкций виброизоляторов будем проводить придерживаясь способа классификации М.З. Коловского.

В настоящее время происходит дальнейшее развитие пассивных виброизоляторов и систем с переменной структурой , функционирующих без источника энергии и регулируемых, активных средств виброзащиты с внешним источником энергии / 2, 3, 4, 5, 20, 28, 50 /. В своей работе /41 М.З. Коловский проводит анализ активных виброзащитных систем (АВЗС), но так как конструкция исполнительного элемента пассивной виброзащитной системы в сравнении с активной принципиальных изменений не претерпевает, то данный способ можно распространить и на пассивные системы.

Виброзащитные системы можно разбить на три класса: пассивные, активные и системы с переменной структурой. В свою очередь выше названные классы можно разбить на подклассы по конструктивным особенностям исполнительного устройства,

Классификация виброзащитных систем

Рис. 2.

либо упругого элемента для систем с переменной структурой (рис.2). Первый класс -пассивные виброизоляторы, имеет следующие подклассы: механические, пневмомеханические, электрогидравлические и электродинамические виброзащитные устройства. Второй класс - АВЗС имеют следующие подклассы: пневмомеханические, электрогидравлические и электродинамические виброзащитные системы. Третий класс виброзащитных систем - системы с переменной структурой можно разделить на подклассы: система с переменной структурой с пневматическим упругим элементом, с усложненным упругим элементом и система с механическим упругим элементом. Более конкретно работа этого класса систем будет рассмотрена ниже.

1.2. Пассивные виброзащитные системы

К пассивным виброзащитным системам относят механические системы, состоящие из масс, упругих элементов и элементов для рассеивания энергии. При конструирование пассивных виброизоляторов стремятся изменить их свойства исходя из конкретных требований к виброзащите. Чаще всего необходимое изменение динамических свойств достигается оптимизацией параметров жесткости и демпфирования; включением в систему нелинейных элементов жесткости и демпфирования; плавным ручным или автоматическим изменением параметров жесткости и демпфирования; введением в структуру системы дополнительных связей и устройств переключения структуры / 3, 7, 12, 18, 28, 91, 99, 102 /.

Природа виброизолирующего устройства может быть различной. Наибольшее распространение в настоящие время получили простейшие механические устройства, например, пружинного типа, пневмомеханические, электрогидравлические и электродинамические системы.

Упрощенная принципиальная схема исполнительного элемента механического типа показана на рис.3 / 7, 28, 97, 98 /.

На котором показаны: Хо - перемещение фундамента; Х1 - перемещение виб-розащищаемого объекта; 1 - виброизолируемое устройство, представленное эквивалентной массой т; 2 - пружина с жесткостью О1; 3- ограничитель; С0 - жесткость соединений виброзащитной системы; К0 - коэффициенты демпфирования соединений виброзащитной системы.

Принципиальная схема пневмомеханической и гидравлической пассивной виброзащитной системы показана на рис.4 (где V! - У2 -объём основных камер, \/3 -У4 -объём демпферных камер ) / 3, 12, 96 /.

В таких системах при низких частотах жесткость упругого элемента определяется суммарным объёмом основной и демпферной камер; при высоких - только размером основной камеры. Демпфирование ограничивает амплитуду колебаний при резонансе, но в тоже время не увеличивает коэффициент динамичности на высоких частотах.

За меру виброизоляции в соответствии с классической теорией виброизоляции /18, 55 / принимают коэффициент динамичности, определение которого дается следующим образом. Представим себе механическую систему, установленную на абсолютно жестком основании, совершающем колебания под действием гармонической внешней силы с амплитудой А^ и частотой ю. Суммарная сила с амплитудой А0, действующая на основание, также является гармонической. Отношение амплитуд К(©)=А0/А1 называется коэффициентом динамичности.

Принципиальная схема пассивной электродинамической виброзащитной системы с одной степенью свободы показана на рис.5, где 1 - виброизолируемый объект с эквивалентной массой т; 2 - якорь электромагнита; 3 - статор / 26 /. Принцип действия такой системы основан на взаимодействие магнитных полей статора и

Упрощенная принципиальная схема механического исполнительного элемента

1

3

-Ш-

Х1

Ко

С, >0

х0

Рис.3

Упрощенная принципиальная схема пневматического и гидравлического исполнительных элементов

Рис.4.

Упрощенная принципиальная схема электродинамической виброзащитной системы

якоря, которые порождают электромагнитную силу, препятствующую перемещению виброизолируемого объекта в пространстве.

В работах / 3, 5, 11, 19, 26 / авторы предлагают концепцию "дополнительных связей", подбором которых улучшаются виброзащитные свойства системы. Эффективность виброизоляции в различных конструктивных вариантах пассивных виброзащитных систем достигается путем введения в их структуру дополнительных связей и элементов переключения структуры. Добиваются снижения частота собственных колебаний системы и расширения полосы частот эффективной виброизоляции.

Расчетная модель виброзащитной системы с дополнительной связью показана на рис.6 / 3, 51. В этой схеме L(p) - ПФ дополнительной связи, которая может иметь различную физическую природу. ПФ замкнутой системы, структурная схема которой показана на рис.7, имеет вид:

W(p) = = К0р + С0 +L(p)

х0(р) m р2 +К0 р + С0 + L(p)

Из вида ПФ следует, что изменение динамических свойств обычной виброзащитной системы может быть достигнута за счет соответствующего подбора оператора L(p). Если его выбрать таким образом, чтобы выполнялось равенство Кор + С0= -Цр), то при этом добиваются условия инвариантности системы по отношению к возмущающему воздействию.

Стремясь к выполнению данного равенства в виброзащитные системы вводят различные дополнительные связи.

Так, например, при использовании "дополнительного устройства" в виде пружин с собственной жесткостью ( рис.3 ) ПФ примет вид:

W(p) = ^= КоР + Со-С, т Хо(р) mp2+K0p + C0-(V

Расчетная модель виброзащитной системы с дополнительной связью

4

}Х1 ▼

х0

Рис.6.

Структурная схема виброзащитной системы с дополнительной связью

4

Ко(Р)

л

- I

Рис.7.

ВМ^ЛЛО^! I II *ТП!_ • ^ /"М 4ЛТЛ» л I I Л П1Л1 О I I П Я МАПЛ П III ЛТЛ п! III 1П Л \ пт

ПЧ^^иОаиЦКГ Г ГЮ1С7 О Ь|Г1П I ОООПУ! И-М 1ПИ I ^ ЮПЬИУ!

1 2 3

/

!

Т

/

/т

/

Заключение диссертации по теме «Автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)», Мятов, Геннадий Николаевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований решена задача, имеющая существенное значение для виброизоляции высокоточного оборудования, заключающаяся в повышении точностной надежности стационарного прецизионного ОМК.

В работе получены следующие основные результаты :

1. На основе методов аналитической идентификации разработана обобщенная ММ ОУ с исполнительным элементом в виде управляемой пневмоопоры. Показана возможность аппроксимации динамических свойств ОУ для малых отклонений ПФ колебательного звена. На основе экспериментальных исследований подтверждена работоспособность полученного математического описания ОУ. Проведены экспериментальные исследования кинематических воздействий, поступающих на ОМК со стороны фундамента и показана возможность их аппроксимации стационарном случайным процессом с экспоненциально - косинусной корреляционной функцией.

2. На основе оценки показателей качества переходных процессов по возмущающему воздействию, достигаемых в системах с известными типовыми настройками, выявлена технически оптимальная по критерию максимального динамического отклонения стабилизируемой координаты настройка. Синтезирован регулятор, реализующий принятую настройку и проведена оценка показателей качества регулирования в синтезированной системе при полигармоническом и случайном характере возмущений.

3. Синтезирован оптимальный по критерию среднеквадратического отклонения алгоритм управления АВЗС для математической модели возмущения в виде стационарного случайного процесса с экспоненциально - косинусной корреляционной функцией г 9

На основе анализа чувствительности критерия оптимизации к изменению структуры регулятора установлена техническая целесообразность использования квазиоптимального алгоритма управления. Установлено, что система управления с предложенным квазиоптимальным регулятором обладает достаточно низкой чувствительностью к вариациям параметра ОУ и характеристик случайного процесса.

Сопоставительный анализ показателей качества работы систем, реализующих рассмотренные алгоритмы управления, свидетельствует о целесообразности использования кавзиоптимального алгоритма, синтезированного в предположении о случайном характере возмущения.

4. В результате экспериментальных исследований показано, что практическая реализация разработанных алгоритмов и структур АВЗС позволяет существенно повысить точностную надежность испытательного прецизионного ОМК.

Достоверность основных положений и выводов, полученных в диссертационной работе, подтверждена опытом проектирования, результатами практической реализации и экспериментальными исследованиями опытного образца АВЗС.

УЗ о

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мятов, Геннадий Николаевич, 1998 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

1. Грибов М.М. Регулируемые амортизаторы РЭА. - М.: Сов. радио, 1974.-144с.

2. Техническая кибернетика. Книга 2 ( Устройства и элементы автоматического регулирования и управления ) / Под. ред. В.В. Салодовникова. - М.: Машиностроение, 1975. -687с.

3. Елисеев C.B. Структурная теория виброзащитных систем. - Новосибирск: Наука, 1978. -224с.

4. Коловский М.З. Автоматическое управление виброзащитными системами. - М.: Наука, 1976. - 320с.

5. Елисеев C.B., Баландин O.A. Изменение динамических свойств виброзащитных систем введением в их структуру дополнительных связей. // Теория активных виброзащитных систем. Сб. науч. статей Иркутского политехи, института. Иркутск. 1974. с.7-42

6. Зуев А. К. Пути совершенствования виброизолирующих механизмов. // Вопросы виброзащиты и вибротехники. Сб. науч. статей. Новосибирск, -1990, с.23 - 27.

7. Баландин O.A., Елисеев C.B., Самбарова А.Н. Некоторые особенности динамики цепных механизмов. // Вибрационная защита и надежность приборов, машин и механизмов. Сб. науч. статей Иркутского политех, института. Иркутск. 1973. с. 1631.

8. Ильинский B.C. Защита аппаратов от динамических воздействий. - М.: Энергия, -1970. - 172с.

9. Генкин М.Д., Яблонский В.В. Активные виброзащитные системы // Виброизолирующие системы в машинах и механизмах. М.: Наука. 1977. с.3-11

10. Чегодаев Д.Е., Шатилов Ю.В. Управляемая виброизоляция Самара: Самарский аэрокосмический университет, 1995,- 143с.

/3/

11. Елисеев C.B., Самбирова А.Н. Учет нелинейности в работе активных виброзащитных систем. Сб. науч. статей Иркутского политех, института. Иркутск, с.52 -58.

12. Фролов К.В., Фурман Ф.А. Прикладная теория виброзащитных систем. М.: Машиностроение, 1980.-131 с.

13. Елизов В.Г. Виброизолирующая опора с электромеханической системой регулирования. // Виброакустические процессы в машинах и присоединенных конструкциях. М. Наука. 1974. с.66 - 75.

14. Генкин М.Д., Елезов В.Г., Яблонский В.В. Методы активного гашения вибрации механизмов. // Динамика и акустика машин. М.: Наука. 1972. с21 - 34.

15. A.C. 1392283 СССР, МКИ F16F 15/03. Виброизолятор с автоматическим управлением./ Институт машиноведения им. Благонравова и Минский радиотехнический институт. Ганушкин Ю.А., Петровский A.A., Генкин М.Д. и др. (СССР).-№2134678; Заяв. 14.05.86, опуб. 30.04.88, бюл. №16

16. A.C. 1370343 СССР, МКИ F16F 15/03. Виброизолятор с автоматическим управлением./ Институт машиноведения им. Благонравова. Елезов В.Г., Генкин М.Д. и др. (СССР). - №1381325; Заяв. 20.02.86, опуб. 30.01.88, бюл. №4

17. A.C. 1024615 СССР, МКИ F16F 9/50. Устройство для гашения колебаний объекта./ Н.В. Герасимов, В.И. Крайнов, J1.B. Иванов, В.М. Ромашкин и Ю.В. Шатилов. (СССР). - №2767062/23-12; Заяв. 01.04.83, опуб. 23.06.83, бюл. №23.

18. Генкин М.Д., Рябой В.М. Упругоинерционные виброизолирующие системы. Предельные возможности, оптимальные структуры. М.:Наука, 1988.-191 с.

19. Елисеев C.B., Засядько A.A. Электрогидравлическая активная виброзащитная система. //Теория активных виброзащитных систем. Сб. науч. статей Иркутского политехи.института. Иркутск. 1974.С.51-84.

Y32.

20. А. С. 568770 СССР, МКИ B60G23/00 F16F9/50. Устройство для гашения колебаний объекта / Н.В. Герасимов, Ю.В. Шатилов. (СССР) - №2050614, заявлено 26.07.74, опуб. 15.08.77. бюл. №30.

21. Резник Ю.П, Засядько А. А. Экспериментальная модель электрогидравлической виброзащитной платформы. // Теория активных виброзащитных систем. Сб. науч. статей Иркутского политехи, института, вып. 2. Иркутск. 1975.

22. Балакшин О.Б., Синев A.B., Розенберг Д.Е. Исследование и расчет активных пневматических виброопор прецизионного стационарного оборудования.// Моделирование задач машиноведения на ЭВМ. М.: Наука, 1976. с.70-84.

23. Балакшин О. Б. Исследование устойчивости и автоколебаний пневматических стабилизирующих и измерительных устройств. II Моделирование задач машиноведения на ЭВМ. М.: Наука, 1976. с.85-95.

24. Шмаков В.Т. Пневматические активные средства виброизоляции для прецизионных станков. -Труды Ульяновского полит, ин-та, том IX, вып.1, Машиноведение, Ульян, отд. Приволжского книж. изд-ва, 1973.

25. Ольков В.В., Одарев В.А. Некоторые вопросы синтеза ВЗС на основе теории инвариантности и теории систем с переменной структурой. // Теория активных виброзащитных систем. Сб. науч. статей Иркутского политехи.института. Иркутск. 1974. с. 147-176.

26. Елисеев C.B., Коулев Ю.В. Особенности динамики механических колебательных систем при введении дополнительной электродинамической связи.// Теория активных виброзащитных систем. Сб. науч. статей Иркутского политехи, института. Иркутск. 1974. с. 104-124.

27. Елисеев C.B., Лонцих П.А. Управление колебаниями с помощью пневматических устройств. // Теория активных виброзащитных систем. Сб. науч. статей Иркутского политехи.института. Иркутск. 1974. с.85-103.

/33

28. Динамические свойства линейных виброзащитных систем. М.: Наука. 1982.-159 с.

29. Кравченко C.B., Полищук А.И. Нелинейные широкополосные активные виброзащитные системы с управляемым демпфированием колебаний. II Проблемы машиностроения и надежности. 1990 №6 с. 19-22.

30. Лукьянов A.B. Исследование динамического гасителя колебаний переменной структуры. // Управляемые динамические системы. Сб. науч. статей Иркутского политехи, института. Иркутск. 1985. с. 126-133.

31. Зайков И.Г., Яблонский В.В. Оптимизация параметров АВЗС с управляемым демпфированием для объектов одной и шести степенями свободы. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1991 №1 с.8-11.

32. Заяц Я.И., Логинов В.Б. Экспериментальное исследования макета активной виброзащитой системы. // Механика и процессы управления упругих механических управляемых систем. Сб. науч. статей Иркутского политехи, института. Иркутск. 1976. с. 109-116.

33. Кабанов В.А., Кочетов О.С., Логинов В.Б. Результаты испытаний активных пневматических виброизоляторов в производственных условиях. // Механика и процессы управления упругих механических управляемых систем. Сб. науч. статей Иркутского политехи, института. Иркутск. 1976. с. 117-121.

34. Райбман Н.С., Чадеев В.М. Построение моделей процессов производства. - М.: Энергия, 1975. - 304с.

35. Решение о выдачи патента РФ на изобретение по заявки №95114219/28 МКИ4 F16 F15 от 05.06.97. Система активной виброзащиты / Абакумов A.M., Агеев В.Е., Мятов Г.Н. (РФ). Заявлено от 28.08.95. - 12с.

36. Мятов Г.Н. Математическая модель объекта управления системы активной виброзащиты. // Оптимизация производственных процессов. Сб. науч. статей г. Севастополь. 1997. с. 81 - 84.

37. Вентцель Е.С. Теория вероятности. - М.: Наука, 1959. - 576с.

38. Петров Ю.П. Синтез оптимальных систем управления при неполностью известных возмущающих силах. Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1987.-292с.

39. Егоров К.В. Основные теории автоматического регулирования. - М.: Энергия, 1967.-648 с.

40. Кузовков Н.Т. Модальное управление и наблюдающие устройства. М.: Машиностроение, 1976. - 184с.

41. Абдулаев Н.Д., Петров Ю.П. Теория и методы проектирования оптимальных регуляторов. Л.: Энергоатомиздат, 1985.-240 с.

42. Алексенко А.Г., Галицин А.А., Иванников А.Д. Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на микропроцессорах: Программирование, типовые решения, методы отладки. - М.: Радио и связь, 1984. - 272 с.

43. Рабинер Л., Гоулд Б., Теория и применение цифровой отработки сигналов -М.: Мир 1978.-847 с.

44. Макаров И.М., Менский Б.И. Линейные автоматические системы. М.: Машиностроение, 1977. -464с.

45. Расчет типовых систем автоматического электропривода: Методические указания для студентов и аспирантов специальностей 0303 и 0628/ Сост. Абакумов А.М., Зимин Л.С., Котенев В.И. Куйбышев: КПтИ, 1983. - 43с.

46. Рапопорт Э.Я. Системы подчиненного регулирования электроприводов постоянного тока: Конспект лекций. Куйбышев, КПтИ, 1985. -56с.

47. Бедат Дж., Пирсол А. Применение корреляционного и спектрального анализа. - М.:Мир, 1983. - 321с.

/з^г

48. Цветков Э.И. Основы теории статистических измерений. - П.: Энергия, 1979. -288с.

49. Растригин Л.А., Маджаров Н.Е. Введение в идентификацию объектов управления. - М.: Энергия, 1977. - 215с.

50. Ружечка Дж. Активные виброзащитные системы // Испытательные приборы и стенды: Экспресс-информ. ВИНИТИ. - 1969. - №10 - с. 14-24.

51. Муминов H.A., Митрофанов В.Г. Адаптивное управление технологическими процессами в машиностроении. - Ташкент: Фан, 1976. - 174с.

52. Кравченко C.B., Полишук А.И. Оптимальные настройки систем управляемого демпфирования и компенсации колебаний механических систем // Изв. ВУЗов Машиностроение. -1993. - №3. - с. 160-164.

53. Елисеев C.B., Волков Л.Н., Кухаренко В.П. Динамика механических систем с дополнительными связями. Новосибирск: Наука Сиб. Отд-ние, 1990. -214с.

54. Елисеев C.B., Нерубенко Г.П. Динамические гасители колебаний. - Новосибирск: Наука Сиб. Отд - ние, 1982. - 144с.

55. Генкин М.Д., Елизов В.Г., Яблонский В.В. Методы управляемой виброзащиты машин. - М.: Наука, 1985. - 240с.

56. Гогричиани Г.В., Шапилин A.B. Переходные процессы в пневматических системах. -М.: Машиностроение, 1986. - 158с.

57. Богомолов А.И., Степанов П.А. Определение оптимальных передаточных функций амортизации // Изв. ВУЗов. Машиностроение. -1979. - №7. - с.55-59.

58. Бэрроус P.M., Гонсалес Г. Подземные испытания. Лаборатория инерци-альных систем // Вопр. Ракетной техн. -1969. №4 - с.91-107.

59. Абакумов A.M., Кузнецов П.К., Мишин В.Ю. и др. Метод измерения параметров движения объектов // Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе.: Тез. докл. Всесоюз. совещ.-Барнаул.1980.-Ч.1. - с.50-51.

/ЗС

60. Абакумов A.M., Арефьев В.А., Мишин В.Ю. и др. Измеритель скорости движения изображения со случайным распределением яркостей // Координато-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе.: Тез. Докл. Всесоюз. совещ. - Барнаул, 1981. Ч.Н. -с.19-20.

61. Абакумов A.M., Кузнецов П.К., Мишин В.Ю. и др. Повышение надежности автоматических систем с оптоэлектронными преобразователями визуальной информации // Повышение долговечности и надежности машин и приборов: Тез. докл. Всесоюз. конф. - Куйбышев 1981. - с.5-7.

62. Абакумов A.M., Арефьев В.А., Мишин В.Ю. и др. Метод определения параметров движения объекта по его оптическому изображанию // Проблемы комплексного проектирования чувствительных элементов навигационных систем подвижных объектов: Тез. Докл. Всесоюз. совещ. - М., 1981. - с.64-65.

63. Абакумов A.M., Антипин В.В., Арефьев В.В. и др. Автоматическая система измерения вектора скорости // Измерение и контроль при автоматизации производственных процессов: Тез. докл. Всесоюз. конф. - Барнаул, 1982. - 4.1. - с.119.

64. Абакумов A.M., Кузнецов П.К., Мишин В.Ю. и др. Информационно-измерительная система определения параметров движения оптически неоднородных объектов // Информационно-измерительные системы - 83: Тез. докл. Всесоюз. конф. - Куйбышев 1983. - с. 153-154.

65. Абакумов A.M., Кузнецов П.К., Мишин В.Ю. и др. Оптико-электронная система контроля скорости перемещения объекта // Робототехника и автоматизация производственных процессов: Тез. докл. Всесоюз. конф. - Барнаул, 1983. - 4.5. с. 114-115.

66. Абакумов A.M., Кузнецов П.К., Мишин В.Ю. и др. Система определения вектора скорости движения изображения со случайным распределением яркостей // Механизация и автоматизация управления. Киев, 1984. - №1(119). - с.44-47.

У37

67. Абакумов А.М., Антипин В.В., Арефьев В.В. и др. Опто-электронная система определения параметров движения на базе микро-ЭВМ // Алгоритмы, средства и системы автоматического управления: Тез. докл. Поволж. Нучн. -техн. конф. -Волгоград, 1984. - с.45-46.

68. Абакумов A.M., Кузнецов П.К., Мишин В.Ю. Контроль параметров движения случайного поля яркости // Координато-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе.: Тез. Докл. Всесоюз. совещ. - Барнаул, 1985. Ч.М. -с.63-64

69. Абакумов A.M., Арефьев В.А., Мишин В.Ю. и др. Бесконтактные методы измерения параметров движения управляемых объектов // Методы активного контроля в машиностроении: Тез. докл. конф. - Тольятти, 1985. - с.33-35.

70. Абакумов A.M., Мишин В.Ю., Ткаченко С.П. Измеритель вектора скорости движения объекта II Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе: Тез. Докл. Всесоюз. совещ. - Барнаул, 1986. - 4.I. - с.97-98.

71. Абакумов A.M., Кузнецов П.К., Мишин В.Ю. и др. Способ контроля положения объекта II Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе: Тез. докл. Всесоюз. конф. - Барнаул, 1986. - 4.1. - с.203-204.

72. Абакумов A.M., Арефьев В.А., Мишин В.Ю. и др. Оптико-электронные системы контроля геометрических параметров объектов // Опто-электронные измерительные устройства и системы: Тез. докл. конф. - Томск, 1989. - с.74-75.

73. А.С. №801688 СССР, МКИ G01 с 23/00. Способ определения параметров движения объектов и устройство для его осуществления. / Абакумов A.M., Бережной И.А., Денкевиц В.А. и др. (СССР). - №2736039/40-23; Заяв. 11.03.79; Не публ.

74. А.С. №838561 СССР, МКИ G01 р 3/36. Устройство для определения составляющей вектора скорости движения объекта / Абакумов A.M., Бережной И.А.,

/J/

Денкевиц В.А. и др. (СССР). - №1781315/18-10; Заяв. 18.06.79; Опубл. 15.06.81, Бюл. №22. - с.З.

75. A.C. №856286 СССР, МКИ G01 р 3/36, G01 с 21/00. Устройство для определения скорости движения объекта со случайным распределением яркостей / Абакумов A.M., Антипин В.В., Кузнецов П.К. и др. (СССР). - №2874426/40-23; Заяв. 10.01.80; Не публ.

76. A.c. №1053570 СССР, МКИ G01 р 3/36. Устройство для определения параметров движения объекта / Абакумов A.M., Кузнецов П.К. и др. (СССР). -№3399485/23; Заяв. 19.02.82; Не публ.

77. A.C. №1064748 СССР, МКИ G01 р 21/00. Способ определения скорости движения изображения со случайным распределением яркостей / Абакумов A.M., Бережной И.А., Кузнецов П.К. и др. (СССР). - №3273163/40-23; Заяв. 13.04.81; не-публ.

78. A.c. №1085389 СССР, МКИ G01 р 3/36. Устройство для определения скорости изображения со случайным рапределением яркостей / Абакумов A.M., Кузнецов П.К. и др. (СССР). - №3457956/40-23; Заяв. 21.06.82; Не публ.

79. A.c. №1313177 СССР, МКИ G01 р 3/36. Устройство для определения параметров движения оптически неоднородного объекта / Абакумов A.M., Кузнецов П.К. и др. (СССР). - №3941923/40-23; Заяв. 22.05.85; Не публ.

80. A.c. №1730538 СССР, МКИ G01 b 21/02. Устройство для измерения смещения кромки непрозрачного объекта / Абакумов A.M., Кузнецов П.К. и др. (СССР). - №4783023/28; Заяв. 19.12.89; Опубл. 30.04.92, Бюл.№16. -5с.

81. Шмаков В.Т. Выравнивающая пневмоопора для прецизионных станков // Станки и инструменты. -1970. - №1. - с.6-7.

82. Чегодаев Д.Е., Шакиров Ф.М., Попов А.И. Экспериментальное исследование двухкамерной газостатической опоры // Вестн. Машиностроения. - 1986. - №4. -с.30-34.

83. Абакумов A.M. Математическая модель системы активной виброзащиты // Оптимизация производственных процессов: Науч. техн. сб. - Севастополь, 1995. -вып.З. - с. 153-155.

84. Мятов Г.Н. Математическая модель кинематических возмущений, действующих на прецизионный испытательный комплекс // Совершенствование систем и технологий: Наун. тех. сб. - Севастополь, 1997. - вып.2. - с.24-25.

85. Абакумов A.M. Оптимальная виброзащитная система прецизионного опти-ео-механического комплекса // Математическое моделирование и краевые задачи: Тез. докл. 5-ой научн. межвуз. конф. - Самара, 1995. - с.36 - 37.

86. Петров Ю.П. Вариационные методы теории оптимального управления. - П.: Энергия, 1977, -280с.

87. Пановко Я..Г. Введение в теорию механических колебаний. - М.: Наука, 1980. -272с.

88. Бидерман В.Л. Прикладная теория механических колебаний. Высшая школа, 1972. -416с.

89. Шуберт Д.В., Ружечка И.Е. Теоретические и экспериментальные исследования электрогидравлических виброзащитных систем // Американского общества инженеров-механиков. Сер. В. - т. 91, №4. - М., 1969. - с 62-64.

90. Абакумов A.M., Михелькевич В.Н. Расчет динамических режимов в системах автоматического электропривода на персональных компьютерах: Метод, указания к курсовому и дипломному проектированию / Куйбышев, политехи, ин-т. - Куйбышев, 1990. -42с.

91. Беляковский H.Г. Конструктивная амортизация механизмов, приборов и аппаратуры на судах. М., Судостроение, 1965. - 523с.

92. Пановко Я.Г., Губанов ИИ. Устойчивость и колебания упругих систем. М., Наука, 1964. -336с.

93. Пановко Я.Г. Внутреннее трение при колебаниях упругих систем. М., Физ-матгиз, 1960. - 340с.

94. Вибрация в технике. Справ. В 6-ти Т. - Т.6 Защита от вибрации и ударов / Под. ред. К.В. Фролова. - М.: Машиностроение, 1981. -456с.

95. Коловский М.З. Нелинейная теория виброзащитных систем. - М.: Наука, 1966. -318с.

96. A.c. №261926 СССР, МКИ B60G11/26, F16F9/04. Пневматический упругий элемент / К.И. Гвинерия , Г.Д. Джохадзе (СССР) - №1163498/27-11, заявл. 12.06.67, опубл. 13.01.70, бюл.№5.

97. A.c. №315639 СССР, МКИ B61F5/10, B60G11/26, F16F16/16. Гаситель механических колебаний / И.В. Астахов (СССР). - №1627372/27-11, заявл. 02.03.71, опубл. 14.06.73, бюл.№26.

98. A.c. №507723 СССР, МКИ F16F3/02. Пружинный амортизатор / Э.И. Росик, В.В. Малышев (СССР). - №2092904/25-28, зявл.06.01.75, опубл. 15.06.76, бюл.№11.

99. A.c. №517724 СССР, МКИ F16F9/02. Упругий элемент с регулируемой жесткостью / A.B. Синев (СССР).- №1958509/28, заявл. 18.09.75, опубл. 15.06.86, бюл.№22

100. Crosby V.J., Karnopp D.C. The active damper a new concept for shoch and vibration control // Shoch and Vibration Bull., n.43 Part 4/ Prediction and Experimental Techniques, Isolation and Damping. -1973. -Pp. 119-133.

101. Knigt W.A., Tobias S.A. Torsinal vibrations and machinetool stability // Adv. Mach. Tool Des and res. - Oxford, - 1970. - p. 16.

w

102. Leatherwoord J.D., Dixon G.V. Active vibration isolation for flexible payloads // JES Proceedings, Apr. 1968. - Pp.407-413.

103. Shubert D.W., Ruzicka J.E. Theoretical and experimental investigation of electrohydraulic vibration isolation systems // - J/ of Engineering for Industri (trans, of the ASME), ser. B. -1969 №3 - Pp.69-78.