Модели и алгоритмы синтеза следящих систем управления автоматизированных технологических процессов с ограничением фазовых переменных тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат наук Даденков, Дмитрий Александрович

• Даденков, Дмитрий Александрович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Даденков, Дмитрий Александрович

оглавление

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ

СЛЕДЯЩИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАНЫ*

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

1.1. Роль и значение следящих электромеханических систем управления (СЭМСУ) в автоматизации

и управлении технологическими процессами

1.2. Принципы реализации оптимальной отработки задающих воздействий СЭМСУ с учетом ограничения

фазовых переменных

1.3. Методы повышения точности слежения и принципы

построения инвариантных систем управления

1.4. Анализ методов реализации оптимальных

по быстродействию СЭМСУ

1.5. Анализ принципов построения СЭМСУ с адаптацией

к параметрам задающих воздействий

1.6. Обоснование принципов построения СЭМСУ

и постановка задач исследования

Выводы

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНЫХ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ С АДАПТИВНЫМИ ЭТАЛОННЫМИ МОДЕЛЯМИ

2.1. Декомпозиция СЭМСУ на две подсистемы - ЭМСУ

и адаптивную эталонную модель (АЭМ)

2.2. Аналитическая процедура и алгоритм синтеза оптимальных по быстродействию дискретно-непрерывных инвариантных систем управления

2.3. Синтез и анализ упругодиссипативной ЭМСУ секции каландра бумагоделательной машины

2.4. Принципы построения АЭМ предельного быстродействия

Выводы

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛЕДЯЩИХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ С АДАПТИВНЫМИ ЭТАЛОННЫМИ МОДЕЛЯМИ

3.1. Алгоритмы функционирования АЭМ в различных режимах

работы при ограничениях фазовых переменных

3.2. Имитационное моделирование разработанных АЭМ

3.2.1. Моделирование и анализ процессов в АЭМ 1-го порядка

3.2.2. Моделирование и анализ процессов в АЭМ 2-го порядка

3.2.3. Моделирование и анализ процессов в АЭМ 3-го порядка

3.3. Синтез и анализ СЭМСУ с АЭМ

3.3.1. Синтез и анализ СЭМСУ с дискретными регуляторами класса «вход-выход» и АЭМ 2-го и 3-го порядка

3.3.2. Синтез и анализ СЭМСУс цифровым регулятором состояния и АЭМ 2-го и 3-го порядка

Выводы

ГЛАВА 4. ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1. Архитектура и технические характеристики

учебно-экспериментальной установки

4.2. Программный комплекс MexBIOS Development Studio

для разработки программ управления и моделирования

систем электропривода

4.3. Разработка процедуры и программ для модельных

и экспериментальных исследований

4.4. Сравнительный анализ результатов модельных

и экспериментальных исследований разработанных СЭМСУ

Выводы

ГЛАВА 5. МОДЕРНИЗАЦИЯ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СЕТОЧНОЙ ЧАСТИ БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

5.1. Анализ технологического процесса и ЭМСУ

сеточной части БДМ

5.2. Синтез локальной СЭМСУ сеточной части БДМ

5.3. Разработка АСУТП сеточной части БДМ

5.4. Анализ экспериментальных данных и оценка

результатов внедрения

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Листинг исходного кода

программного обеспечения «Sintez&Analiz»

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Свидетельство об официальной регистрации

разработанной программы для ЭВМ

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Патент Российской Федерации «Электропривод

постоянного тока с упругими связями»

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Акты внедрения результатов диссертационного

исследования

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и алгоритмы синтеза следящих систем управления автоматизированных технологических процессов с ограничением фазовых переменных»

ВВЕДЕНИЕ

Современные автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) представляют собой сложные динамические системы, функциональные показатели которых определяют качество производимой продукции. При этом в задачах следящего управления стремятся обеспечить максимальное быстродействие и точность отработки задания выходной переменной автоматизированного технологического процесса (АТП) при заданных технологических или ресурсных ограничениях на некоторые переменные состояния процесса. Чаще всего, на этапе проектирования АСУТП эти ограничения формулируют в отношении одной или нескольких производных по времени выходной переменной АТП, которые в теории управления принято называть фазовыми переменными (ФП).

Следящие системы управления характеризуются заведомо неизвестной программой изменения задающих воздействий, формируемых подсистемой более высокого по иерархии уровня управления или оператором на основе экспертных или органолептических оценок. Это не позволяет интерполировать траектории движения рабочих органов (РО) механизмов и машин, а, следовательно, использовать хорошо апробированный арсенал методов синтеза программно-следящего управления и сформировать программное ограничение ФП на допустимых уровнях. При этом к ограничиваемым ФП АТП могут относиться не только механические переменные - скорости, ускорения и рывки РО, но и иные переменные АТП с интегродифференцирующими связями, образующие совместно с выходными переменными фазовые пространства температуры, давления, расхода и др. В связи с этим вопросы совершенствования алгоритмов следящего управления исполнительными механизмами АТП при ограничениях ФП на допустимых уровнях являются весьма актуальными.

Степень проработанности темы. Электромеханические системы управления (ЭМСУ), лежащие в основе подавляющего большинства следя-

щих систем управления АТП, проектируют преимущественно по принципам подчиненного регулирования координат электропривода, детально проработанным во многих работах, в частности В.Л. Анхимюка, А.В. Башарина, В.М. Шестакова, Р.Т. Шрейнера. В силу многоконтурности таких структур ЭМСУ происходит чрезмерное затягивание процессов регулирования выходной переменной. При этом стремление повысить быстродействие и точность следящего управления за счет введения корректирующих дифференцирующих звеньев и придание системе качеств инвариантности по задающим воздействиям ведет к усложнению методов синтеза следящего управления и необходимости фильтрации помех в компенсирующих каналах, а применение для ограничения ФП предшествующих фильтров и «задатчиков» интенсивности в контурах регулирования ЭМСУ, в том числе так называемых S-рамп, не позволяет реализовать оптимальные по быстродействию процессы при произвольных приращениях задающего воздействия, поскольку эти меры призваны сформировать конкретные пуско-тормозные режимы ЭМСУ.

В ряде публикаций, в частности А.А. Воронова, Д.А. Двойникова, В.П. Мазунина, предложено при реализации предельного быстродействия следящих ЭМСУ осуществлять ограничение переменных состояния ЭМСУ и, тем самым, косвенно ограничивать ФП АТП на допустимых уровнях с помощью нелинейных структур регуляторов в замкнутых контурах ЭМСУ. Однако этот подход требует существенного усложнения методов синтеза регуляторов в классе нелинейных систем управления и не получил распространения в практике построения следящих ЭМСУ АТП с ограничением ФП.

Известны алгоритмы оптимального по быстродействию управления с применением дискретных регуляторов состояния, в частности, модальных и финитных регуляторов. Однако, аналитические процедуры их синтеза, приведенные в работах В.Г. Букреева, Н.В. Гусева, С.А. Ковчина, Б. Куо, Ю. Ту и многих других авторов, ориентированы на класс линейных систем управления и не предоставляют возможности адаптации следящих ЭМСУ к режимам работы АТП с ограничением ФП. Известны также принципы адаптивно-

го управления ЭМСУ, основанные на двух темпах управления (мультипликация быстрой и медленной моделей) с реализацией режимов квазискольжения и применением быстродействующих адаптеров (работы А.А. Борцова, В.В. Путова, В.Е. Кузнецова, В.Н. Шелудько и др.). Однако такая адаптация к изменениям параметров объекта управления не позволяет одновременно обеспечить адаптацию к параметрам задающих воздействий, и, как следствие -реализовать ограничение ФП АТП и инвариантное следящее управление.

Таким образом, вопросы разработки новых принципов построения оптимальных по быстродействию следящих ЭМСУ с ограничением ФП АТП на допустимых уровнях, алгоритмов синтеза оптимального по быстродействию, инвариантного следящего управления на сегодня решены далеко не в полной мере и требуют дальнейших исследований.

Объект исследования - следящие ЭМСУ АТП, функционирующие в условиях заведомо неизвестных задающих воздействий и требующие адаптации к режимам работы в условиях ограничения ФП.

Предмет исследования - методы и алгоритмы синтеза оптимальных по быстродействию следящих ЭМСУ АТП, обеспечивающих ограничение ФП на допустимых уровнях.

Цель и задачи работы. Цель - повышение показателей быстродействия и точности отработки заведомо неизвестных задающих воздействий следящих ЭМСУ АТП при ограничениях ФП на допустимых уровнях на основе разработки новых принципов их построения, моделей и алгоритмов синтеза.

Поставленная цель определяет необходимость решения следующих задач:

1. На основе анализа состояния проблемы предложить новый подход к построению следящих ЭМСУ АТП, обеспечивающих оптимальное быстродействие отработки задающих воздействий с адаптацией к режимам работы при ограничениях ФП АТП на допустимых уровнях.

2. Разработать аналитическую процедуру и алгоритм синтеза оптимальных по быстродействию, инвариантных к изменению задающих воздействий дискретно-непрерывных локальных ЭМСУ АТП.

3. Разработать принципы построения и алгоритмы функционирования семейства оптимальных по быстродействию адаптивных эталонных моделей (АЭМ) с учетом требований ограничения ФП АТП на допустимых уровнях.

4. Разработать имитационные модели, алгоритмы и программы для исследования дискретно-непрерывных следящих ЭМСУ с АЭМ и апробировать теоретические положения на основе модельных и лабораторных экспериментальных исследований.

5. Реализовать предложенные в работе принципы, алгоритмы и модели при разработке следящей системы управления АТП в промышленности.

Методы исследований основаны на использовании положений современной теории управления, теории автоматизированного электропривода, теории оптимизации, а также методов имитационного моделирования и объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна результатов диссертации заключается в следующем:

- предложен новый подход к построению оптимальных по быстродействию следящих ЭМСУ АТП, отличающийся тем, что в их структуру включена дискретно-непрерывная, адаптивная к параметрам задающих воздействий эталонная модель (АЭМ), обеспечивающая оптимальное по быстродействию формирование ФП АТП с ограничением их на допустимых уровнях;

- разработана оригинальная аналитическая процедура синтеза оптимальных по быстродействию и точности (в концепции детерминированных систем управления) дискретно-непрерывных следящих линеаризованных ЭМСУ произвольного порядка на основе цифрового регулятора состояния, обеспечивающего инвариантность системы к изменению задающих воздействий и теоретически конечную, заранее заданную, длительность переходных процессов;

- разработаны принципы построения и алгоритмы функционирования оптимальных по быстродействию дискретно-непрерывных АЭМ первого-третьего порядка, отличающиеся тем, что для адаптации АЭМ к параметрам задающих воздействий дискретное управление реализуется с оптимально изменяемым периодом дискретизации;

- разработаны имитационные модели, алгоритмы и программы синтеза и анализа следящих ЭМСУ с АЭМ в интегрированных программных средах MatLab/Simulink, LabVIEW, MexBIOSDevelopment Studio.

По результатам научных исследований в 2014 г. получен патент РФ.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- разработанный программный комплекс для синтеза следящих ЭМСУ имеет прикладной характер, т.к. позволяет оперативно получать результаты синтеза регуляторов и использовать их при программировании микропроцессорных контроллеров АТП; получено свидетельство об официальной регистрации программы синтеза и анализа рассматриваемых систем для ЭВМ;

- разработанные принципы построения, алгоритмы и имитационные модели следящих ЭМСУ с АЭМ имеют прикладной характер и могут быть использованы в научно-исследовательской работе и образовательном процессе вуза.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационного исследования использованы при разработке следящей системы управления сеточной части бумагоделательной машины (БДМ) группы предприятий «Пермская Целлюлозно-Бумажная Компания» в виде разработанных алгоритмов и программного продукта, что позволило повысить на 10-12 % точность формирования задания скоростей электроприводов сеток, и привело к снижению на 2-5 % среднеквадратических отклонений от базовых значений наиболее значимых физико-механических показателей качества бумажного полотна, а также оптимизировать формирование и ограничение на допустимых уровнях ФП ЭМСУ сеточной части БДМ, и, тем самым, способствовать увеличению срока службы сеток.

Полученные научные и практические результаты работы нашли применение в учебном процессе кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» Пермского национального исследовательского политехнического университета в рамках лабораторных и исследовательских работ у студентов направления 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств».

На защиту выносятся:

- новый научный подход к построению оптимальных по быстродействию ЭМСУ АТП с использованием в структуре автоматизированной системы АЭМ в качестве адаптивного к задающим воздействиям нелинейного динамического предшествующего фильтра (п. 3 паспорта специальности);

- аналитическая процедура и алгоритм синтеза оптимальных по быстродействию и точности дискретно-непрерывных инвариантных к входным воздействиям следящих ЭМСУ произвольного порядка (п. 10 паспорта специальности);

- принципы построения и алгоритмы функционирования семейства оптимальных по быстродействию адаптивных дискретно-непрерывных эталонных моделей первого-третьего порядка (п. 10 паспорта специальности);

- результаты синтеза, имитационного моделирования и экспериментальных исследований оптимальных по быстродействию следящих ЭМСУ АТП с АЭМ первого-третьего порядка (п. 3, п. 10 паспорта специальности).

- результаты внедрения разработанных алгоритмов и программ синтеза при построении следящей системы управления АТП сеточной части БДМ (п. 3, п. 10 паспорта специальности).

Связь с государственными научными программами. Результаты работы использовались при выполнении НИР в рамках договора X213.G25.31.0009 по Постановлению №218 Правительства РФ от 09.04.2010 г. о создании высокотехнологичных производств (2011-2013 г.г.). Часть проведенных исследований выполнялась при финансовой поддержке со стороны Минобрнауки России в рамках госзадания 8.4157.2017/ПЧ.

Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на V, IX Всероссийских научно-технических интернет - конференциях «Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALS-технологии в энергетике» (г. Пермь, 2011, 2015), I региональной отраслевой научно-практической конференции «Перспективы развития техники и технологий в целлюлозно -бумажной промышленности» (г. Соликамск, 2013), международной научно-практической конференции «Научные перспективы XXI века. Достижения и перспективы нового столетия» (г. Новосибирск, 2014), III-й, IV-й Всероссийских отраслевых научно-практических конференциях «Перспективы развития техники и технологий в целлюлозно-бумажной промышленности» (г. Пермь, 2015, 2016), 16-ой Международной научно-технической конференции «Электроприводы переменного тока» - ЭППТ 2015 (г. Екатеринбург, 2015), IX Международной (XX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2016 (г. Пермь, 2016).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 7 в изданиях, рекомендованных ВАК России для публикации результатов кандидатских диссертаций, из них 3 статьи в зарубежных изданиях, индексируемых в SCOPUS.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержит 206 страницы машинописного текста, из которых основной текст составляет 181 страниц, 93 рисунка, 8 таблиц, список литературы из 134 наименований, приложения (25 страниц).

11

Глава 1

АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ СЛЕДЯЩИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАНЫ^ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

1.1. Роль и значение следящих электромеханических систем управления (СЭМСУ) в автоматизации и управлении технологическими процессами

Автоматизация многих технологических процессов (ТП) тесно связана с применением систем управления специального класса - следящих электромеханических систем управления (СЭМСУ), которые обеспечивают с заданной точностью и быстродействием отработку входного сигнала, изменяющегося во времени по произвольному закону, определяемому внешней средой.

В настоящее время СЭМСУ широко используются во всех отраслях промышленности [11, 86 97]. Например, с их помощью осуществляется работа автоматических систем наведения солнечных батарей, антенн и телескопов [12], формируются оптимальные скорости перемещения режущего инструмента металлообрабатывающих станков [34, 70, 77, 121], реализуется управление многокоординатными роботами-манипуляторами, осуществляется управление положением мобильных робототехнических платформ [23, 76, 88, 94, 127], формируется интерактивное управление мостовыми и портальными кранами [16, 125] и т.д.

Большинство общих и специфических требований, предъявляемых к следящим системам управления, определяется их назначением и условиями функционирования. Наиболее часто к СЭМСУ предъявляются общие требования минимизации ошибки слежения, реализации требуемого быстродействия отработки задания (ошибки слежения), обеспечения апериодического характера изменения выходных координат электропривода с обеспечением устойчивой работы при изменении режима работы [11, 83, 86, 97]. Среди специфических требований следящих электроприводов без предварительной

интерполяции фазовых переменных могут выступать требования адаптации движения рабочей машины (механизма, органа) к изменяющимся условиям внешней среды, например, к возникающим на пути движения препятствиям или непрогнозируемым изменениям координат назначения. Следовательно, при разработке СЭМСУ требуется удовлетворить во многом противоречивым требованиям (критериям) их функционирования, что представляется достаточно сложной научно-технической задачей.

СЭМСУ с программным (программно-временным) управлением [63] предназначены для формирования выходной координаты по известному закону в функции времени или другой технологической переменной, являющейся известной или хорошо прогнозируемой функцией времени. Основным достоинством систем программного управления является возможность на этапе интерполяции траектории движения рабочего органа сформировать сигнал задания с учетом требуемых ограничений координат электропривода или его фазовых переменных. Однако недостатком данного класса систем является ограниченность области применения преимущественно системами управления электроприводами металлообрабатывающих станков и различных промышленных роботов, в которых заранее формируются программные законы движения по одной или нескольким пространственным координатам. При этом программное управление в данных системах осуществляется обычно с помощью систем числового программного управления (ЧПУ) различных классов [34, 70, 77, 121].

Вместе с тем одним из широко распространенных классов СЭМСУ являются системы, работающие в режимах с заведомо непредсказуемым изменением внешних задающих воздействий, где интерполяция сигнала задания, свойственная системам программного управления, принципиально невозможна. Для таких СЭМСУ, например, роботизированных передвижных платформ [88, 127, 129], перемещающихся в обстановке заведомо неизвестных изменений пространственных координат и оснащенных системами технического зрения [94, 104, 108], необходимо в режиме реального времени решать задачу предель-

ного быстродействия и точности перемещения рабочего органа, причем в условиях ограничения фазовых переменных - скорости, ускорения и рывка.

К этому классу СЭМСУ можно отнести также большинство систем автоматизированного управления с участием оператора [28, 109], например, мостового, портального или башенного крана [16, 125], когда процесс контроля изменяющейся обстановки осуществляется посредством органов зрения самого оператора, и многие другие человеко-машинные системы управления.

Обобщенная структурная схема рассматриваемого класса АСУТП на основе следящих ЭМСУ представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Обобщенная структура АСУТП с ЭМСУ

На рисунке 1. 1 приняты следующие обозначения: УУ - устройство, управления; ИМ - исполнительный механизм; ЭП - электропривод, АТП - автоматизированный технологический процесс, АЭМ - адаптивная эталонная модель.

В качестве примера подобных систем АСУТП рассмотрим работу шахтной подъемной установки [72], которая характеризуется определенной цикличностью и обычно имеет ряд следующих друг за другом циклов изменения скорости движения. При этом в каждом цикле можно выделить основные четыре этапа: разгон, равномерное движение, замедление до остановки и пауза. Поэтому, чтобы обеспечить необходимую производительность рудничного подъема, каждый цикл должен заканчиваться в строго заданное время. Для этого требуется обеспечить расчетные значения ускорения и замед-

ления, максимальной скорости и продолжительности паузы, т.е. точно следовать в соответствии с формируемой оператором диаграммой движения. Стоит также отметить, что максимальная частота вращения электродвигателя подъемной установки должна сохраняться неизменной при изменении момента сопротивления на валу барабана, поэтому механическая характеристика двигателя должна быть жесткой.

Стремление повысить производительности подъемной установки требует соответствующего увеличения предельных скоростей и ускорений. Однако завышение ускорений обычно вызывает отрицательное физиологическое воздействие на человека, повышенные динамические усилия в механической части подъемной установки и канатах, а также опасность проскальзывания каната по шкиву. Наиболее эффективный способ ограничения динамических усилий и неблагоприятного воздействия на человека - это плавное формирование движущего момента с ограничением производной ускорения - рывка.

На рисунке 1.2 приведена унифицированная пятипериодная диаграмма движения шахтной подъемной установки, в которой на этапах разгона и замедления рывок р изменяется скачком, ускорение а - по трапецеидальному закону, скорость и имеет параболические участки при изменении ускорения движения.

Рисунок 1.2 - Унифицированная пятипериодная диаграмма скорости (а), ускорения (б) и рывка (в)

Значения скорости и, ускорения а, рывка р определяются технологическими требованиями и ограничиваются правилами безопасности [58, 74].

Наиболее полная диаграмма движения формируется при автоматизированном управлении подъемной машиной с помощью оператора. Для ее расчета и формирования существуют системы автоматического управления (САУ) с фиксированной программой, которые наиболее просты для практической реализации и широко распространены в системах АСУТП подъемных установок с электроприводом постоянного тока [74]. В данных системах специальное программное устройство в процессе выполнения технологических операций по подъему или спуску груза вырабатывает сигнал, пропорциональный заданной оператором скорости движения в функции времени, пройденного пути или угла поворота органа навивки, и этот сигнал является управляющим воздействием на входе подсистемы регулирования скорости замкнутой системы электропривода.

Обычно основой для реализации структуры данного программного устройства является оптимальная диаграмма скорости движения подъемной установки. Методы расчета кинематических и динамических параметров оптимальных режимов работы для формирования диаграммы движения изложены в [74]. Однако на практике реализация подобных программных устройств является довольно сложной задачей и требует необходимой точности и быстродействия воспроизведения диаграммы скорости движения, а это, как показывают многочисленные исследования и опыт эксплуатации, не всегда удается обеспечить, что неизбежно предполагает участие оператора и формирование им допустимых значений фазовых переменных.

Таким образом, к настоящему времени вопросы разработки СЭМСУ, функционирующих в условиях произвольно меняющихся в широком диапазоне внешних воздействий, проработаны далеко недостаточно, что не позволяет реализовать совокупность предъявляемых к ним требований. Анализ общих принципов построения СЭМСУ показывает, что для получения наилучших показателей качества и, прежде всего, статической и динамической

точности слежения и быстродействия в широком диапазоне изменения параметров внешней среды необходим анализ новых принципов построения СЭМСУ, современных методов, алгоритмов и программно-технических решений, обеспечивающих формирование оптимального в смысле заданных критериев следящего управления.

1.2. Принципы реализации оптимальной отработки задающих воздействий СЭМСУ с учетом ограничения фазовых переменных

Позиционно-следящие системы ЭМСУ могут функционировать в трех основных режимах изменения фазовых переменных [9, 41, 57, 84]:

- режим малых отклонений координат (МОК, рисунок 1.3, а);

- режим средних отклонений координат (СОК, рисунок 1.3, б);

- режим больших отклонений координат (БОК, рисунок 1.3, в).

Рисунок 1.3 - Графики перемещения, скорости и ускорения рабочего органа в позиционно-следящей ЭМСУ: а - режим МОК; б - режим СОК; в - режим БОК

В режимах СОК и БОК время позиционирования уже зависит от величины перемещения (см. рисунок 1.3, б, в), и система управления становится нелинейной.

На практике при синтезе программного движения СЭМСУ приведенные на рисунке 1.3 динамические процессы по координатам ускорения и скорости часто аппроксимируют упрощенными кривыми, соответствующими прямоугольным, треугольным и трапецеидальным графикам [9, 63, 70].

Рассмотренные режимы работы обусловливают необходимость построения СЭМСУ, исходя из условия поиска экстремума по скалярному или векторному критерию, соответствующему заданным показателям качества. Синтезированные системы будут оптимальными в смысле заданного критерия качества и обеспечат получение наилучших в этом смысле показателей качества. Однако развитие теории оптимальных систем [50, 69, 75, 92] демонстрирует множество проблем при практическом использовании этой теории, особенно характерных для систем высокого порядка. Поэтому на практике системы, теоретически обеспечивающие достижение высоких показателей качества, применяются довольно редко по целому ряду причин, среди которых можно выделить:

- ограниченность круга задач оптимизации, для которых существует строгое математическое решение;

- невозможность одновременного удовлетворения нескольким различным критериям оптимизации;

- значительное ухудшение показателей качества оптимальной системы при изменении параметров объекта управления или внешних воздействий среды;

- неточное знание и непредсказуемость внешних воздействий;

- значительное аппаратное и программное усложнение практической реализации оптимальных систем;

- изменение параметров или режимов работы объекта, которое может приводить к возникновению автоколебательных процессов и неустойчивости системы, и др.

Следовательно, при разработке СЭМСУ необходимо максимально использовать положительные стороны оптимальных систем и по возможности избежать указанных нежелательных явлений. Для этого возможно построение так называемых «квазиоптимальных» систем [49], уступающих теоретически оптимальным и имеющих некоторые отклонения от экстремальных значений показателей качества, обладающих при этом простотой реализации и «грубостью» к вариациям параметров и режимам функционирования объекта управления.

Традиционно при разработке СЭМСУ используют два основных способа синтеза желаемого управления и^). Одним из них является получение управляющего воздействия в виде:

Щ^+^вЩ + ^в^) +...+ dre'(t) + (1.1)

где d1,..., di+1 - постоянные коэффициенты; / - порядок производной.

Для реализации подобного управления или / раз дифференцируют сигнал ошибки е(1), или формируют обратные связи по внутренним измеряемым координатам системы [25, 50, 99]. Однако требования высокого качества СЭМСУ, такие как высокая точность и быстродействие, низкая колебательность или ее отсутствие, не могут быть обеспечены только за счет увеличения коэффициента d1 пропорционального управления в уравнении (1.1), так как это может привести к потере устойчивости следящей системы. Увеличение параметра d2 улучшает условия устойчивости, но ухудшает быстродействие, а увеличение остальных коэффициентов в уравнении (1.1) приводит к усилению высокочастотных помех, что вызывает ухудшение точности системы. Кроме этого увеличение указанных коэффициентов может улучшать условия устойчивости лишь до определенных значений, пока не начнут сказываться ограничения линейной зоны функционирования СЭМСУ. Перечисленные недостатки линейных следящих систем, работающих по отклонению, могут еще более усугубляться в случае непредсказуемой смены режимов работы и функционировании системы в зоне насыщения одной или нескольких фазовых координат СЭМСУ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Даденков, Дмитрий Александрович, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александров, В.М. Итерационный метод вычисления в реальном времени оптимального по быстродействию управления / В.М. Александров // Сибирский журнал вычислительной математики. - 2007. - №1. - С. 1-28.

2. Александров, В.М. Последовательный синтез оптимального по быстродействию управления в реальном времени / В.М. Александров // Автоматика и телемеханика. - 2008. - № 8. - С. 3-24.

3. Александровский, Н.М. Адаптивные системы автоматического управления сложными технологическими объектами / Н.М Александровский, С.В. Егоров, Р.Е. Кузин; под общ. ред. Н.М. Александровского. - М.: Энергия, 1973. - 272 а

4. Алиев, Р.А. Принцип инвариантности и его применение для проектирования промышленных систем управления / Р.А. Алиев. - М.: Энерго-атомиздат, 1985. - 128 с.

5. Антонов, В.Н. Адаптивное управление в технических системах: учеб. пособие / В.Н Антонов, В.А. Терехов, И.Ю. Тюкин. - СПб.: Изд-во С.Петербург. ун-та, 2001. - 244 с.

6. Анхимюк, В.Л. Проектирование систем автоматического управления электроприводами / В.Л. Анхимюк, О.Ф. Опейко. - Минск: Вышая школа, 1986. - 143 с.

7. Бабаков, Н.А. Теория автоматического управления. Ч. 2: Теория нелинейных и специальных систем автоматического управления / Н.А. Бабаков, А.А. Воронов; под ред. А.А. Воронова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1986. - 504 с.

8. Барышников, В.Д. Автоматизированные электроприводы машин бумагоделательного производства / В.Д. Барышников, СН. Куликов. - Л.: Энергоиздат, Ленингр. отд-ние, 1982. - 144 с.

9. Башарин, А.В. Управление электроприводами / А.В. Башарин, В.А. Новиков, Г.Г. Соколовский. - Л: Энергоиздат, 1982. - 392 с.

10. Беллман, Р. Динамическое программирование / Р. Беллман. - М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1960. - 400 с.

11. Беляев, Б.М. Современные методы проектирования следящих систем и регуляторов: учеб. пособие / Б.М. Беляев. - Л.: СЗПИ, 1985. - 80 с.

12. Белянский, П.В. Управление наземными антеннами и радиотелескопами / П.В. Белянский, Б.Г. Сергеев - М.: Сов. радио, 1980. - 280 с.

13. Бесекерский, В.А. Динамический синтез систем автоматического регулирования / В.А. Бесекерский. - М.: Наука, 1970. - 576 с.

14. Бесекерский, В.А. Робастные системы автоматического управления / В.А. Бесекерский, А.В. Небылов. - М.: Наука, 1983. - 239 с.

15. Бесекерский, В.А. Теория систем автоматического управления /

B.А. Бесекерский, Е.П. Попов. - 4-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Профессия, 2007. - 752 с.

16. Богорад, А.А. Мостовые краны и их эксплуатация: учеб. пособие для техн. училищ / А.А. Богорад, А.Т. Загузин. - М.: Высшая школа, 1984. - 184 с.

17. Болтянский, В.Г. Математические методы оптимального управления / В.Г. Болтянский. - М.: Наука, 1966. - 307 с.

18. Бор-Раменский, А.Е. Быстродействующий электропривод / А.Е. Бор-Раменский, Б.Б. Воронецкий, В.А. Святославский. - М.: Энергия, 1969. - 168 с.

19. Борцов, Ю.А. Адаптивные алгоритмы для микропроцессорных систем управления электромеханическими объектами / Ю.А. Борцов, В.Б. Второв,

C.Е. Голик // Электромашиностроение и электрооборудование. - Киев: Техника, 1982. - Вып.35. - С. 13-20.

20. Борцов, Ю.А. Электромеханические системы с адаптивным и модальным управлением / Ю.А. Борцов, Н.Д. Поляхов, В.В. Путов. - Л.: Энер-гоатомиздат, 1984. - 216 с.

21. Борцов, Ю.А. Автоматизированный электропривод с упругими связями / Ю.А. Борцов, Г.Г. Соколовский. - 2-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Энергоатомиздат, Санкт-Петербург. отд-ние, 1992. - 288 с.

22. Букреев, В.Г. Математическое обеспечение адаптивных систем управления электромеханическими объектами: учеб. пособие / В.Г. Букреев. -Томск: Изд-во ТПУ, 2002. - 132 с.

23. Булгаков, А.Г. Промышленные роботы. Кинематика, динамика, контроль управление. / А.Г. Булгаков, В.А. Воробьев. - М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2007. - 488 с.

24. Вейц, В.Л. Управление динамикой процесса адаптации в электромеханической системе с неявной эталонной моделью / В.Л. Вейц, О.Л. Воль-берг // Роботы и робототехнические системы. - Иркутск: Изд-во Иркут. по-литехн. ин-та, 1986. - С. 23-32.

25. Воронов, А.А. Основы теории автоматического регулирования и управления: учеб. пособие для вузов / А.А. Воронов, В.К. Титов, Б.Н. Ново-гранов. - М.: Высшая школа, 1977. - 519 с.

26. Воронов, А.А. Основы теории автоматического управления. Особые линейные и нелинейные системы / А.А. Воронов. - М.: Энергоиздат, 1981.

27. Гайдук, А.Р. Теория автоматического управления в примерах и задачах с решениями в МАТЬАВ: учебник для вузов / А.Р. Гайдук, В.Е Беляев, Т.А. Пьявченко. - М.: Лань, 2011. - 464 с.

28. Галактионов, А.И. Представление информации оператору / А.И. Галактионов. - М.: Энергия , 1969.

29. Геминтерн, В.И. Имитационное моделирование при проектировании электромеханических систем / В.И. Геминтерн, В.Н. Нуждин, В.Д. Ро-зенкноп. - М.: Информэлектро, 1981. - 70 с.

30. Герман-Галкин, С.Г. Matlab&Simulmk. Проектирование мехатрон-ных систем на ПК / С.Г. Герман-Галкин. - СПб: Корона-Век, 2014. - 368 с.

31. Гостев, В.И. Оптимальное по быстродействию управление в дискретных системах с насыщением / В.И. Гостев, В.Н. Перечный, И.В. Синеуц-кий // Автоматика. - 1988. - № 2. - С. 56-61.

32. Гостев, В.И. Системы управления с цифровыми регуляторами: справочник / В.И. Гостев. - Киев: Тэхника, 1990.- 280 с.

33. Громыко, В.Д. Самонастраивающиеся системы с эталонной моделью / В.Д. Громыко, Е.А. Санковский. - М.: Энергия, 1974. - 80 с.

34. Гусев, Н.В. Системы цифрового управления многокоординатными следящими электроприводами: учеб. пособие / Н.В. Гусев, В.Г. Букреев. -Томск: Изд-во Томск. политехн. ун-та, 2007. - 213 с.

35. Даденков, Д.А. Синтез микропроцессорных упругодиссипативных систем регулирования скорости секции каландра бумагоделательных машин / Д.А. Даденков, В.П. Казанцев // Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALS-технологии в энергетике: материалы V Всерос. науч.-техн. интернет-конф.; 1-30 нояб. 2011 г. - Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. у-нта, 2012. - С. 151-161.

36. Даденков, Д.А. Дискретно-непрерывные эталонные модели электромеханических систем управления / Д.А. Даденков, В.П. Казанцев // Educatio (ежемесячный научный журнал) - 2014. - .№3, ч. 1 : Технические науки. - С. 32-36.

37. Даденков, Д.А. Синтез электромеханических систем управления с нелинейной адаптивной эталонной моделью / Д.А. Даденков, В.П. Казанцев // Фундаментальные исследования. - 2014. - № 11-7. - C. 1466-1471.

38. Даденков, Д.А. Принципы построения адаптивных электромеханических систем управления с эталонными моделями / Д.А. Даденков, В.П. Казанцев, А.В. Ляхомский // Электротехника. - 2015. - №6. - С. 51-56.

39. Двойников, Д.А. Разработка быстродействующих электромеханических систем с учетом ограничений в объекте управления: дис. ... канд. техн. наук: 05.09.03 / Двойников Дмитрий Алексеевич. - Екатеринбург, 2013. - 129 с.

40. Двухзонные следящие системы / В.В. Шеваль, Е.И. Дорохов, С.А. Исаков, В.И. Земцов. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 88 с.

41. Динамика следящих приводов: учеб. пособие для втузов / Б.И. Петров, В.А. Полковников, Л.В. Рабинович [и др.]; под ред. Л. В. Рабиновича. -2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1982. - 496 с.

42. Дискретно-непрерывные автоматические системы / Л.М. Твердин, В.Б. Закорюкин, Б.В. Всеволодов, В.М. Панченко. - М.: Энергия, 1980. - 144 с.

43. Дорф, Р. Современные системы управления / Р. Дорф, Р. Бишоп; пер. с англ. Б.И. Копылова. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. - 832 с.

44. Егоров, Е.В. Динамика систем электропривода / Е.В. Егоров, В.М. Шестаков. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 216 с.

45. Емельянов, С.В. Системы автоматического управления с переменной структурой / С.В. Емельянов. - М.: Наука; Гл. ред. физ.-мат. лит-ры, 1967. - 336 с.

46. Ермаченко, А.И. Методы синтеза линейных систем управления низкой чувствительности / А.И. Ермаченко. - М.: Радио и связь, 1981. - 104 с.

47. Жмудь, В.А. Адаптивные системы автоматического управления с единственным основным контуром / В.А. Жмудь // Автоматика и программная инженерия. - 2014. - №2(8). - С. 106-122.

48. Жуков, К.Г. Модельное проектирование встраиваемых систем в LabVIEW / К.Г. Жуков. - М.: ДМК Пресс, 2011. - 688 а

49. Зайцев, Г.Ф. Квазиоптимальные следящие системы / Г.Ф. Зайцев, В.К. Стеклов. - Киев.: Вища школа, Головное изд-во, 1984. - 176 с.

50. Зайцев, Г.Ф. Теория автоматического управления и регулирования / Г.Ф. Зайцев. - 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Выща школа, Головное изд-во, 1989. - 431 с.

51. Зюзев, А.М. Математические модели механической части электроприводов: учеб. пособие / А.М. Зюзев. - Екатеринбург, 2010. - 154 с.

52. Изерман, Р. Цифровые системы управления / Р. Изерман; пер. с англ., под ред. И.М. Макарова. - М.: Мир, 1984. - 541 с.

53. Каган, В.Г. Электроприводы с предельным быстродействием для систем воспроизведения движений / В. Г. Каган. - М.: Энергия, 1975. - 241 с.

54. Казанцев, В.П. Синтез дискретно-непрерывных систем управления электроприводами с упругими связями / В.П. Казанцев, Д.А. Даденков // Электротехника. - 2012. - № 11. - С 24а-28.

55. Казанцев, В.П. Эталонные модели для систем управления фазовыми переменными технологических процессов и установок / В.П. Казанцев, Д.А. Даденков // Электротехнические комплексы и системы управления. -2014. - №3. - С 57-61.

56. Казанцев, В.П. Позиционно-следящие электроприводы с финитным управлением / В.П. Казанцев, Д.А. Даденков // Электротехника. - 2015. -№6. - С. 45-50.

57. Казмиренко, В.Ф. Системы следящих приводов / В.Ф. Казмиренко, А.Г. Лесков, В.А. Введенский. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 304 с.

58. Католиков, В.Е. Автоматизированный электропривод подьемных установок глубоких шахт / В.Е. Католиков, А.Д. Динкель, А.М. Седунин. -М.: Недра, 1983. - 270 с.

59. Ким, Д.П. Теория автоматического управления. Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы / Д.П. Ким. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. - 464 с.

60. Клюев, А.С. Оптимизация автоматических систем по быстродействию / А.С. Клюев, А.А Колесников. - М.: Энергоиздат, 1982. - 244 с.

61. Ковчин, С.А. Теория электропривода: учебник для вузов / С.А. Ков-чин, Ю.А. Сабинин. - СПб.: Энергоатомиздат, Санкт-Петербург. отд-ние, 1994. - 496 с.

62. Колесников, A.A. Синергетическая теория управления / A.A. Колесников. - М.: Энергоатомиздат, 1994. - 344 с.

63. Коровин, Б.Г. Системы программного управления промышленными установками и робототехническими комплексами / Б.Г. Коровин, Г.И. Прокофьев, Л.Н. Рассудов. - Л.: Изд-во ЭАИ, 1990. - 20 с.

64. Красовский, Н.Н. Теория управления движением / Н.Н. Красов-ский. - М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит-ры, 1968. - 476 с.

65. Кузнецов, В.Е. Адаптивное управление с экзомоделью техническим объектом с ограниченной неопределенностью / В.Е. Кузнецов // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2016.- № 6. - С.53-60.

66. Кузнецов, В. Е. Повышение качества управления техническим объектом на основе экзомодели / В.Е. Кузнецов // Материалы Междунар. Конф. по мягким вычислениям и измерениям (SCM-2016), 25-27 мая 2016 г. СПб.-СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2016.-Т.1. -С.505-508.

67. Кулесский, Р.А. Электроприводы постоянного тока с цифровым управлением / Р.А. Кулесский, В.А. Шубенко. - М.: Энергия, 1973. - 208 с.

68. Куо, Б. Теория и проектирование цифровых систем управления: пер. с англ. / Б. Куо. - М.: Машиностроение, 1986. - 448 с.

69. Куропаткин, П.В. Оптимальные и адаптивные системы / П.В. Ку-ропаткин. - М.: Высшая школа, 1980. - 287 с.

70. Лебедев, А.М. Следящие электроприводы станков с ЧПУ / А.М. Лебедев, Р.Т. Орлова, А.В. Пальцев. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 223 с.

71. Лернер, А.Я. Принципы построения быстродействующих следящих систем и регуляторов / А.Я. Лернер - М.: Госэнергоиздат, 1961. - 140 с.

72. Летов, A.M. Математическая теория процессов управления / A.M. Ле-тов. - М.: Наука, 1981. - 256 с.

73. Мазунин, В.П. Прикладные задачи оптимизации по быстро действию управления электроприводами при синтезе регуляторов: препринт / В.П. Мазунин, С.А. Мазунина; УРО РАН, Ин-т машиностроения. - Екатеринбург, 1996. - 60 с.

74. Малиновский А.К. Автоматизированный электропривод машин и установок шахт и рудников / А.К. Малиновский. - М: Недра,1987. - 277.

75. Математическая теория оптимальных процессов / Л.С. Понтря-гин, В.Г. Болтянский, Р.В. Гамкрелидзе, Е.Ф. Мишенко. - 4-е изд., стереотипное. - М.: Наука, 1983. - 393 с.

76. Медведев, В.С. Системы управления манипуляционными роботами / В.С. Медведев, А.Г. Лесков, А.С. Ющенко; под ред. Е.П. Попова. - М.: Наука, 1978. - 416 с.

77. Микропроцессорное управление электроприводами станков с

ЧПУ / Э.Л. Тихомиров, В.В. Васильев, Б.Г. Коровин, В.А. Яковлев. - М.: Машиностроение, 1990. - 320 с.

78. Мирошник, И.В. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами / И.В. Мирошник, В.О. Никифоров, А.Л. Фрадков. -СПб.: Наука, 2000. - 549 с.

79. Нелинейные корректирующие устройства в системах автоматического управления / В. П. Алекперов, В. Р Андриевский, Л.Е. Баханов [и др.]; под ред. Ю. И. Топчеева. - М.: Машиностроение, 1971. - 466 с.

80. Олссон, Г. Цифровые системы автоматизации и управления / Г. Олссон, Дж. Пиани. - СПб: Невский Диалект, 2003. - 557 с.

81. Перельмутер, В.М. Цифровые системы управления тиристорным электроприводом / В.М. Перельмутер, А.К. Соловьев. - Киев: Техника, 1983. - 104 с.

82. Поляков, В.Н. Экстремальное управление электрическими двигателями / В.Н. Поляков, Р.Т. Шрейнер; под общ. ред. Р.Т. Шрейнера. - Екатеринбург: Изд-во УТТУ-УГШ, 2006. - 420 с.

83. Потапов, А.М. Основы расчёта и проектирования линейных следящих систем: учеб. пособие / А.М. Потапов - Л.: Изд-во ЛМИ, 1979. - 90 с.

84. Потапов, А.М. Синтез линейных следящих систем: учеб. пособие /

A.М. Потапов. - Л.: Изд-во ЛМИ, 1981. - 96 с.

85. Принципы построения и проектирования самонастраивающихся систем управления / Б.Н. Петров, В.Ю. Рутковский, И.Н. Крутова, С.Д. Земляков. - М.: Машиностроение, 1972. - 260 с.

86. Проектирование следящих систем / Л.В. Рабинович, Б.И. Петров, В.Г. Терсков [и др.]; под ред. Л.В. Рабиновича. - М.: Машиностроение, 1969. - 498 с.

87. Путов, В.В. Адаптивные и модальные системы управления многомассовыми нелинейными упругими механическими объектами / В.В. Путов,

B.Н. Шелудько. - СПб.: Элмор, 2007.

88. Пшихопов, В.Х. Оптимальное по быстродействию траекторное управление электромеханическими манипуляционными роботами / В.Х. Пшихопов // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. - 2007. -№1 - C. 51-57.

89. Растригин, Л.А. Адаптация сложных систем / Л.А. Растригин. -Рига: Зинатне, 1981. - 375 с.

90. Рустамов, К.А. О синтезе финитных систем стабилизации с переменной структурой / К. А. Рустамов // Известия вузов. Электромеханика. -1986. - №7. - С. 51-57.

91. Рустамов, К.А. Синтез финитного управления с переменной структурой в системах регулирования со скалярным входом / К.А. Рустамов // Известия вузов. Электромеханика. - 1988. - №12. - С. 45-50.

92. Садовой, А.В. Системы оптимального управления прецизионными электроприводами / А.В. Садовой, Б.В. Сухинин, Ю.В. Сохина; под ред. А.В. Садового. - Киев: ИСИМО, 1996. - 298 с.

93. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2013660457. Программный комплекс «Синтез и анализ цифровых систем управления» («Sintez&Analiz») / В.П. Казанцев, А.Б. Петроченков, Д.А. Даденков. Заявка №2013616220 от 18.07.13; зарегистр. в реестре программ для ЭВМ 06.11.2013.

94. Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы / В.Б. Брагин, Ю.Г. Бойлов, Ю.Д. Жаботинский [и др.]; под общ. ред. Е.П. Попова, В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1985. - 256 с.

95. Скаржепа, В.А. Цифровое управление тиристорными преобразователями / В. А. Скаржепа, К.В. Шелехов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984. - 160 с.

96. Смагина, И.А. Анализ структур и разработка методов оценки качества прецизионных электромеханических следящих систем: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.01 / Смагина Ирина Анатольевна. - М., 2007. - 156 с.

97. Смирнова, В.И. Основы проектирования и расчета следящих систем: учебник для техникумов / В.И. Смирнова, Ю.А. Петров, В.И. Разинцев. -М.: Машиностроение, 1983. - 295 с.

98. Смолин, А.С. Технология формования бумаги и картона / А.С. Смолин, Г.З. Аксельрод. - М.: Лесная пром-сть, 1984. - 120 а

99. Солодовников, В.В. Теория автоматического управления техническими системами: учеб. пособие / В.В. Солодовников, В.Н. Плотников, А.В. Яковлев. - М.: Изд-во МГТУ, 1993. - 492 с.

100. Солодовников, В.В. Расчет и проектирование аналитических самонастраивающихся систем с эталонными моделями / В.В. Солодовников, Л.С. Шрамко. - М.: Машиностроение, 1972. - 270 с.

101. Состояние и перспективы развития теории систем точного электропривода / С.А. Ковчин, В.М. Пинчук, В.И. Прихно [и др.] // Электричество. - 1976. - № 4. - C. 34-39.

102. Справочник по теории автоматического управления / под ред.

A.А. Красовского. - М.: Наука, 1987. - 712 с.

103. Теория систем с переменной структурой / С.В. Емельянов, В.И. Уткин, В.А. Таран [и др.]; под ред. С.В. Емельянова. - М.: Наука, 1970. - 592 с.

104. Техническое зрение роботов / под ред. А. Пью; пер. с англ. Д.Ф. Миронова; под ред. Г. Л. Катыса. - М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.

105. Трахтенберг, Р.М. Импульсные астатические системы электропривода с дискретным управлением / Р.М. Трахтенберг. - М.: Энергоиздат, 1982. - 168 с.

106. Ту, Ю. Современная теория управления / Ю. Ту; пер. с англ. Я.Н. Ги-бадулина; под ред. В.В. Солодовникова. - М.: Машиностроение, 1971. - 469 с.

107. Тюкин, И.Ю. Адаптация в нелинейных динамических системах / И.Ю. Тюкин, В.А.Терехов. - СПб: Изд-во ЛКИ, 2008. - 384 с.

108. Управляющие системы промышленных роботов / Ю.Д. Андрианов, Л.Я. Глейзер, М.Б. Игнатьев и [др.]; под общ. ред. И.А Макарова,

B.А. Чиганова. - М.: Машиностроение,1984. - 288 с.

109. Устюжанин, А.Д. Динамическая идентификация и оценивание состояния человека-оператора в системах «человек - машина»: учеб. пособие / А.Д. Устюжанин, К.А. Пупков. - М.: РУДН, 2011. - 180 с.

110. Уткин, В.И. Скользящие режимы и их применение в системах с переменной структурой / В.И. Уткин.- М.: Наука, 1974. - 272 с.

111. Уткин, В.И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления / В.И. Уткин. - М.: Наука; Гл. ред. физ.-мат. лит-ры, 1981. - 368 с.

112. Фельдбаум, А.А. Основы теории оптимальных автоматических систем / А.А. Фельдбаум. - 2-е изд. - М.: Наука, 1966. - 624 с.

113. Фельдбаум, А.А. Методы теории автоматического управления /

A.А. Фельдбаум, А.Г. Бутковский. - М.: Наука, 1971. - 743 с.

114. Фомин, В.Н. Адаптивное управление динамическими объектами /

B.Н. Фомин, А.Л. Фрадкин, В.А. Якубович. - М.: Наука, 1981. - 447 с.

115. Хаммами, А. Разработка методологии, расчет и исследование финитных электромеханических систем с цифровым управлением: дис. ... канд. техн. наук: 05.09.03 / Хаммами Абдель-Керим. - СПб, 1998. - 226 с.

116. Цыпкин, Я.З. Теория лилейных импульсных систем / Я.З. Цып-кин. - М.: Физматгиз, 1963. - 968 с.

117. Цифровые системы управления электроприводами / А.А. Ба-товрин, П.Г. Дашевский, В.Д. Лебедев [и др.]. - Л.: Энергия, 1977. - 256 с.

118. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями / С.Г. Герман-Галкин, В.Д. Лебедев, Б.А. Марков [и др.]. - Л.: Энерго-атомиздат, 1986. - 248 с.

119. Чаки, Ф. Современная теория управления. Нелинейные, оптимальные и адаптивные системы / Ф. Чаки; пер. с англ. В.В. Капитоненко, CA. Анисимова, под ред. Н.С. Райбмана. - М.: Мир, 1975. - 423 с.

120. Частотные преобразователи Danfoss VLT Automation Drive FC300. Руководство по программированию [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://danfoss-ru.com/content/files/guide_program_FC300.pdf

121. Чернов, Е.А. Электроприводы подач станков с ЧПУ: отрав. пособие / Е.А Чернов, В.П.Кузьмин, С.Г. Синичкин. - Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1986. - 271 с.

122. Шестаков, В.М. Построение и оптимизация систем подчиненного регулирования электроприводов с упругими механическими передачами / В.М. Шестаков // Электричество. -1978. - № 10. - С. 50-54.

123. Шестаков, В.М. Системы электропривода бумагоделательного производства / В.М. Шестаков. - М.: Лесная промышленность, 1989. - 240 с.

124. Шрейнер, Р.Т. Системы подчиненного регулирования электроприводов: учеб. пособие / Р.Т. Шрейнер. - Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-лед. ун-та, 2008. - 279 с.

125. Электропривод и автоматизация управления строительными башенными кранами / И.И. Петров, А.П. Богословский, Е.М. Певзнер, А.Г. Яуре. - М.: Машиностроение, 1979. - 215 с.

126. Электропривод постоянного тока с упругими связями: пат. 2513871 Рос. Федерация: МПК7 H 02 P 7/06, H 02 P 7/285, H 02 P 7/292 G 05 B 11/01/ Казанцев В.П. [и др.]: заяв. и патентообл. Перм. нац. исслед. поли-техн. ун-т; Протон-Пермские моторы - № 2012144926/07,заявл. 22.10.12; опубл. 20.04.14, Бюл. № 11.

127. Юревич, Е.И. Управление роботами и робототехническими системами / Е.И. Юревич. - СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2000. - 171 с.

128. Berden, A.R. Sampled - data processing techniques for feedback control systems / A.R. Berden, I.R. Ragazzini // AIEE. Trans. - 1954. - Vol 73. - P. 236-294.

129. Bobrow, J.E. Time-optimal control of robotic manipulators along specified paths / J.E. Bobrow, S. Dubowsky, J.S. Gibson // Int. Journal Robotic Research. - 1985. - №4(3). - P. 3-17.

130. Geither, G.H. Ortimiert auf endliche Einstellzeit Teil / G.H. Geither, A. Stoev // MSR. - 1985.- №28. - P. 165-169.

131. Jury, E.L Discrete contren-safion of sample data and continuous control systems/ E.L. Jury, W. Schroeder // AIEE Trans. - 1957. - № 28. - P. 317-325.

132. Landau, I.D. Adoptive Control. The model reference approach / I.D. Landau.- New York: Basel. Marcel Decker, 1979. - 406 p.

133. Narendra, K.S. Direct and indirect adaptive control / K.S. Narendra, L.S. Valavani // Automata. - 1979. - Vol. 15. - № 6. - P. 653-664.

134. Ohmae, T. Microprocessor-Controlled High-Accuracy Wide-Range Speed Regulator for Motor Drivers / T. Ohmae, T. Matsuda, K.A. Kamiyama // IEEE Transactions on Industrial Electronics. - 1982. - Vol. IE-29, № 3. - P. 207-211.

182

ПРИЛОЖЕНИЕ А Листинг исходного кода программного обеспечения «81п1ег&Апа11г»

Среда разработки ЬаЬУШЖ реализует концепцию графического программирования на языке G, поэтому исходный код представляет собой блок-диаграмму (соединенные друг с другом пиктограммы элементов языка), которая затем компилируется в машинный код.

Узлы блок-диаграммы представляют собой простые инструкции или их наборы - функции, виртуальные приборы. Выполнение инструкций узла происходит только после того, как на всех входных терминалах узла появляются данные. После выполнения инструкций его результат передается через выходные терминалы узла на входы следующих узлов. Несмотря на то, что язык G позволяет задавать тип данных в явном виде, существенным отличием от других языков является наличие проводников, выполняющих функции переменных. Вместо того, чтобы передавать переменные между функциями, передача данных осуществляется соединениями проводников.

Специфика языка программирования такова, что часть программы выполнена в виде отдельных программных модулей, которые представляют собой виртуальные приборы (у/-файлы), являющиеся по сути дела подпрограммами с наличием своей пиктограммы, а также входных и выходных терминалов.

Далее приводится исходный программный код (набор блок-диаграмм), который был получен в ходе написания данного программного обеспечения.

1. Главный программный модуль «^М^ЛпаШМ»

1.1. Процедура инициализации переменных и подготовки интерфейса главного окна

1.2. Процедура обработки событий меню «MenuSelection (User)» 1.2.1. Пункт меню «Синтез». Подпункт «Новый расчёт коэффициентов регулятора»

1.2.2. Пункт меню «Синтез». Подпункт «Открыть»

2| H [1] Menu Selection (User)

1.2.3. Пункт меню «Синтез». Подпункт «Сохранить»

В| —HI Menu Selection (User] ->|

1.2.4. Пункт меню «Анализ». Подпункт «Анализ синтезированной САУ»

1.2.5. Пункт меню «Анализ». Подпункт «Открыть»

2| -Н Мепи МесИоп (Циг] "Н

1.2.6. Пункт меню «Анализ». Подпункт «Сохранить»

Ю [1] Menu Selection (User)

1.2.7. Пункт меню «Анализ». Подпункт «Новый расчёт переходных процессов»

S| HI Menu Selection (User]

1.2.8. Пункт меню «Анализ». Подпункт «Новые ограничения управления»

[i] Menu Selection (User)_—

1.2.9. Пункт меню «Анализ». Подпункт «Новые начальные условия»

1.2.10. Пункт меню «Анализ». Подпункт «Новые задающие воздействия»

1.2.11. Пункт меню «Анализ». Подпункт «Новые возмущающие воздействия»

Щ Н[1] Menu Selection [User) ""Ц—

1.3. Обработчик событий главного программного модуля

1.3.1. Формирование вектора обозначения координат объекта управления

1.3.2. Переход к вводу матрицы А

1.3.3. Переход к вводу матрицы В

1.3.4. Переход к вводу матрицы С

1.3.5. Формирование матрицы В и переход к матрице В

1.3.6. Формирование матрицы Ф(Ф, -Т0) и переход к матрице Ф(Ф, -Т0)

1.3.7. Переход к вводу матрицы Ж

1.3.8. Формирование матрицы О и переход к матрице О

1.3.9. Формирование обратной матрицы О и переход к обратной матрице О

1.3.10. Формирование матрицы коэффициентов регулятора А0

1.3.11. Переход к окну выбора выходной координаты

1.3.12. Формирование блочной матрицы {I \ -A1\-C} и переход к матрице {I\-A1\-C}

1.3.13. Формирование блочной матрицы {А2\ В} и переход к матрице{А2\ В}

1.3.14. Переход к вводу матрицы Q

1.3.15. Формирование матрицы Муст и переход к матрице Му

уст

1.3.16. Формирование матрицы Хуст и переход к матрице Ху

уст

1.3.17. Формирование матрицы иуст и переход к матрице иуст

1.3.18. Формирование матрицы коэффициентов регулятора {00\ В0\ СО}

1.3.19. Конец процедуры синтеза

1.3.20. Формирование матрицы оптимального управления Ж0

1.3.21. Переход к вводу вектора ограничения управления ит

1.3.22. Переход к вводу вектора начального состояния Х(0)

1.3.23. Переход к вводу вектора задающих воздействий в начальный момент времени Я(0)

1.3.24. Переход к вводу вектора задающих воздействий в заданный момент времени Куст

1.3.25. Переход к вводу вектора производных задающих воздействий в начальный момент времени йК/йЦО)

1.3.26. Переход к вводу вектора возмущающих воздействий в начальный момент времени Я(0)

1.3.27. Переход к вводу вектора возмущающих воздействий в заданный момент времени ^ст

1.3.28. Переход к окну ввода данных для расчёта переходных процессов

1.3.29. Формирование расширенной матрицы перехода

1.3.30. Расчёт и формирование графиков переходных процессов

2. Программный модуль для формирования матрицы G - «Matrix G.vi»

3. Программный модуль формирования блочной матрицы { I \-A1\-C} «Matrix IAlC.vi»

4. Программный модуль формирования блочной матрицы {A2 \ B} -«Matrix A2B.vi»

Размерность

5. Программный модуль для расчёта переходных процессов при анализе САУ

«АпаШМ»

1Мрот1

6. Программный модуль пересчёта управления с учётом ограничения управления «ЫаШ им»

У

7. Программный модуль формирования данных для построения графиков и таблицы с расчётом переходных процессов «XGraph.vi»

203

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Свидетельство об официальной регистрации разработанной

программы для ЭВМ

204

ПРИЛОЖЕНИЕ В Патент Российской Федерации «Электропривод постоянного тока с упругими связями»

205