Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Электрогидравлический следящий привод маневренного самолета как объект управления 12
1.1. Существующие и перспективные типы электрогидравлических следящих приводов маневренных самолетов 12
1.1.1. Электрогидравлический следящий привод в системе управления самолетом ...12
1.1.2. Электрогидравлические приводы маневренных самолетов 15
1.1.3. Электрогидравлический следящий привод поворотного сопла. 18
1.1.4. Электрогидравлический следящий привод с линейным электродвигателем 22
1.2. Технические требования и характеристики, предъявляемые
к электрогидравлическим следящим приводам ЛА 25
1.3. Обзор существующих адаптивных средств коррекции в
электрогидравлических следящих приводах ЛА 30
1.3.1. Адаптивный электрогидравлический следящий привод с параметрической настройкой и эталонной моделью 31
1.3.2. Адаптивный электрогидравлический следящий привод с комбинированной настройкой и эталонной моделью 34
1.3.3.. Адаптивный электрогидравлический следящий привод с
сигнальной настройкой 35
1.3.3.1. Адаптивный электрогидравлический следящий привод с эталонной моделью и обратной связью по давлению 35
1.3.3.2. Адаптивный электрогидравлический следящий привод с эталонной моделью и наблюдателем состояния 37
1.3.3.3. Адаптивный электрогидравлический следящий привод с настраиваемой моделью и наблюдателем состояния 38
1.4. Микропроцессорные устройства управления 41
ГЛАВА 2. Математические модели электрогидравлических следящих приводов 52
2.1. Электрогидравлический привод с линейным электродвигателем 52
2.1.1. Основные сведения для построения модели привода 52
2.1.2. Математическое описание линейного электродвигателя 54
2.1.3. Модели золотникового гидрораспределителя и гидроцилиндра ...56
2.1.4. Основные факторы, оказывающие влияние на динамические и статические характеристики электрогидравлического привода с линейным электродвигателем 59
2.1.5. Модель электрогидравлического следящего привода с линейным электродвигателем 66
2.2. Трехкаскадный электрогидравлический привод 69
2.2.1. Общая структура трехкаскадного электрогидравлического следящего привода 69
2.2.2. Модель электрогидравлического усилителя типа "сопло-заслонка" 71
2.2.3. Математическая модель трехкаскадного электрогидравлического следящего привода 76
2.3. Упрощение математических моделей электрогидравлических приводов 78
2.3.1. Основания для упрощения модели электрогидравлического привода 78
2.3.2. Упрощенная модель электрогидравлического следящего привода с линейным электродвигателем ...81
2.3.3. Обобщение структур моделей электрогидравлических приводов 88
2.4. Выводы и результаты по главе 2 93
ГЛАВА 3. Синтез адаптивных алгоритмов управления следящими электрогидравлическими приводами 95
3.1. Алгоритмы и структуры адаптивных систем с сигнальными и параметрическими законами настройки 95
3.2. Адаптивные системы с сигнальным алгоритмом настройки...99
3.2.1. Адаптивная система с эталонной моделью 99
3.2.2. Адаптивная система с настраиваемой моделью 102
3.3. Адаптивные системы с ПИ - сигнальным алгоритмом настройки 103
3.3.1. Адаптивная система с эталонной моделью 103
3.3.2. Адаптивная система с настраиваемой моделью 105
3.3.3. Обоснование устойчивости адаптивной системы с ПИ -сигнальным алгоритмом управления 106
3.4. Цифровая адаптивная система с ПИ - сигнальным алгоритмом настройки 111
3.4.1. Дискретизация адаптивной системы с эталонной моделью... 113
3.4.2. Дискретизация адаптивной системы с настраиваемой моделью .114
3.5. Методика расчета адаптивной системы управления электрогидравлическим следящим приводом с ПИ - сигнальным алгоритмом настройки 115
3.6. Выводы и результаты по главе 3 118
ГЛАВА 4. Исследование и стендовые испытания адаптивных следящих электрогидравлических приводов 119
4.1. Построение адаптивных систем управления электрогидравлическими следящими приводами 119
4.1.1. Адаптивная система с эталонной моделью 121
4.1.2. Адаптивная система с настраиваемой моделью 125
4.1.3. Построение адаптивной системы с ПИ - сигнальным алгоритмом настройки 127
4.2. Исследование адаптивных электрогидравлических следящих приводов 130
4.2.1. Влияние величины периода дискретности и величины временного запаздывания на динамические характеристики цифровой адаптивной системы управления 130
4.2.2. Характеристики адаптивного электрогидравлического следящего привода с эталонной моделью 142
4.2.3. Характеристики адаптивного электрогидравлического следящего привода с настраиваемой моделью 147
4.2.4. Характеристики адаптивного электрогидравлического следящего привода с ПИ - сигнальным алгоритмом настройки15А
4.2.4.1. Адаптивный привод с эталонной моделью 154
4.2.4.2. Цифровая реализация адаптивного регулятора с эталонной моделью 156
4.2.4.3. Цифровая адаптивная система с настраиваемой моделью 160
4.3. Электрогидравлический следящий привод с нечетким алгоритмом управления 162
4.4. Результаты стендовых испытаний адаптивного электрогидравлического следящего привода с линейным электродвигателем 171
4.5. Выводы и результаты по главе 4 179
Заключение 181
Список литературы .184
Приложения 192
- Электрогидравлический следящий привод в системе управления самолетом
- Основные сведения для построения модели привода
- Алгоритмы и структуры адаптивных систем с сигнальными и параметрическими законами настройки
- Построение адаптивной системы с ПИ - сигнальным алгоритмом настройки
Введение к работе
Актуальность работы.
Электрогидравлические следящие приводы (ЭГСП) наиболее часто применяются в качестве исполнительных механизмов органов управления динамических систем, в том числе современных маневренных самолетов.
Основам теории, принципам построения, анализу характеристик, а также вопросам разработки систем управления гидроприводами посвящены работы Т.М. Башты [8, 9], Н.С. Гамынина [21, 22], С.А. Ермакова [27, 28], Ю.И. Чупракова [67, 68], В.А. Хохлова [63, 64], Д.Н. Попова [32, 43], В.И. Караева [24, 48], Дж. Блэкборна [23], A.M. Потапова [24, 45] и других.
Наряду со своими многочисленными преимуществами по отношению к другим типам приводов (например, электроприводам), которые и явились основной причиной их широкого распространения в сфере управления летательными аппаратами, электрогидравлические приводы (ЭГП) обладают также некоторыми недостатками. К таким можно отнести существенную нелинейность и нестационарность характеристик электромеханических и гидравлических узлов привода [38, 43, 54].
Изменение параметров ЭГСП маневренного самолета преимущественно обусловлено изменением температуры и давления нагнетания рабочей жидкости, изменением (уменьшением) числа резервированных каналов управления, а также изменением характеристик привода в процессе эксплуатации. Особенности нелинейных характеристик определяются, главным образом, областью нечувствительности и различными значениями крутизны статических характеристик в зависимости от величины входного сигнала привода.
Таким образом, динамические характеристики ЭГСП в зависимости от режима его работы - величины задающего сигнала, количества работающих резервированных каналов, внешних условий и т.д. - могут под действием указанных обстоятельств изменяться в довольно широких пределах. Вместе с тем, в рулевых приводах маневренных самолетов необходимо обеспечить сравнительно малые искажения их частотных характеристик в заданном диапазоне амплитуд входных сигналов, а также в заданных границах изменений внешних условий.
Сравнительно недавно появилось новое перспективное направление в построении электрогидравлических приводов, основанное на отказе от применения в них традиционных электрогидравлических усилителей (ЭГУ) с элементами типа «струйная трубка» или «сопло-заслонка», и переходе к электрогидравлическим усилителям с непосредственным перемещением золотника основного гидрораспределителя с помощью линейного электродвигателя (ЛЭД) постоянного тока [33, 80, 81]. Такое конструктивное решение оказалось, по сравнению с электрогидравлическими приводами традиционного типа, во многих отношениях очень выигрышным, так как появилась возможность - улучшения энергетических характеристик гидропривода за счет уст- ранения непроизводительных расходов рабочей жидкости через струйные трубки или сопла традиционных гидроусилителей, работы гидропривода на переменном давлении питания, что было практически невозможно в традиционных ЭГУ, упрощения схемы агрегата, повышения отказоустойчивости, т.е. происходит уменьшение вероятности отказа привода вследствие засорения струйной трубки или зазора в элементе «сопло-заслонка», придания компактности гидроприводу, уменьшения массы агрегата, унификации компонентов гидропривода, снижения стоимости изделия.
Вместе с тем возникает задача создания малогабаритного и достаточно мощного сервопривода с линейным электродвигателем, который обеспечивал бы не только линейность его характеристик, но требуемые динамические характеристики. Данные условия являются особенно важными при работе ЭГСП в области малых сигналов задания, так как в условиях серийного производства и эксплуатации это может привести на некоторых режимах работы привода к потере устойчивости в малом маневренного самолета с аэродинамически неустойчивой компоновкой.
Следует отметить, что повышение чувствительности и стабилизации характеристик ЭГСП в области малых сигналов задания не могут быть достигнуты путем прямого увеличения добротности контура сервопривода (внутреннего контура гидропривода) и привода в целом, так как это может привести к возбуждению автоколебательных процессов недопустимых уровней в некоторых режимах работы привода и, в конечном итоге, значительному снижению рабочих ресурсов привода за счет преждевременного износа трущихся поверхностей его механических узлов, а также к непроизводительному расходу рабочей жидкости.
Задача стабилизации динамических характеристик ЭГСП с ЛЭД в условиях действия на него нелинейных и нестационарных возмущающих факторов может быть эффективно решена при помощи средств адаптивного управления. К настоящему времени в данном направлении развития систем управления традиционными, т.е. с ЭГУ того или иного типа, электрогидравлическими приводами уже получены положительные результаты от применения адаптивных регуляторов различных структур [1, 2, 6, 14, 16, 30, 50, 62]. Данные результаты дают основание считать, что адаптивное управление также покажет себя эффективным и в ЭГСП с ЛЭД.
Таким образом, основная цель данной работы заключается в разработке технически реализуемых адаптивных алгоритмов управления, пригодных для коррекции нелинейных и нестационарных характеристик электрогидравлических приводов с линейными электродвигателями: Научные результаты диссертационной работы.
В диссертационной работе разработаны и выносятся на защиту следующие научные результаты:
Математическая модель электрогидравлического следящего привода с непосредственным управлением (с линейным электродвигателем), учитывающая нелинейные и нестационарные дестабилизирующие факторы, пригодная для синтеза адаптивного управления и анализа его эффективности.
Адаптивный пропорционально-интегральный сигнальный алгоритм управления электрогидравлическим следящим приводом и его обоснование.
Адаптивные структуры электрогидравлического следящего привода с линейным электродвигателем и пропорционально-интегральным сигнальным адаптивным алгоритмом управления как в аналоговой, так и в цифровой форме.
Методика расчета электрогидравлических следящих приводов с адаптивным ПИ-сигнальным алгоритмом управления на основе упрощенных математических моделей.
Достоверность научных результатов, включая математические модели, методика расчета, адаптивные алгоритмы и структуры, подтверждены соответствующими математическими выкладками, моделированием на ЭВМ, а также многочисленными стендовыми испыта- ниями на ОАО «МПЗ Восход» и в ОКБ «Сухого», что отражено в соответствующих отзывах в приложении 2, а для аналогового варианта адаптивной системы управления и результатами летных испытаний на самолете СУ-30 МК. Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ в январе 1999, 2000, 2001 и 2002 гг., на IV конференции молодых ученых "Навигация и управление движением" в марте 2002 г., на V Международной конференции по мягким вычислениям и измерениям в июне 2002 г.
Полученные в работе научные результаты были связаны с участием автора в выполнении госбюджетной НИР "Новые типы исполнительных приводов летательных аппаратов" научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (Транспорт) - САУ-43, а также в госбюджетной НИР "Интеллектуально-адаптивные системы в авиационной и космической технике" - САУ-35, проводимых на кафедре САУ.
По тематике диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Электрогидравлический следящий привод в системе управления самолетом
В качестве исполнительных механизмов многочисленных органов управления современных самолетов наиболее часто применяются электрогидравлические следящие приводы (ЭГСП). Такое широкое распространение гидравлических приводов в области управления самолетами объясняется рядом их преимуществ по сравнению с другими типами приводов, например, электромеханическими.
Основные достоинства электрогидравлических приводов: 1. наибольшая величина отношения максимально развиваемого усилия к массе привода 2. малое отношение веса привода к его выходной мощности 3. высокое быстродействие привода 4. высокая механическая жесткость привода по отношению к нагрузке 5. малая масса и габариты 6. простота конструкции 7. высокая надежность привода. Перечисленные характеристики являются определяющими при выборе типа привода в системе управления самолетом и. электрогидравлические приводы (ЭГП) соответствуют им в большей степени. К настоящему времени сложилось несколько схем построения ЭГП, отличающихся в основном типами электрогидравлического усилителя и силовой части привода. Силовая часть современного привода содержит в качестве управ ляющего устройства, как правило, четырехщелевой золотниковый гидрораспределитель, а исполнительный механизм выполняют в виде гидромотора или гидроцилиндра. Электрогидравлические усилители в свою очередь могут различаться по следующим признакам: 1. по типу гидрораспределителя, управляемого электромеханиче ским преобразователем: - струйный гидрораспределитель - гидрораспределитель сопло-заслонка - золотниковый гидрораспределитель 2. по числу каскадов гидравлического усиления, в зависимости от требуемой мощности: - однокаскадные - двухкаскадные - трехкаскадные 3. по типу обратной связи: - ЭГУ с механической обратной связью - ЭГУ с электрической обратной связью - ЭГУ с комбинированной обратной связью 4. по типу управляющего сигнала - с непрерывным управляющим сигналом - с цифровым управляющим сигналом - с импульсным управляющим сигналом - с релейным управляющим сигналом. В современных самолетах преимущественно используются ЭГУ с электрической обратной связью, т.к. только в этом случае появляется возможность дальнейшего совершенствования характеристик привода при помощи электронных корректирующих устройств. Электронные средства позволяют реализовывать достаточно сложные и вместе с этим эффективные алгоритмы управления, благодаря которым, кроме всего прочего, можно значительно снизить влияние внешних (например, влияние температуры, нагрузки и т.д.) и внутренних (например, нелинейные характеристики некоторых элементов привода) возмущающих факторов на характеристики привода. Кроме этого благодаря исключению механических обратных связей упрощается конструкция гидропривода, что, в свою очередь, влечет за собой и уменьшение его массы и габаритов, это также приводит к определенной унификации элементов ЭГУ. Если же рассматривать ЭГСП с точки зрения механизма формирования управляющего воздействия, то в настоящее время преобладают следящие приводы с непрерывным и импульсным (широтно-импульсным) управлением. Однако современные темпы развития микропроцессорной техники наряду с постоянно повышающимися требованиями к техническим и эксплуатационным показателям привода вынуждают постепенно переключаться и на цифровое управление. Преимущества применения цифровой микропроцессорной техники (микроЭВМ) в электрогидравлических приводах ЛА: - снижение вычислительной нагрузки с бортовой ЭВМ за счет переноса значительной части вычислительного процесса на управляющие микроЭВМ гидроприводов - упрощение программного обеспечения бортовых ЭВМ - упрощение процесса отладки и тестирования отдельных узлов системы управления ЛА - возможность увеличения каждым микроЭВМ частоты формирования управляющего воздействия и, как следствие, улучшение частотных характеристик и увеличение быстродействия привода, а также снижение шумов квантования и т.д. - возможность эффективной компенсации нелинейных характеристик датчиков обратных связей, что позволяет ослабить технические требования к данным элементам привода - упрощение конструкции гидроприводов за счет исключения элементов гидромеханической логики, осуществляющей контроль и резервирование каналов управления, теперь данные функции возлагаются на микроЭВМ - простая возможность осуществления предполетного, послеполетного и текущего контроля состояния электрогидроприводов системы управления - повышение надежности системы управления ЛА.
Основные сведения для построения модели привода
Среди однокристальных микроэвм особого внимания заслуживают микроконтроллеры семейств С166 и С167 Siemens. Эти микро-ЭВМ выделяются из общего фона высоким быстродействием, а также наличием множества дополнительных функциональных возможностей.
Микроконтроллеры указанных семейств построены на базе RISC-архитектуры, что в значительной степени и определяет их высокие вычислительные показатели. Некоторые технические решения, используемые в микропроцессорах семейств С166 и С167 и повышающие их быстродействие: - 32-разрядная шина к внутренней памяти программ, обеспечивает считывание двухсловных команд из встроенного ПЗУ за один цикл обращения - две 16-разрядные шины к встроенному двухпортовому регистровому ОЗУ, позволяет одновременно производить запись и чтение данных - значительное число регистров общего назначения (до шестнадцати 16-разрядных регистров), которые могут использоваться для локальных переменных, параметров и результатов промежуточных вычислений, что позволяет держать все или почти все локальные и промежуточные переменные в быстродействующей памяти - любой регистровый банк может быть произвольно размещен во встроенном ОЗУ. - 4-х ступенчатый конвейер команд, за один машинный цикл на различных ступенях конвейера может выполняться до 4 команд одновременно, при этом большинство команд может выполняться за два машинных цикла синхронизации - оптимизированная обработка команд перехода и вызова Эффективное программирование микроконтроллеров С166 и С167 достигается благодаря мощной системе команд, поддерживающей вычисления над 8-, 16- и 32-разрядными операндами, операции умножения и деления, контроль границ стека, управление периферией через регистры специальных функций. Следует также отметить мощную систему адресации и поддержку программирования на языке высокого уровня.
Сравнительно недавно наметился новый подход к построению однокристальных микроЭВМ. Фирмой Atmel на базе новых достижений полупроводниковой микроэлектроники и современных возможностей программного обеспечения были разработаны микроконтроллеры AVR, основанные на новой RISC-архитектуре. Архитектура AVR, разработанная совместно с экспертами языка Си, позволяет аппаратным и программным средствам получать высокоэффективный код, т.е. микроЭВМ AVR поддерживают языки высоких уровней так же эффективно, как и оптимизированные программы на ассемблере.
AVR-архитектура включает блок из 32 регистров с быстрым доступом, двухступенчатый конвейер команд, благодаря чему за один машинный цикл осуществляются выполнение одной и выборка следующей команды, а также имеет разделенную память программ и память данных. Таким образом, микроконтроллеры AVR обеспечивают производительность, до десяти раз превышающую производительность стандартных CISC- микроконтроллеров.
Старшие модели микроконтроллеров могут осуществлять также функцию широтно-импульсной модуляции с использованием 16-разрядного таймера/ счетчика. На современных отечественных самолетах "СУ - " системы управления разрабатывались на базе аналогов однокристальных микроэвм Intel C196NT, а в настоящее время рассматриваются для этих целей аналоги сигнальных микроконтроллеров фирмы Motorola TMS320C30.
Приведенные сравнительные характеристики, были опубликованы фирмой Infineon и за базу сравнения соответственно взята производи тельность микропроцессоров семейств С167.
В среднем на основе диаграммы (рис. 1.4.1) можно говорить о примерно двукратном превышении быстродействия микропроцессоров семейств С166 и С167 Siemens быстродействий однокристальных микропроцессоров других семейств, при сопоставимой тактовой частоте их работы.
В общем случае при проектировании систем цифрового регулирования необходимо исходить не из принципа максимально возможных значений основных характеристик микроконтроллеров и наиболее полного состава встроенных периферийных устройств, а из реальных потребностей системы управления. Например, при управлении медленно протекающими процессами или при реализации простых законов регулирования можно ограничится микроконтроллерами с небольшой тактовой частотой. Многие микроЭВМ позволяют компенсировать ограниченность некоторых своих характеристик, например, подключением внешних ОЗУ, ПЗУ, АЦП, ЦАП, ШИМ и т.д. Кроме этого, разумный выбор управляющей микроЭВМ может позволить разработчику существенно сократить расходы на реализацию всей системы управления.
Алгоритмы и структуры адаптивных систем с сигнальными и параметрическими законами настройки
Электронная часть привода и модель ЛЭД представляются инерционными звеньями первого порядка с постоянными времени 7"кт и 7"лэд. Динамические характеристики гидроцилиндров описываются интегрирующими звеньями. Постоянная времени Тос - соответствует инерционности датчика обратной связи контура сервопривода, Гос = 0.5 мс. Динамическое запаздывание датчика обратной связи контура положения в модели не учитывается в связи с малостью его постоянной времени по отношению к основной динамике гидропривода. Действие силы трения и гидродинамических сил в первом каскаде гидроусиления учитываются при помощи нелинейной статической характеристики с зоной нечувствительности /слэд, параметры которой представлены на рис. 2.1.9. Параметры нелинейных расходных характеристик ЗГР соответствуют параметрам характеристик, рассмотренных в 2.1.4. Коэффициенты передачи /сп и кс - учитывают усиление электронной части ЭГП, вычисляются исходя из следующих данных: - коэффициент усиления усилителя внешнего контура привода: /сУПр = 5.94 В/В; - коэффициент усиления усилителя внутреннего контура привода: /СурМ = /(с = 2В/В; - коэффициент обратной связи по перемещению выходного звена привода: /СОСПР = 0.063 В/мм; - коэффициент обратной связи по перемещению штока сервопривода: /С0СРМ = 1 В/мм; ОСПР Моделирование ситуации отказа одного электронного резервированного канала управления производится при помощи уменьшения на 30% величины /сс. Здесь следует обратить внимание на то, что вследствие отсутствия физической возможности снятия переходных характеристик у реального ЭГСП из-за вероятности его разрушения при отработке сту-пенчатообразных задающих воздействий, то для анализа динамических свойств системы управления на ОАО «ПМЗ Восход» и ОКБ «Сухого» принята методика, основанная на получении частотных характеристик при помощи частотного анализатора как для всего привода, так и для его отдельных элементов, например для электронного тракта или контура сервопривода. Поскольку электрогидравлический привод вообще говоря является существенно нелинейным объектом, то для полного анализа такой системы управления получают семейство частотных характеристик при различных амплитудах задающего гармонического воздействия.
Для сохранения возможности сопоставления результатов моделирования с результатами, полученными экспериментальным путем, в данной работе также, наряду с переходными, будут рассматриваться и частотные характеристики. С этой целью автором была разработана прикладная программа в среде Matlab для анализа частотных свойств любых, в том числе и нелинейных, динамических систем. Листинг процедур, осуществляющих расчет частотных характеристик, приведен в приложении 1. Алгоритм работы данной программы основан на выделении амплитуды и фазы первой гармоники выходного сигнала моделируемой системы при помощи преобразования Фурье. На вход такой системы поступает гармонический сигнал заданной амплитуды и частоты. Программа позволяет на основании модели, заданной в Simulink, а также на основании информации о начальной и конечной частотах расчета, числе точек расчета, массиве амплитуд входного сигнала и некоторых других параметров, в едином цикле рассчитывать семейство частотных характеристик. Результаты работы про граммы выводятся на график либо сохраняются в файле, с возможностью их последующего просмотра.
Частотные и переходные характеристики полученной нелинейной модели ЭГСП с ЛЭД, отражающие его основные свойства при работе в области малых и средних задающих сигналов, а также при действии параметрических возмущений, вызванных уменьшением числа каналов резервированного управления, изменением температуры и давления нагнетания рабочей жидкости представлены на рис. 2.3.5-2.3.10. Условия, при которых были сняты данные характеристики указаны в таблице 2.3.1.
Построение адаптивной системы с ПИ - сигнальным алгоритмом настройки
Во второй главе была показана необходимость применения адаптивного управления для снижения влияний нелинейных и нестационарных возмущающих воздействий на основные показатели электрогидравлического следящего привода.
Для обоснованного выбора требуемых конкретных законов управления необходим анализ существующих методов построения адаптивных систем.
В [56] адаптивными названы системы, в которых недостаток априорной информации восполняется за счет более полного, по сравнению с неадаптивными системами, использования текущей информации. Такое определение позволяет рассматривать различные степени адаптивности, в связи с чем различают неадаптивные, ограниченно адаптивные системы и системы с высокоразвитой адаптацией [75]. К последнему типу могут быть отнесены, например, экстремальные системы и системы с моделями и параметрической адаптацией. Как ограниченно адаптивные могут рассматриваться, например, системы с эталонной моделью и сигнальной адаптацией [25, 60], а также такие типы систем, как системы с переменной структурой или с нелинейными корректирующими устройствами, которые могут быть названы системами, эквивалентными адаптивными [77]. Если диапазон параметрических или внешних возмущений достаточно узок, то в широком понимании адаптивной может быть и система с модальным регулятором, обеспечивающим значения степени устойчивости и колебательности не хуже некоторых заданных показателей.
Из всего многообразия законов адаптивного управления, обзор которых дан, например, [47, 75, 77, 78], нас будут интересовать лишь адаптивные законы (алгоритмы), наиболее пригодные для управления электромеханическими объектами. Цель управления электромеханическим объектом состоит в воспроизведении с требуемой динамической точностью заданного движения объекта, т.е. желаемого закона изменения во времени его состояния, определяемого входным задающим воздействием. Факторами, требующими применения адаптации, могут быть априорная неопределенность параметров или структуры объекта или их изменение в процессе эксплуатации, наличие неконтролируемых возмущений и другие. Из двух классов адаптивных систем - поисковых и беспоисковых [34, 55] - для электромеханических систем более пригодны беспоисковые системы, обеспечивающие более высокую скорость самонастройки. Среди беспоисковых различают [19] системы с контролем частотных характеристик, с контролем временных характеристик, с контролем параметров, с моделями.
В практических разработках адаптивных электромеханических систем наибольшее применение нашли последние два метода.
Другой аспект рассмотрения методов построения адаптивных систем с прямой и непрямой адаптацией [26, 78]. В случае непрямого адаптивного управления в процессе работы системы измеряются некоторые характеристики модели и системы (временные и частотные) и на основании анализа их рассогласования перестраиваются коэффициенты основного регулятора так, чтобы свести это рассогласование к допустимому значению. В системах непрямого адаптивного управления предварительно выполняется (в темпе реальных процессов) идентификация объекта, после чего информация о его параметрах используется для вычисления коэффициентов регулятора [56, 66].
Непрямой (идентификационный) получил систематическое развитие на основе использования настраиваемых моделей, идентифицирующих текущие параметры и оценивающих недоступные измерению переменные объекта. Прямое управление реализуется в системах путем использования эталонной модели, задающей желаемое движение объекта или его части. Как и в схеме с настраиваемой моделью, возможны варианты последовательного и параллельного включения эталонной модели по отношению к объекту.
Методы синтеза законов адаптивного управления с моделями разделяются на методы локальной адаптации [19, 39] (схемы первого приближения, градиентные методы, методы чувствительности и другие) и методы, использующие концепцию устойчивости (метод функций Ляпунова, метод гиперустойчивости) [19]. Методы локальной адаптации, наряду с достоинствами - простотой и реализуемостью -имеют существенный недостаток: их работоспособность гарантирована только при выполнении условий малости параметрических возмущений и их квазистационарности.
На основании этого краткого обзора методов построения адаптивных систем управления электромеханическими объектами можно сделать вывод о целесообразности применения структур адаптивных систем с эталонной и настраиваемой моделями и беспоискового типа адаптации с сигнальной настройкой. Из указанных структур и методов их синтеза к числу наиболее успешно зарекомендовавших себя в промышленных электромеханических системах относятся методы и структуры адаптивного управления, разработанные в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете под руководством Ю.А. Борцова и Н.Д. Поляхова [17-19, 42, 69]. Они использованы в настоящей работе при построении адаптивных систем управления ЭГСП.
Помимо указанных, в работе также будет рассмотрено еще два алгоритма адаптивного управления с сигнальной настройкой: модифицированный адаптивный алгоритм с ЭМ [10] и, разработанный на этой основе, модифицированный адаптивный алгоритм с НМ. В названиях приведенных алгоритмов определение "модифицированный" означает некоторое изменение в схеме их построения по отношению к аналогичным законам адаптивного управления введенных в [19].
Далее в работе с тем, чтобы название алгоритмов модифицированного адаптивного управления отражало суть отличий по сравнению с "обычными" сигнальными законами, будет использовано название "пропорционально-интегральный алгоритм адаптивного управления" или кратко "ПИ - алгоритм адаптивного управления".
