Введение к работе
Актуальності, работы. Релейные автоматические системы часто используются во многих областях техники. Это вызвано простотой их изготовлений її настройки. В некоторых случаях релейное управление с автоколебательным режимом работы является единственно возможным способом управления техническим объектом.
Теория релейных систем развивается сравнительно давно: наиболее значительный вклад в нее внесли труды Б.Гамеля, Г.С.Поспелова, П.В.Бромберга и особенно Я.З.Цыпкпна. Анализ современной литературы п этой области показывает, что существенным пробелом в теории, сдерживающим более широкое применение релейных систем, является отсутстпно удобных на практике точных методов анализа и синтеза таких систем, у которых существенные нелинейности помимо релейного элемента содержит и сам объект управления. В этом случае такие популярные методы исследования релейных систем, как метод Цыпкина или метод гармонической линеаризации, неприемлемы. Таким образом, следует признать перспективность разработки общего метода синтеза релейных систем с нелинейным объектом управления.
В наибольшей степени указанный пробел восполняет метод (разового годографа (ФГ) релейных систем, который разрабатывается в Тульском государственном университете под руководством Н.В.Фалднна. ФГ является" специальной характеристикой релейной системы, которая характеризует колебательные свойства объекта' управления. В этом смысле метод фазового годографа весьма близок к методу Цыпкина и представляет собой обобщение и дальнейшее развитие последнего. В представленной работе метод фазового годографа развивается для систем с дпухпознционным релейным элементом и нечетно-симметричными нелииейностямн, которые имеют место в самых различных технических объектах.
Целью работы является развитие метода фазового годографа для релейных систем с нелинейными объектами управления и создание удобных для практики методов анализа и синтеза систем автоматического регулирования указанного класса.
Автор защищает:
1. Способы построения ФГ релейных систем с различными типами нелинейности в объекте управления. -
.2. Метод линеаризации релейных спетом с нелинейным объектом управления, функционирующих в автоколебательном режима.
3. Критерий оценки асимптотической устойчивости периодических" движений п релейных системах.
1. Алгоритмы синтеза релейных систем, продуеммгрнн.п'пцпо выбор структуры п нпрпмстроп корректирующих устройств.
5. Методику синтеза контура, управлешія автоколебательного поздушно-динамического рулевого привода.
Методи исследования. Для получения основных теоретических результатов были использованы методы пространства состояний, теории дифференциальных уравнений, методы линейной и нелинейной теории автоматического управления, математическое моделирование.
Нау-ШШЯ-ШДШШ работы заключается в распространешш теоретических положений и прикладных приемов метода ФГ на класс релейных систем со статическими нолпнейностями в объекте управления. Конкретно, п диссертации получены следующие оригинальные результаты:
1. Для объектов, состоящих из двух линейных частей, разделенных типовым нелинейным пшеном, получены специальные аналитические зависимости для построения ФГ. Для нелинейных звеньев более общего вида при данной структуре объекта предложен численно-аналитический кэ^д построения ФГ. Для кусочно-линейных объектов управления разработан итерационный способ построения ФГ, основанный на использовании уравнений а вариациях.
2; Введено понятие смещенных R-характеристик, вычисляемых с помощью модифицированного z-иреобразования для эквивалентной имнульсной системы, которые помогают как определять периодические движения в обычной релейной системе, так и распространить метод ФГ на связные релейные системы.
-
Разработан метод, позволяющий осуществить линеариза-.цию релейной системы, работающей в автоколебательном режиме, по медленна меняющемуся входному (полезному) сигналу. Разработаны специальные методики вычисления коэффициентов линеаризации для различных видов иелинейностей объекта. Для автоколебательных релейных систем предложен точный способ построешія характеристики смещения роле по постоянному сигналу. '.
-
Получен критерий асимптотической орбитальной устойчивости периодических движений в релейной системе с линейным объектом управления, который но форме аналогичен: критершо Найквиста.
-
С применением метода ФГ разработаны алгоритмы синтеза релейных систем с нелинейными объектами; на их основе создана методика синтеза контура управления релейного воздушно-динамического рулевого привода, учитывающая основные нелинейности устройств данного класса.
Прдішшекая-ішіщістіаідіс^^ В резуль-
тате пропеленньгх исследований я диссертации фактически разработан метод синтеза холенных систем управления объектами, содер-
жащими нелинейности, что открывает дополнительные возможности для улучшения качества систем автоматического регулирования. Практическое использование результатов диссертации осуществлялось в НИР по теме 11305, проводимой совместно с КБ приборостроения (г.Тула) с участием автора.
Важным результатом диссертационной работы является создание доведенной до практических, инженерных рекомендаций методики синтеза. контура управления релейного воздушно-динамического рулевого привода. Данная методика применяется и КБ приборостроения при выборе вариантов корректирующих устройств исполнительных приводов. Результаты диссертации используются также в учебном процессе кафедры "Системы автоматического управления" Тульского государственного университета: в программе подготовки магистров и в дипломном проектировании. Практическое использование результатов диссертации подтверждено соответствующими актами, приведенными в приложении. Диссертационная работа выполнена в рамках исследований по гранту министерства общего и профессионального образовашш РФ в области теории автоматического управления по теме "Релейные системы с нелинейными объектами управлення".
Достоверность результатов. Сформулированные в диссертации научные положения обоснованы строгими математическими выводами и доказательствами. Результаты, полученные на основе тех или иных упрощений (например, линеаризация релейных систем], хотя и являются нестрогими, однако широко используются в современной теории управления, и достоверность их подтверждается богатым опытом практического использования.
Достоверность исследований, выполненных при синтезе газового рулевого привода, подтверждается численным моделированием динамики синтезированного привода в различных режимах работы
Апробация работы и публикации. Основные положения, и результаты диссертационной работы докладывались н обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета, Межгосударственной конференции "Нелинейные колебания механических систем" (Н.Новгород, ННГУ, !996 г.) и изложены в 6 пе-чатіїьіх работах.
. Структура и объем работы. Диссертация изложена на 173 страницах текста и включает в себя введение, четыре раздела с выводами, заключение,'список литературы из 06 наименований и приложения. В тексте диссертации приведены 7 таблиц и 25 рисунков.
