Введение к работе
Актуальность тоны. Современный газотурбинный двигатель (ГТД) является сложной нелинейной системой, характеристики которой имеют значительный разброс. Удовлетворение предъявляемым на современном этапе требованиям к надежности и качеству регулирования ГТД возможно лишь на пути расширения Функциональных возможностей средств управления, в частности, наделения их способностью быстрой адаптации к изменению характеристик объекта и внешних условий. Для успешного решения данной задачи необходимо создание принципиально новой базы проектирования и испытаний, связанной с концепцией АСНИ.
Качество математических моделей, используемых в рамках АСНИ, в значительной степени определяет качество управления и возможность применения математического аппарата синтеза САУ.а также средств проектирования в целом.
Анализ работ ведущих отечественных НИИ и КБ, таких как . ЦИАМ г.Москва. "ЭГА" г.Москва, УАИ г.УФа. УАПКО г.Уфа, ПАКЕ г.Пермь и др, и зарубежных Фирм: Hamilton Standart, Lucas, General Electric, ELECMA, Dowty и др.,показал, что в развитии такого направления как адаптивное управление установками рассматриваемого класса оказался вне поля зрения целый ряд методов построения.эффективных моделей и последующего их много-Функционального применения. В частности без должного внимания остался идентификационный подход, связанный с применением моделей с разделением влияния Факторов в конкретных условивиях Функционирования, позволяющих решить задачу парадокса размерности модели. Поэтому важной является проблема создания линеаризованных регрессионных математических моделей влияния возмущений на выходные характеристики объекта, решаемая в данной работе. Ценность таких моделей обусловлена необходимостью их использования при выработке методологии оптимального синтеза, а также диагностике адаптивных свойств разрабатываемых в концепции АСНИ средств управления.
В настоящее время существует широкий спектр подходов к решению задачи адаптивного управления ГТД. Отдельно следует отметить разработку ЦИАМ совместно с МНИИПУ, направленную на создание помехоустойчивого пропорциально-интегрального-диФФе-
ренциального Фильтра, на основе бинарных алгоритмов управления, разработанных академиком С.В.Емельяновым. Все существующие методы позволяют в той или иной степени решить проблему адаптивного управления ГТД в условиях действия помех. Однако, в предложенных подходах желаемые динамические и адаптационные свойства достигаются либо введением сложной, разветвленной логической части. что снижает надежность и возможность практического применения, либо значительным усложнением алгоритмов управления, что увеличивает обьем используемых вычислительных мощностей и усложняет процедуру синтеза.
Использование предлагаемых в данной работе адаптивных алгоритмов управления в системах с мультипликативными связями позволяет увеличивать динамическую точность управления объектами, характеризующимися малым объемом априорной информации, и исключает необходимость в текущей идентификации параметров моделей объектов, что в значительной степени упрощает структуру САУ и процесс проектирования в целом.
Таким образом, актуальность задачи определяется необходимостью повышения надежности и динамической точности цифрового управления ГТД в условиях действия слабых и сильных возмущений, в том числе деградации систем вследствие отказов, что в настоящее время становится невозможным без использования методов математического моделирования на этапах синтеза, анализа и доводки.
Чр.ль и основные плцдчи работы. Целью данной работы является разработка математических моделей подсистем ГТД в условиях действия возмущений для обеспечения АСНИ средств управления, компенсирующих действие данных возмущений и позволяющих оптимиэировть характеристики динамических процессов в ГТД путем совершенствования законов и логики управления.
Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи:
получение и обработка статистической информации с целью выявления закономерностей влияния возмущений на выходные характеристики объектов класса ИМ ГТД.
получение регрессионных линеаризованных математических моделей действия возмущений на выходные характеристики обьок-
тов класса ИМ ГТД с использованием методов аппроксимации полиномами Чебышева.
- разработка математической модели скользящего режима и мето
дов парирования возмущений для объектов класса ИМ ГТД,
- оптимизация характеристик объектов класса ИМ ГТД адекватно улучшенному интегральному критерию качества,
исследование методом математического моделирования основных параметров возмущенного движения объекта класса ИМ ГТД, интерпретированного в виде построенных математических моделей,
разработка набора прикладных программ для обеспечения АСНИ средств управления объектами класса ИМ ГТД.
Методи исс.пріпоияни.я Поставленные а работе задачи решены с помощью статистических методов исследования, методов математической аппроксимации, теории автоматического управления, статистических методов оптимизации, методов математического моделирования с применением вычислительных средств.
На. защиту выносятся следующие основные положения:
-
Результаты моделирования влияния возмущений на выходные характеристики объектов класса ИМ ГТД с использованием статистических, методов.
-
Математические модели действия возмущений на выходные характеристики объектов класса ИМ ГТД в виде полиномов Чебышева.
-
Методика оптимального синтеза адаптивного алгоритма управления ГТД с эталонной моделью выходных характеристик объектов класса ИМ ГТД на базе самонастраивающейся САУ.
-
Разработка математической модели скользящего режима для парирования возмущений на базе бинарных алгоритмов управления объектами класса ИМ ГТД с мультипликативными коор-динатно-операторными (КООС) связями.
-
Алгоритмы оптимизации параметров средств управления объектами класса ИМ ГТД на основе метода Монте-Карло.
-
Результаты математического моделирования характеристик разработанных контуров управления в условиях действия возмущений.
Научная нпиият работы представлена результатами: 1. Созданы математические модели влияния возмущений на выходные характеристики объектов управления класса ИМ ГТД.
2. Предложена методика оценки возмущений по принципу
экоивалентирования производных скоростных характеристик
объектов управления класса ИМ ГТД.
-
Разработана методика оптимального синтеза адаптивного алгоритма управления с эталонной моделью, парирующего возмущения на основе оценки градиента скоростной характеристики обьектов управления класса ИМ ГТД.
-
Разработана методика создания математической модели скользящего режима для парирования возмущений на базе бинарных алгоритмов с мультипликативными КООС для обьектов класса ИМ ГТД.
-
Разработаны алгоритмы оптимизации параметров средств управления объектами класса ИМ ГТД на основе статистического метода Монте-Карло.
-
Предложена методика управления процессом оптимизации характеристик объекта управления в условиях действиея сил трения частотой среза САУ.
-
Методами математического моделирования проведены экспериментальные исследования, подтверждающие основные теоретические положения работы и работоспособность предложенных алгоритмов в условиях действия помех и отказов.
-
На основании сравнительного анализа обоснована предпочтительность бинарных алгоритмов в условиях действия возмущений .
Практическая пр.нность состоит в следующем:
-
Разработанные программные модули для выявления влияния возмущений на вид выходных характеристик объектов класса ИМ ГТД могут быть использован при решени задачи диагностики агрегатов в процессе проектирования и эксплуатации.
-
Полученные на основании статистической обработки и аппроксимации результатов модельного эксперимента математические модели влияния возмущений на вид выходных характеристик обьектов класса ИМ ГТД могут рассматриваться как база для решения задачи АСНИ средств управления, парирующих действие данных возмущений.
-
Разработанный пакет прикладных программ оптимального синтеза с использованием методов глобального случайного по-
иска в значительной степени упрощает процесс выбора параметров разрабатываемых контуров управления.
-
Разработанный на основе самонастраивающейся САУ адаптивный цифровий алгоритм с эталонной моделью, парирующий возмущения по принципу оценки градиента скоростной характеристики, обеспечивает повышение динамической точности в среднем в 1.2 раза и быстродействия в 1,2-3.3 раза в условиях действия возмущений по сравнению с базовой ПИ-САУ.
-
Разработанный на базе математической модели скользящего режима цифровой бинарный алгоритм с мултипликативными КООС обеспечивает повышение динамической точности в среднем в 1,5 раза и быстродействия в 1,5-3.5 раза в условиях действия возмущений по сравнению с базовой ПИ-САУ.
-
Выявленные в результате модельного эксперимента закономерности влияния параметров бинарного контура управления на вид математической модели скользящего режима позволяют упростить разработку средств управления.
-
Предложенный в рамках процедуры оптимизации подход к. решению проблемы парирования действия сил трения позволяет изменить процедуру синтеза САУ.
Внедрение результатов. Результаты проведенных исследований по решению задачи разработки математической модели адаптивной цифровой САУ. парирующей действие возмущений, были применены при выполнении научно-исследовательских работ, проводимых НПП завод им. Климова (г. Санкт-Петербург).
дпрпбя.пия работ» Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на кафедрах " Микропоцессорные средства автоматизации" (г. Пермь, 1992г.)," Теоретические основы электротехники "(г. Пермь. 1990г.), на секциях НТС ПАКБ (г.Пермь,1989г.).
Публикации. Основное содержание работы отражено в 5 печатных работах, в том числе в 1 авторском свидетельстве на изобретение, 1 статье в журнале " Авиационная промышленность " и трех депонированных статьях в ИНФОРМПРИБОР.
Структура, и обтаем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы состовляет 223 страницы, основной текст
состоит из 181 машинописных страниц, содержащих в себе 79 рисунков. Список литературы насчитывает 52 наименования.
