Волянський Роман Сергійович. Підвищення якісних показників процесів керування слідкуючими електроприводами систем автоматичного супроводження

Короткий опис

Волянський Роман Сергійович. Підвищення якісних показників процесів керування слідкуючими електроприводами систем автоматичного супроводження : Дис... канд. наук: 05.09.03 2005

Волянський Р.С. Підвищення якісних показників процесів керування слідкуючими електроприводами систем автоматичного супроводження.Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 Електротехнічні комплекси і системи.
Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2005.
Дисертацію присвячено розв’язанню науково-практичної задачі підвищення статичної та динамічної точності слідкуючих електроприводів станцій автоматичного супроводження за рахунок створення методології структурно-алгоритмічного синтезу систем розривного керування суттєво нелінійними електромеханічними об’єктами.
Мета роботи полягає у забезпеченні граничних динамічних і статичних показників якості процесів керування слідкуючими електроприводами з люфтами в кінематичних ланцюгах, що функціонують в умовах дії широкого спектра дестабілізуючих факторів.
Розглянуто структуру та принцип дії слідкуючих електроприводів станцій автоматичного супроводження та виконано аналіз відомих методів їх побудови. Показана необхідність врахування на етапі синтезу систем керування суттєвих нелінійностей, що входять до прямого канала керування. Розроблено метод структуктурно-алгоритмічного синтезу оптимальних за мінімумом інтегральних функціоналів якості систем керування нелінійними електромеханічними об’єктами. Ковзний режим в синтезованих алгоритмах керування слідкуючими електроприводами постійного та змінного струму з люфтом в кінематичному ланцюзі виникає на нелінійній гіперплощині ковзання. Впровадження синтезованих алгоритмів та структур дозволяє зменшити похибку автосупроводження на 3040%, збільшити швидкодію електромеханічної системи на 2030% та запобігти виникненню автоколивань при розмиканні та замиканні зазорів у редукторі.

У дисертації здійснено теоретичне узагальнення й розв’язання актуальної науково-технічної задачі підвищення якісних показників процесів керування СЕП постійного та змінного струму з люфтами в кінематичних ланцюгах і перехресними зв'язками між каналами перетворення електромагнітної енергії. Суть виконаних досліджень полягає в представленні рівнянь збуреного руху суттєво нелінійного електромеханічного об’єкта у вигляді диференціальних рівнянь зі змінними коефіцієнтами, які є функціями поточних координат збуреного руху, виборі та обґрунтуванні функціоналів якості, мінімізація яких шляхом аналітичного конструювання регуляторів дозволяє усунути автоколивальність істотно нелінійної системи керування, підвищити запас стійкості та швидкодію на 20-30%, зменшити похибку керування на 30-40% у порівнянні з відомими аналогами.
Найбільш суттєві наукові і прикладні результати, висновки і рекомендації полягають у наступному:

Асимптотично стійкі перехідні процеси в слідкуючих електромеханічних системах з розривними петльовими нелінійностями формуються за умови одночасного досягнення сталого нульового значення координатами збуреного руху на вході й виході нелінійної ланки.
Опис динаміки нелінійних електромеханічних об'єктів диференціальними рівняннями з коефіцієнтами, що є функціями змінних стану, дозволяє розв’язати задачу аналітичного конструювання регуляторів без використання процедур лінеаризації або регуляризації.
Врахування на етапі синтезу оптимальної системи керування динамічних властивостей істотних нелінійностей силової частини електропривода шляхом математичного опису їх динаміки диференціальними рівняннями з коефіцієнтами, що є функціями змінних стану, дозволяє усунути коливальність і значно підвищити показники якості керування слідкуючими електроприводами з люфтами й перехресними зв'язками в силовій частині шляхом формування нелінійної гіперплощини ковзання релейного регулятора.
Розроблений метод розв’язання задачі аналітичного конструювання регуляторів на відміну від відомих дозволяє синтезувати релейні регулятори з нелінійною гіперплощиною ковзання, які забезпечують для багатоканальних об'єктів керування компенсацію перехресних зв'язків між каналами керування.
Робота релейного регулятора на нелінійній гіперплощині ковзання надає системі керування астатичні властивості при відсутності інтегральних складових у законі керування без порушення умов стійкості й зниження якості перехідних процесів.
Знайдені залежності між коефіцієнтами рівнянь збуреного руху динамічних об'єктів з декількома нульовими полюсами та їх параметрами й координатами дозволяють трансформувати характеристичну матрицю до вигляду, який забезпечує суворе розв’язання задачі АКР без виконання ітераційних і регулярізаційних процедур. Синтезовані на цій основі спостерігачі старших похідних дозволяють здійснити технічну реалізацію алгоритмів оптимального керування у фазовому просторі відхилення основної регульованої змінної та її старших похідних.
Форсоване проходження зони нечутливості та підвищення запасу стійкості динамічних об'єктів з петльовими або розривними нелінійностями відбувається завдяки оберненню в нуль ряду коефіцієнтів алгоритмів оптимального розривного керування.
Аналіз значень змінних коефіцієнтів зворотних зв’язків довів їх кінцеве значення і, відповідно, можливість їхньої технічної реалізації. Впровадження розроблених алгоритмів оптимального керування не вимагає значних витрат внаслідок того, що вони можуть бути реалізовані на базі існуючих технічних засобів.
Результати математичного моделювання з використанням ЕОМ і експериментальних досліджень на стендовому устаткуванні та промисловому обладнанні підтвердили основні теоретичні положення, сформульовані в дисертації, і можливість підвищення якісних показників роботи СЕП з неідеальностями кінематичного ланцюга й перехресними зв'язками між каналами перетворення електромагнітної енергії.
Виконаний у дисертації комплекс досліджень знайшов практичне впровадження в електроприводах натискних пристроїв стану 400 НВО „Дніпрофмаш”, що дозволило підвищити швидкодію електропривода на 20% та його точність на 30% у порівнянні з існуючими системами.