книги / Системы управления электроприводом

Рис. А.2. Открытие файла

Кнопка «Сохранить» (рис. А.3) выводит на экран стандартное диалоговое окно сохранения файла на диске.

Рис. А.3. Сохранение файла

Кнопка «Использовать результаты последнего входа в программу АНАЛИЗ» предназначена для ввода данных из процедуры «Анализ».

Кнопка «Новый расчет» используется непосредственно для запуска процедуры синтеза. Программа просит пользователя последовательно ввести необходимые для синтеза данные. Приме-

74

чательно, что программа оптимизирована на наиболее удобный для пользователя ввод матриц. Матрицы при вводе представляются в естественном виде (рис. А.4).

Рис. А.4. Ввод матрицы

Текущий элемент матрицы выделяется желтым цветом. Он также показывается в левом верхнем углу крупным шрифтом, например А[1, 1] = 0. Для перехода к другому элементу матрицы необходимо нажать клавишу «Enter», что наиболее удобно, либо клавишу «Tab». Для окончания ввода матрицы необходимо нажать кнопку «ОК». Если вы отказались от ввода матрицы, нажмите клавишу «Cancel». При этом все изменения, внесенные в матрицу, не будут сохранены, и программа прекратит дальнейшийрасчет.

Рассчитанные в результате работы программы матрицы выводятся на экран в нормальном виде (рис. А.5). При этом значения элементов матрицы выводятся не в экспоненциальном, а в наиболее привычном для человеческого глаза десятичном формате. Количество значащих цифр ограничено четырьмя. Незначащие нули не выводятся. Если значение какого-либо элемента матрицы не видно полностью, необходимо выбрать его «мышью» и просмотреть содержимое, используя клавиши управления курсором. При нажатии на кнопку «ОК» окно вывода матрицы закроется, выполнение программы продолжится.

Кнопка «Анализ синтезированной САУ» позволяет перейти к соответствующей процедуре. При этом размерности матриц, время Т0, сами матрицы А, В, С, А0, В0, С0, D0 передаются из

75

процедуры «Синтез» в процедуру «Анализ». На экран сразу выдается расширенная матрица состояния D объекта управления (рис. А.6), и запускается процедура «Анализ».

Рис. А.5. Вывод матрицы

Рис. А.6. Расширенная матрица состояния D объекта управления

Кнопка «О программе» выводит на экран информационное окно, в котором сообщается назначение программы, авторы, версия и год создания.

Теперь перейдем к описанию управляющих кнопок панели «Анализ» (рис. А.7).

Рис. А.7. Панель управления «Анализ»

76

Кнопка «Открыть» выводит на экран стандартное диалоговое окно открытия сохраненного на диске файла и считывает данные предыдущего этапа синтеза системы (см. рис. А.2).

Кнопка «Сохранить» выводит на экран стандартное диалоговое окно сохранения на диске файла и записывает в него данные синтеза (см. рис. А.3).

Кнопка «Использовать результаты последнего входа в программу СИНТЕЗ» предназначена для ввода данных из процедуры «Синтез».

Кнопка «Новый расчет» используется непосредственно для запуска процедуры анализа. Программа просит пользователя последовательно ввести необходимые для анализа данные. Ввод и отображение введенных матриц представлены на рис. А.4, А.5.

Назначение кнопок «Новые параметры объекта управления», «Новые параметры устройства управления», «Новые задающие воздействия САУ», «Новые возмущающие воздействия САУ» понятно из их названия. Механизм ввода аналогичен рассмотренному ранее.

Кнопка «Расчет переходных процессов в САУ» используется для запуска расчета. При этом программа попросит ввести необходимые дляпостроениятаблицы играфиковданные(рис. А.8).

Рис. А.8. Ввод данных для расчета переходного процесса

77

Значения, приведенные на рис. А.8, могут не соответствовать требованиям конкретной задачи и, скорее всего, потребуют коррекции. Например, для быстродействующих САУ интервал печати (расчета) надо уменьшить до величины 0,0001 с, а время расчета задатьв зависимостиотреального времени переходного процесса.

Рис. А.9. Результаты расчета переходных процессов в САУ

Полученные в результате расчета данные выводятся в виде таблицы и графиков в соответствии с формой визуализации, представленной на рис. А.9.

78

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Последовательность работы с компьютерной программой «Исследование САУ»

(обязательное)

Программный продукт «Исследование САУ» позволяет последовательно выполнить две процедуры исследования финитных САУ: синтез с использованием методики синтеза, изложенной в описании работы № 9, и анализ синтезированной САУ при типовых ступенчатых аддитивных задающих и возмущающих воздействиях.

1. Синтез САУ

Проводится с применением компьютерной программы «Исследование САУ» при нажатии указателем мыши вкладки «Синтез» и кнопки «Новый расчет». Результатом синтеза являются искомые матрицы цифрового регулятора состояния, параметры (коэффициенты) которого требуется выписать или скопировать и отразить в пояснительной записке.

Порядок n ОУ определяется порядком модели ЭМОУ (от двух до трех в зависимости от заданной структуры, см. рис. 2.12). Размерности векторов управления и возмущения для всех вариантов следует принять равными единице, поскольку рассматриваются одномерные (скалярные) ЭМСУ с одним доминирующим возмущающим воздействием в виде момента нагрузки на валу электропривода. Дискретность управления Т0 (значение периода дискретного управления) СУЭП берется из последнего столбца таблицы параметров для заданного варианта (см. табл. 2.1).

1.1. Синтез свободного движения

После ввода численных параметров матриц А (состояния), B (управления) и C (возмущения) последует вывод на экран

79

промежуточных результатов расчетов и требования ввода дополнительных данных. Ниже даны конкретные рекомендации в этой части.

Значения компонент вектора строки W (от двух до трех компонент) в зависимости от порядка n ЭМОУ можно принять произвольными. Однако с учетом ограничения разрядной сетки имитируемого контроллера (32 разряда) и напряжения управления (10 В) целесообразно задаться достаточно малыми значениями компонент этого вектора в пределах (0,001…0,01) В.

Большинством промежуточных результатов расчета можно пренебречь. Однако при появлении строки «Искомая матрица…» необходимо зафиксировать полученные результаты синтеза свободного движения. Эта матрица-строка содержит от двух до трех, как правило, отрицательных коэффициентов.

1.2.Синтез вынужденного движения

Врежиме диалога при запросе компьютера необходимо указать, какая координата САУ является выходной. Поскольку в векторе состояния выходную координату рекомендовано выбрать первой, необходимо указать «X1».

При появлении сообщения «Введите невырожденную матрицу Z» необходимо ввести девять произвольных чисел, гарантирующих полный ранг этой матрицы. Например, числа: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10. Можно просто в диагонали матрицы ввести 1, а остальные элементы матрицы задать нулевыми.

При появлении строки «Искомая матрица связей …» необходимо зафиксировать полученные результаты синтеза вынужденного движения. Эта матрица-строка должна содержать три, как правило, положительных коэффициента.

Для экспорта результатов синтеза в программу «Анализ» необходимо надавить загоревшуюся после окончания синтеза зеленую кнопку «Анализ синтезированной САУ» на вкладке

80

«Синтез». Это избавит от необходимости заново вводить коэффициенты матрицы управления на стадии анализа синтезированной САУ.

2. Анализ САУ

После проведения синтеза СУЭП и нажатия кнопки зеленого цвета на вкладке «Синтез», как уже отмечалось, все данные из программы «Синтез» экспортируются в программу «Анализ». Убедитесь в этом в процессе анализа индицируемых в интерактивном режиме сообщений.

При запросе «Введите вектор Umax…» введите максимально допустимое значение управления САУ, равное 10 (В), общепринятое для аналоговых эквивалентов максимального двоичного сигнала в процессе цифроаналогового преобразования в дискрет- но-непрерывных САУ.

В качестве тестовых воздействий на САУ используются типовые аддитивные воздействия типа «ступенька» (опционально это линейно изменяющийся во времени сигнал). Число опытов и тип аддитивных воздействий задаются преподавателем.

Как правило, студентам предлагается исследовать типовые реакции на ступенчатые тестовые воздействия при нулевых начальных условиях, т.е. нулевых компонентах вектора X(0). Для этого надо ввести нулевые значения этого вектора при запросе программы о вводе этого вектора (во всех опытах).

Обычно преподавателем предлагается для каждой из заданных структур ЭМОУ провести четыре опыта: три опыта для режима малых отклонений координат ЭМОУ (ступенчатого воздействия « в малом»), т.е. при работе САУ в линейной зоне изменения всех переменных, и один опыт для режима больших отклонений координат ЭМОУ (ступенчатого воздействия «в большом»), т.е. при работе САУ в нелинейной области (при ограничениях, как минимум, координаты управления объектом).

81

3.Рекомендации по выбору значений (уровней) тестовых сигналов и параметров расчета для четырех опытов

3.1. Ступенчатое задание «в малом»

Значение сигнала может быть ориентировочно вычислено по

связи по выходной координате скорости ЭМОУ. Заметим, что начальное Rнач(0) и установившееся Rуст(0) значения задающего воздействия необходимо принять одинаковыми. Производную ступенчатого задающего воздействия dR/dt(0) и возмущение F(0) (нагрузку на валу привода) вэтомопыте надо принять нулевыми.

Критерий выбора значения: если ступенчатое задание выбрано верно, то число тактов апериодического управления выходной координатой равно порядку n ЭМОУ, а дискретное управление не достигает максимального значения 10 В ни на одном такте управления.

Шаг расчета (интервал вывода графиков) рекомендуется во всех опытах принять в диапазоне 0,0001…0,0005 с.

Параметр времени расчета переходных процессов в каждом опыте подбирается индивидуально, однако для режимов малых отклонений переменных (первых 3 опытов) его можно принять равным (n+1)·T0, где n – порядок ЭМОУ.

3.2. Ступень задания нагрузки на валу двигателя

Величина ступенчатого воздействия нагрузки принимается не больше номинального значения, т.е. F(0) = ic ≤ Iя.н, при котором САУ будет принадлежать линейной модели.

Все задающие координаты (Rнач, Rуст, dR/dt) принять нулевыми.

Критерий верного выбора значения, шаг расчета и параметр времени расчета указаны в п. 3.1.

82

3.3.Реакция ЭМСУ на одновременное изменение задающего и возмущающего воздействий

Эта реакция соответствует суперпозиции реакций ЭМСУ в опытах 3.1 и 3.2, т.е. задающие воздействия САУ необходимо взять из опыта 3.1, а возмущающее – из опыта 3.2.

Критерий верного выбора значения, шаг расчета и параметр времени расчета указаны в п. 3.1.

3.4. Ступенчатое задание «в большом»

Его значение задается из условия работы САУ в режиме насыщения хотя бы одной координаты (в нелинейной зоне работы), например координаты управления на уровне 10 В. При этом, как и в опыте 3.1, необходимо принять Rнач Rуст.

Критерий выбора величины: если ступенчатое задание выбрано верно, то число тактов управления выходной координатой больше порядка ЭМОУ, а дискретное управление достигает максимального значения 10 В хотя бы на одном из тактов управления. При этом время расчета определяется временем переходного процесса и подбирается индивидуально.

В общем случае студентам может быть предложено исследовать реакцию САУ на линейное задающее воздействие (с применением задатчика интенсивности первого рода). Для оценки реакции САУ на линейное задающее воздействие необходимо за-

дать: Rнач(0) = 0, Rуст(0) 0 и dR/dt 0, например dR/dt = 10 (1/с2);

величина воздействия задается преподавателем или выбирается самостоятельно исходя из реальных возможностей и требуемых ограничений фазовых переменных электропривода.

83