Бакалаврская работа тема работы Нечеткое псевдолинейное корректирующее устройство систем автоматического управления удк 681. 515 СтудентГруппа
 Скачать 2.03 Mb.
|
|
псевдолинейным корректирующим устройством с запоминанием экстремума ............................................................................................................ 35 5.2 Система автоматического регулирования псевдолинейного корректирующего устройства с запоминанием экстремума ...................... 38 5.3 Сравнение корректирующего устройства с запоминанием экстремума и корректирующего устройства с фазовым опережением. .. 40 5.4 САР с нечетким псевдолинейным корректирующим устройством с запомнанием экстремума ................................................................................ 42 13 5.5 Сравнение нечеткого корректирующего устройства и корректирующего устройства со статическим коэффициентом ............... 44 6 Программная реализация регуляторов в среде Isagraf для промышленного контроллера КРОСС ........................................................... Назначение, состав и технические характеристики контроллера КРОСС ................................................................................................................... 46 6.1.1 Назначение и область применения контроллера ............................. 46 6.1.2 Основные возможности контроллера ................................................. 46 6.1.3 Модули котроллера ................................................................................. Программный пакет Isagraf ............................................................... 48 6.2.1 Описание программного пакета. 49 6.2.2 Языки программирования, реализованные в ISaGRAF ................. 49 6.2.3 Основные возможности ISaGRAF .................................................. 49 6.3 Программа для системы автоматического регулирования с псевдолинейным корректирующем устройством. ....................................... 50 6.4 Отладка и проверка работоспособности программ ....................... 52 6.4.1 Описание лабораторного стенда, используемого для программирования и проверки работоспособности программ .............. Результат проверки работы. ................................................................. 53 7 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ................................................................................................................................. 54 7.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения .............................................................................................. 54 7.1.1 SWOT – анализ. 54 7.2. Определение возможных альтернатив проведения научных исследований ........................................................................................................ 55 7.3 Планирование научно-исследовательских работ ........................... 56 7.3.1 Структура работ в рамках научного исследования ......................... 56 7.3.2 Определение трудоемкости выполнения работ ................................ 57 7.4 Бюджет научно-технического исследования ................................... 58 7.4.1 Расчет материальных затрат ................................................................ 59 14 7.4.2 Расчеты затратна специальное оборудование для научных работ Расчет основной заработной платы исполнителей системы .......... 59 7.4.4 Расчет затрат по дополнительной заработной плате ...................... 60 7.4.5 Расчет отчислений во внебюджетные фонды .................................... 61 7.4.6 Расчет накладных расходов .................................................................. 62 7.4.7 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта ............................................................................................................... 62 4.5 Определение ресурсной (ресурсосберегающей, финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования ................................................................................................................................. 63 5. Социальная ответственность ....................................................................... Введение ................................................................................................................ 67 5.1. Производственная безопасность ....................................................... 67 5.1.1. Повышенное Электромагнитное излучение ..................................... 67 5.1.2 Повышенные показатели микроклимата .......................................... 68 5.1.3 Недостаточность освещенности рабочей зоны .................................. 69 5.1.4 Повышенный уровень шума ................................................................. 70 5.1.5 Психофизические факторы ................................................................... 71 5.1.6 Электробезопасность ............................................................................. 72 5.2. Экологическая безопасность ............................................................ 72 5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ....................................... 73 5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности. ........................................................................................................ 74 5.4.1 Организационные мероприятия обеспечения безопасности рабочей зоны ..................................................................................................... Заключение ........................................................................................................... 76 CONCLUSION ...................................................................................................... Список публикаций ............................................................................................ Список использованных источников ............................................................. Приложения ................................................................................................ 82 15 ВВЕДЕНИЕ Широкая распространенность систем автоматического регулирования во всех сферах жизнедеятельности человека требует их постоянного усовершенствования. В связи с этим с каждым годом в области инженерии происходят новые и новые перевороты, так как специалисты пытаются все вокруг автоматизировать, чтобы облегчить работу человеку. Однако значительное количество ОУ обладает нестационарными дрейфующими) во времени параметрами. В связи с этим регулятор с первичной настройкой не может обеспечить достижение цели управления в процессе всего функционирования ОУ. Таким образом присутствует необходимость постоянно или периодически подстраивать параметры ПИД- регулятора под изменяющиеся параметры ОУ так, чтобы выполнялась цель управления [1]. Решение этой проблемы достигается с помощью внедрения в систему псевдолинейных корректирующих устройств таких как - КУ с фазовым опережением - КУ с амплитудным подавлением Двухканальное КУ (объединение свойств двух вышеперечисленных КУ - КУ с запоминанием экстремума. В тоже время известна эффективность этих корректирующих устройств (КУ) [2, 3, 4, 5, 6]. Они позволяют изменять характеристики САР в соответствии с предъявляемыми требованиями, такими как получение необходимого запаса устойчивости, улучшение качества переходных процессов, повышение точности системы, оптимизация по определенному критерию. Из этого следует, что имеется возможность применения данных устройств в качестве адаптивных. В настоящее время широкое распространение получили системы управления с нечеткой логикой. Нечеткое управление основано на практическом применении знаний экспертов наладчиков САР, представленных в виде лингвистических переменных . 16 В данной работе исследована работа нечеткого псевдолинейного корректирующего устройства, параметры которого подстраиваются в соответствии с изменением свойств объекта управления. 17 1 Анализ корректирующих устройств систем автоматического регулирования Под улучшением качества процесса регулирования, помимо повышения точности в типовых режимах, понимается изменение динамических свойств системы регулирования с целью получения необходимого запаса устойчивости и быстродействия. В этой проблеме основное значение имеет обеспечение запаса устойчивости. Поэтому для поддержания требуемой точности регулирования, изменяют параметры системы (коэффициенты усиления и постоянные времени) так, чтобы удовлетворять требованиям качества регулирования. Повышения запаса устойчивости системы, может осуществляется при помощи корректирующих средств. К средствам коррекции относят, в частности, и корректирующие звенья с определенными передаточными функциями. Внесение в систему такого дополнительного элемента, который определенным образом будет корректировать свойства исходной автоматической системы. Если этот элемент достаточно сложен, то он называется корректирующим устройством. 18 По способу включения в систему, корректирующие устройства делятся на последовательные (рисунок а, параллельные (рисунок в, встречно-параллельные (рисунок б) [2]. Рисунок 1 – Способы включения КУ в систему управления Звенья параллельного типа удобно применять в тех случаях, когда необходимо осуществлять сложный закон регулирования с введением интегралов и производных от сигнала ошибки. В настоящее время применяются линейные корректирующие устройства (ЛКУ), нелинейные корректирующие устройства и псевдолинейные корректирующие устройства (ПКУ) [2, 7, 8]. 1.1 Линейные корректирующие устройства В системах автоматического управления широко используются линейные корректирующие устройства, преимуществом которых являются простота и эффективность в реализации , но имеют ограниченные возможности в получении высоких показателей качества и точности процессов управления. Линейные корректирующие устройства широко используются в различных системах автоматического регулирования (САР). 19 В процессе синтеза ЛКУ могут применяться два основных подхода. В первом случае, используются корректирующие устройства определенного типа, в зависимости от цели использования. Примеры данных устройств приведены ниже интегрирующее звено первого порядка, используется для повышения точности управления, за счет повышения степени астатизма пропорционально-дифференцирующее звено первого порядка, используется для повышении запасов устойчивости интегро-дифференцирующее звено, также используется для повышения запасов устойчивости апериодическое звено, применяется для фильтрации высокочастотных помех. Во втором подходе, синтез ЛКУ основан на использовании желаемых логарифмических частотных характеристик, по которым имеется возможность определять частотные характеристики параллельных или последующих корректирующих устройств. Ввиду недостатков ЛКУ в системах управления в настоящее время широко применяются нелинейные КУ. 1.2. Нелинейные корректирующие устройства Линейные корректирующие устройства имеют ряд достоинств и широко применяются для улучшения динамических свойств как линейных, таки нелинейных автоматических систем. Вместе стем линейным корректирующим устройствам присуще и недостатки. К ним, в частности, следует отнести и жесткую зависимость между амплитудными фазовыми частотными характеристиками. Рассмотрим несколько разновидностей нелинейных корректирующих устройств, приведенных в [9]. 20 1. Четырехполюсники последовательного и параллельного действия. В эту группу входят нелинейные КУ, псевдолинейные КУ и комбинированные псевдолинейными называются устройства, у которых частотные характеристики не зависят от амплитуды входного сигнала и зависят только от частоты. Они могут быть реализованы в виде двух, трех- и многоканальных четырехполюсников нелинейные КУ создаются путем включения впрямую цепь САУ, либо в обратную связь. Частотные характеристики зависят и от частоты входного гармонического сигнала, и от амплитуды - комбинированные корректирующие устройства состоят из нелинейных и из псевдолинейных корректирующих устройств. Схемы включения НКУ в систему управления представлены на рисунке 2. Схема а соответствует последовательному включению нелинейного четырехполюсника (выделен на рисунке штриховыми линиями) в систему управления схемы б ив схемы параллельного включения нелинейных четырехполюсников. Рисунок 2 – Схемы включения НКУ 21 2. Нелинейные корректирующие устройства, использующие элементы неизменяемой части САУ, применяются в самонастраивающихся САУ или в системах с перестройкой структуры. 1.3. Псевдолинейные корректирующие устройства Среди нелинейных корректирующих устройств можно выделить класс таких устройств, эквивалентные амплитудно-фазовые характеристики которых не зависят от амплитуды входного сигнала и являются только функциями частоты. У этих устройств отсутствует жесткая связь между амплитудной и фазовой характеристиками, как это имеет место у линейных корректирующих устройств. На этом основании нелинейные корректирующие устройства данного класса можно рассматривать как псевдолинейные [10]. Возможность формирования амплитудной и фазовой характеристик псевдолинейных корректирующих устройств независимо друг от друга открывает широкие возможности изменения частотных характеристик САУ в желаемом направлении. Также эта особенность используется при построении схем псевдолинейных корректирующих устройств (ПКУ). ПКУ могут быть реализованы в виде двухканальных, трехканальных нелинейных фильтров, в которых каналы для амплитуды и фазы выполнены отдельно. В данных корректирующих устройствах, выходной сигнал формируется в виде произведения сигналов со всех каналах. В системах автоматического управления наибольшее распространение имеют следующие виды псевдолинейных корректирующих устройств корректирующее устройство с амплитудным подавлением корректирующее устройство с фазовым опережением корректирующее устройство с раздельными каналами для фазы и амплитуды. Рассмотрим каждое из устройств подробнее. 22 1.3.1 Корректирующие устройства с амплитудным подавлением ПКУ с амплитудным подавлением представляет собой комбинацию последовательно соединенных блоков низкочастотного фильтра, арифметических блоков умножения, модуля, взятие функции sign x (рисунок 3). Рисунок 3 – Структурная схема ПКУ с амплитудным подавлением Данное устройство имеет два канала и работает следующим образом. Входной сигнал поступает одновременно в оба канала. Верхний канал состоит из блока сигнатуры, фильтра низких частот и блока выделения модуля сигнала. По нижнему каналу сигнал проходит без изменения. Сигнал на выходе из КУ получается в результате умножения выходных сигналов из обоих каналов 𝑦 = |𝑥 1 | ∙ 𝑥 . (1) Работа данного КУ происходит следующим образом. При наличии колебаний в САУ на вход КУ поступает сигнал гармонического вида. Проходя через первый(верхний) канал, происходит фильтрация ив результате уменьшается амплитуда его колебаний. После прохождения блока умножения сигнала, проходящего через второй канал, на сигнал с блока модуля, происходит уменьшение амплитуды результирующего сигнала КУ по отношению к амплитуде сигнала на входе, без изменения фазы. Известно, что в первом приближении результирующий эффект данного КУ аналогичен апериодическому звену первого порядка с 23 неизменным коэффициентом передачи, который равен единице, но отличается от него значительно меньшим фазовым запаздыванием [11]. Коэффициенты гармонической линеаризации нелинейного фильтра в данном случае 𝑎 = 2 𝜋𝐴 ∫ [|𝑥 1 |𝐴𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡)]sin(𝜔𝑡)𝑑(𝜔𝑡) 𝜋 0 , (2) 𝑏 = 2 𝜋𝐴 ∫ [|𝑥 1 |𝐴𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡)]cos(𝜔𝑡)𝑑(𝜔𝑡) 𝜋 0 . (3) Тогда амплитудно-фазовая характеристика данного КУ имеет вид 𝑊(𝑗𝜔) = 8 𝜋 2 √1+𝜔 2 𝑇 2 (1 + 1 3 𝑒 −2𝑗∙𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔𝜔𝑇 ). (4) 1.3.2 Корректирующее устройство с фазовым опережением На рисунке 4 представлена схема псевдолинейного корректирующего устройства, с помощью которого возможно получить фазовое опережение без какого-либо изменения амплитуды. Рисунок 4 – Структурная схема КУ с фазовым опережением Данное устройство имеет два канала и работает следующим образом. Входной сигнал поступает одновременно в оба канала. Верхний канал состоит из блока усиления сигнала и блока выделения модуля сигнала. Нижний канал состоит из интегро-дифференцирующего звена и блока сигнатуры. Выходной сигнал устройства получается в результате перемножения выходных сигналов этих каналов. 24 Коэффициенты гармонической линеаризации фазового корректора имеют следующий вид [10]: a = 1 π ∙ (1 − 2arctg ω(T 1 −T 2 ) 1+ω 2 T 1 T 2 + sin(2arctg ω(T 1 −T 2 ) 1+ω 2 T 1 T 2 )), (5) b = 1 π ∙ (1 + cos(2arctg ω(T 1 −T 2 ) 1+ω 2 T 1 T 2 )). (6) Передаточная функция (ПФ) интегро-дифференцирующего звена имеет вид ф) = T 1 s+1 Ts+1 . (7) Фазовое опережение, которое создается данным звеном, имеет вид ᵩ(𝜔) = arctan( 𝑇 1 ∗𝜔∗(1−𝜐) 1+𝜔 2 ∗𝑇 2 ∗𝜐 ) , (8) где Можно сказать, что частотные характеристики КУ отвечают требованиям желаемого вида, если не учитывать ослабление амплитуды, которое создает корректирующее устройство. Таким образом обеспечивается фазовое опережение КУ с повышением частоты и без изменения амплитуды. 1.3.3. Корректирующие устройства с раздельными каналами для амплитуды и фазы Данное корректирующее устройство позволяет получать различные амплитудно-фазовые соотношения, те. относительно независимо формировать амплитудную и фазовую характеристики. Эти характеристики не зависят от амплитуды входного сигнала. Соответствующим образом меняя параметры линейных фильтров, входящих в устройство, можно получать желаемые характеристики. 25 Рисунок 5 – Структурная схема Двухканального псевдолинейного корректирующего устройства Входной сигнал разветвляется и проходит по двум каналам. Верхний канал служит для формирования амплитудной характеристики и называется амплитудным, нижний - фазовый канал, он участвует в формировании фазовой характеристики устройства. Выходная величина корректирующего устройства получается в результате перемножения выходных величин амплитудного и фазового каналов в блоке умножения. |