Супервизорные автоматические регуляторы для электрических следящих приводов

УПРАВЛЕНИЕ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 681.51

А.А. Говоров, асп.,

СУПЕРВИЗОРНЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЛЕДЯЩИХ ПРИВОДОВ

Для автоматических систем регулирования угла поворота двигателя постоянного тока предлагается использовать супервизорные ПИ- и ПИД-регуляторы, у которых установлены в каналах задания для каждой составляющей закона управления дополнительные динамические блоки. Супервизорные системы позволяют одновременно оптимальным образом отрабатывать и задающие, и возмущающие воздействия на электропривод.

Ключевые слова: супервизорный регулятор, супервизорная система регулирования угла поворота двигателя постоянного тока, следящий электропривод

Известные регуляторы не позволяют одновременно оптимальным образом отрабатывать задающие воздействия и компенсировать возмущения на электрический привод. Для этого у регулятора должны быть различные динамические характеристики по каналам задания и регулируемого параметра. Такая проблема возникает в различных автоматических системах регулирования (АСР) в супервизорном режиме управления, а также в каскадных АСР, в АСР соотношения технологических параметров (следящие АСР) и даже в обычных системах стабилизации при частых изменениях задающего воздействия [1, 2].

Особенностью предлагаемой схемы супервизорного регулятора является обработка сигнала задания по трем составляющим ПИД- закона дополнительными звеньями K1, K2 и K3. Эта структура имеет несколько вариантов и наилучший может подбираться моделированием для выбранного объекта управления и внешних воздействий [3]. Проведем исследования и сравнение супервизорных регуляторов между собой и с типовыми ПИ-

регуляторами для электрического привода антенны радиолокационной станции (РЛС) на базе двигателя постоянного тока ДПТ типа ДПР-72 с параметрами, указанными в таблице [4].

Характерными особенностями электропривода РЛС являются, во-первых, наличие понижающего редуктора с большим передаточным числом порядка /р = 1000, а во-вторых, большие размеры и масса и, как следствие, большие моменты инерции вращающихся элементов конструкции антенны и ее привода. Значительные моменты инерции осложняют процессы регулирования электропривода в режимах поиска наблюдаемого объекта и его автосопровождения.

В качестве усилителей мощности в следящих приводах малой и средней мощности часто используются транзисторные широтноимпульсные преобразователи постоянного напряжения [4]. Динамические свойства такого преобразователя с инженерной точностью описываются последовательным соединением нелинейного звена типа насыщения, отражающего ограниченность выходного напряжения усилителя, и апериодического звена с малой постоянной времени ТТП = 1 -10-4 с, КТП = 3. В итоге движение силовой части объекта управления можно описать схемой (рис. 1), на которой величина управляющего напряжения иУ для двигателя ДПР-72 ограничена значением итах = идтах/КТП = 27/3 = 9 В.

Параметры электропривода на базе ДПТ типа ДПР-72 для РЛС

Наименование параметра Обозна- чение Единица измерения Числовое значение

Сопротивление якоря Яя Ом 2.9

Конструктивная постоянная ДПТ СФ В-с 5.2 -10-2

Электромагнитная постоянная времени якорной цепи Тя с 8 -10-3

Электромеханическая постоянная времени Тм с 2 -10-2

Момент инерции системы, приведенный к валу двигателя 3 кг - м2 10-5

Передаточное число редуктора 1р - 850...1700

Блок управления электроприводами обеспечивает формирование управляющих сигналов для трех основных режимов работы силового привода РЛС: ручного наведения, поиска и автосопровождения объекта. Режим ручного наведения состоит в перемещении оператором диаграммы

направленности антенны (ДНА) в нужную точку пространства в пределах рабочих углов РЛС при подготовке к поиску объекта в заданном секторе.

Рис. 1. Структурная схема силовой части следящего привода

Наиболее сложным и ответственным режимом работы привода является режим автосопровождения, когда формирование управляющих сигналов происходит при замыкании системы по положению через антенну и приемное устройство. Приведенные требования показывают, что основная задача, стоящая перед системой управления следящим приводом, заключается в обеспечении необходимых точности и плавности слежения с тем, чтобы объект наблюдения не выходил за пределы ДНА в различных условиях эксплуатации. Эту задачу могут решить супервизорные регуляторы.

В данной работе проведены исследования следующих систем: 1) АСР1 с обычным ПИ-регулятором с оптимальными параметрами настройки для компенсации возмущения по заданию; 2) АСР2 с обычным ПИ-регулятором с оптимальными настройками для компенсации возмущения по нагрузке; 3) АСР3 с супервизорным ПИ-регулятором с оптимальными настройками для компенсации возмущения по нагрузке и с оптимальным параметром настройки К1опт = 0,540608 супервизорной части в канале задания П-части; 4) АСР4 более общего вида с таким же ПИ-регулятором и с оптимальными настройками сложной супервизорной части.

Отличие известной супервизорной системы АСР3 от системы АСР2 с обычным ПИ-регулятором заключается только в наличии у АСР3 дополнительного пропорционального звена К1 в канале отработки задания для П-части. Супервизорная часть регулятора (звенья К1 и К2) в АСР4 представлена динамическими звеньями с передаточными функциями

Wite) = (К! (1+ВД) / (1+Tp),

Wfa) = (К (1+ЗД) / (1+Tp) с оптимальными значениями параметров их настройки: К1ОПТ = 0,37131, Тіопт = 0,0226879 , Т2опт = 0,0023024; К2опт = 1 (const), Тюпт = 0,0196477, Т4ОПТ = 0,0130804 для заданного объекта управления (двигателя постоянного тока (ДПТ) при отработке задания.

Для исследования АСР в соответствующем редакторе (SIAM, VisSim или MATLAB) создается структура моделируемой системы. Определяются оптимальные параметры настройки супервизорных частей АСР в канале задания. При моделировании оптимальных АСР фиксируются значения интегральных критериев качества квадратичного J2 и абсолютного J1, времени регулирования переходного процесса tp и величины перерегулирования. Эти исследования показывают, что обычная АСР2, оптимальным образом компенсирующая возмущающее воздействие, не обеспечивает приемлемого качества регулирования при отработке задания. В частности, первый xmax1 и второй xmax2 выбросы ошибки регулирования s в АСР2 почти в 8 раз больше, чем у исходной АСР1, предназначенной для оптимальной отработки задающего воздействия, но плохо отрабатывающей возмущения по нагрузке (рис. 2).

Рис. 2. Графики переходных процессов (ошибка регулирования) при отработке скачка задания по углу поворота ДПТ в различных АСР с ПИ-регуляторами с оптимальными настройками для компенсации:

1 (о) - возмущения по заданию; 2 (и) - возмущения по нагрузке;

3 (А) - возмущения по нагрузке и с оптимальной настройкой Х1 супервизорной части в канале задания; 4 (V) - возмущения по нагрузке и с оптимальными настройками звеньев W1, Мг2 супервизорной части

Простейший супервизорный регулятор (АСР3) существенно повышает качество переходного процесса по сравнению с АСР2 с обычным ПИ-

регулятором с оптимальными настройками для компенсации возмущения по нагрузке, но по большинству показателей качества (исключая незначительное уменьшение первого выброса хтах1) все же хуже исходной оптимальной (для сравнения) АСР1 (рис. 3). Более сложный супервизорный регулятор (АСР4) обеспечивает наилучшие показатели качества отработки задания, кроме несущественного (= 10 %) увеличения 2-го выброса хтах2. При этом система АСР4 оптимальным образом (так же, как и АСР2, и АСР3) компенсирует и возмущающее воздействие. Для всех АСР установлены параметры моделирования: шаг интегрирования ТШ = 0.0001; время интегрирования ТК = 0,4; функция оптимизации - интегральный абсолютный критерий качества J1.

Рис. 3. Диаграммы показателей качества отработки скачка задания по углу поворота ДПТ в различных АСР с ПИ-регуляторами с оптимальными настройками по критерию /?:

1 (&) - исходная АСР1; 2 () -АСР2 для оптимальной отработки возмущения по нагрузке; 3 (Ш) - супервизорная АСРЗ с оптимальной настройкой К1 супервизорной части в канале задания;

4 (Ш) - супервизорная АСР4 общего вида с оптимальными настройками

звеньев W1, Ж2 супервизорной части

Интересные выводы позволяет сделать рассмотрение зависимости показателей качества простой супервизорной системы АСР3 от параметра настройки масштабирующего усилителя К1 в канале задания для пропорциональной составляющей ПИ-регулятора (рис. 4). В частности, оптимальные значения коэффициента К1 по различным критериям (здесь интегральные показатели качества J1 и J2) практически совпадают (АК1 = 25 %). При отсутствии усилителя (К1 = 0) АСР3 по критерию J1 обеспечивает почти такое же качество, как и обычная система АСР2, которая представляет собой частный случай простой супервизорной АСР3 при К1 = 1. То

200

есть, на пропорциональную часть ПИ-регулятора сигнал задания можно не подавать, при этом большинство качественных показателей АСР будет почти таким же (за исключением значения = 30 %), но зато существенно упрощается конструкция регулятора.

Рис. 4. Зависимость показателей качества отработки скачка задания по углу поворота ДПТ в супервизорной системе АСР3 от параметра настройки масштабирующего усилителя в канале задания пропорциональной части ПИ-регулятора

На интегральную часть регулятора сигнал задания необходимо подавать, конечно, полностью, что подтверждается и результатами оптимизации параметров звена Ж2 (К2опт = 1) в канале задания И-части в супервизор н й АСР4 общего вида. Точнее, на И-часть регулятора задание необходимо подавать без какого-либо масштабирования в статическом режиме. В противном случае появится статическая ошибка регулирования. Аналогичные результаты получены при исследовании супервизорных ПД-и ПИД-регуляторов для электрического привода антенны РЛС на базе двигателя постоянного тока ДПТ типа ДПР-72.

Таким образом, главным отличием супервизорных регуляторов от обычных ПИ-, ПД- и ПИД-регуляторов является наличие в каналах задания для отдельных (или всех) составляющих закона управления дополнительных блоков с различными передаточными функциями. Вопросы разработки и исследования алгоритмов супервизорного управления весьма актуальны, поскольку применение алгоритмов такого типа позволяет существенно улучшить качество систем управления следящими электроприводами при отработке возмущений по различным каналам и соответственно расширить функциональные возможности таких систем.

Список литературы

1. Микропроцессорные контроллеры автоматических систем регулирования с расширенными функциональными возможностями / А. А. Говоров [и др.]. Тула: ТулГУ, 2003. 172 с.

2. Бирман А. И. Пневматический супервизорный регулятор // Пневмогидроавтоматика и пневмопривод: тез. докл. всесоюз. совещ. Ч. 1. Суздаль. М., 1990. С. 88.

3. Супервизорный пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор: пат. 2157558 Рос. Федерация; опубл. в БИ. 2000. Бюл. № 28. 6 с.

4. Ловчаков В.И., Сухинин Б.В., Сурков В.В. Нелинейные системы управления электроприводами и их аналитическое конструирование. Тула: ТулГУ, 1999. 180 с.

А. Govorov

The supervisory automatic regulators for electric servomechanism

For automatic corner control system for electric engine is offered use the supervision proportional-integral- (PI-) and proportional-integral-derivative (PID)-regulators, beside to-torah are installed in channel of the task for each forming law of control additional dynamic blocks. Supervisory systems allow simultaneously optimum image to perfect assigning and outraging influences on electric servomechanism.

Получено 07.04.09

УДК 004.738.52

Н.В. Неелова, асп.,

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛЕКСИЧЕСКОГО МЕТОДА ВЫЧИСЛЕНИЯ СХОЖЕСТИ СТРОК С УЧЕТОМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ

Разработана математическая модель вычисления схожести строк, наперед сформированных кластеров с заданной точностью, на основе коэффициента Джак-карда с предварительной обработкой по словарю синонимов. Исследована эффективность разработанной модели. Рассмотрены предпосылки уменьшения вычислительных ресурсов при сохранении полученной полноты вычисления.

Ключевые слова: поиск в Интернете, нечеткие дубли, схожесть Джаккарда, вычисление схожести строк, полнота вычисления.

С развитием вычислительной техники и технологий в области Интернет-услуг, с увеличением числа хранящихся и обрабатываемых документов все большую значимость принимает проблема дублирования ин-