Оглавление
Введение
1. Математическая модель следящей системы
2. Исследование нелинейной следящей системы аналитическими методами
3. Разработка требований к интерфейсу пользователя диалоговой системы
4. Разработка программного обеспечения АИС
5. Результаты испытания АИС
Заключение
Приложение
Введение
Настоящая дипломная работа посвящена проблеме разработки автоматизированной системы синтеза нелинейных систем методом гармонического баланса.
В теории автоматического управления особое место занимают методы исследования нелинейных систем.
Нелинейной системой называется такая система, в которой хотя бы в одном звене нарушается линейность статической характеристики или же имеет место любое другое нарушение линейности уравнений динамики звена (произведение переменных или их производных, корень, квадрат или более высокая степень переменной любая другая нелинейная связь переменных и их производных).
Следовательно, к нелинейным системам относятся, в частности, все системы, в звеньях которых имеются статические характеристики любого из многих видов. К ним же относятся и все системы релейного действия.
Нелинейными могут быть, разумеется, также и системы с переменными параметрами, с распределительными параметрами, с запаздыванием, импульсные и цифровые системы, если в них где-либо нарушается линейность уравнений динамики (в цифровых системах это связано с квантованием сигнала по уровню).
При исследовании, расчете и синтезе автоматических систем нужно иметь в виду, что наиболее полно разработана теория и различные прикладные методы для обыкновенных линейных систем. Поэтому в интересах расчета и его простоты всегда желательно (там, где это допустимо) сводить задачу к такой форме, чтобы максимально использовать методы исследования обыкновенных линейных систем.
Обычно уравнения динамики всех звеньев системы стараются привести, обыкновенно, к линейным, и только для некоторых звеньев, где это недопустимо или где специально вводится особое линейное или нелинейное звено, учитываются их особые свойства. Тогда при наличии одного такого звена система при расчете разбивается на два блока, а одном из которых объединяется весь комплекс обыкновенных линейных звеньев.
Однако это вовсе не значит, что при проектировании новых автоматических систем нужно стремится к обыкновенности линейным системам. Наоборот, уже из приведенных выше определений совершенно очевидно, что обыкновенные линейные системы обладают ограниченными возможностями.
Введение особых линейных и нелинейных звеньев может придать системе лучшие качества.
Особенно богатыми возможностями обладают системы со специально вводимыми нелинейностями и дискретные системы. В том числе с цифровыми вычислительными устройствами, а также адаптивные, то есть, самонастраивающиеся, экстремальные, самоорганизующиеся системы.
Разрабатываемая система может быть использована в качестве методического пособия для студентов ВУЗов при изучении ими методов исследования нелинейных систем автоматического управления.
Перечислим некоторые из них:
• метод фазового пространства или фазовых траекторий;
• метод точечных преобразований;
• метод изоклин;
• частичный метод В.М. Попова;
• метод гармонического баланса;
• частотный метод определения устойчивости и автоколебаний.
Из известных автору систем автоматизированного проектирования автоматических систем управления наибольшими возможностями обладают системы SIAM и CSSE. Однако эти средства расчета систем управления имеют ограниченные возможности графического представления информации.
В то же время перечисленные выше методы исследования нелинейных систем удобны, когда решение реализуется именно графическими методами.
Существует чрезвычайно большое разнообразие автоматических систем, выполняющих те или иные функции по управлению самыми различными физическими процессами во всех областях техники. В этих системах сочетаются весьма разнообразные по конструкции механические, электрические и другие устройства, составляя, в общем, сложный комплекс взаимодействующих друг с другом звеньев.
Примерами автоматических систем могут служить:
а) автомат включения освещения, в котором имеется фотоэлемент, реагирующий на силу дневного света, и специальное устройство для включения освещения, срабатывающее от определенного сигнала фотоэлемента;
б) автомат, выбрасывающий какие-либо определенные предметы (билеты, шоколад) при опускании в него определенной комбинации монет;
в) станок-автомат, автоматические линии станков и автоматические цехи на заводах;
г) системы телеуправления, в которых от нажатия кнопки или от легкого поворота ручки на пульте управления совершается определенная комбинация мощных и сложных операций в управляемом объекте;
д) автоматический регулятор скорости вращения двигателя,
поддерживающий постоянную угловую скорость двигателя независимо от внешней нагрузки (аналогично регуляторы температуры, давления, напряжения, частоты и пр.);
е) автопилот, поддерживающий определенный курс и высоту полета самолета без помощи летчика;
ж) следящая система, на выходе которой с определенной точностью копируется произвольное во времени изменение какой-нибудь величины, поданной на вход;
з) система сопровождения, в которой ствол наземного орудия автоматически поворачивается за летящим самолетом;
и) вычислительное устройство, выполняющее определенную математическую операцию (дифференцирование, интегрирование, решение уравнений и т. п.);
к) измерительные приборы, работающие по так называемому компенсационному принципу;
л) система самонаведения снаряда на цель и пр.
Все эти и им подобные автоматические системы можно разделить на два больших класса:
1) автоматы, выполняющие определенного рода одноразовые или многоразовые операции; сюда относятся, например, автомат включения освещения, билетный автомат, станок-автомат, ружье-автомат, автомат переключения скоростей и т.п.
2) автоматические системы, которые в течение достаточно длительного времени нужным образом изменяют (или поддерживают неизменными) какие-либо физические величины (координаты движущегося объекта, скорость движения, электрическое напряжение, частоту, температуру, давление, громкость звука и пр.) в том или ином управляемом процессе. Сюда относятся автоматические регуляторы, следящие системы, автопилоты, некоторые вычислительные устройства, некоторые измерительные приборы, системы дистанционного управления, телеуправления, самонаведения и т. п.
Естественным дальнейшим усовершенствованием автоматической системы является замыкание ее выхода (контрольные приборы) со входом (источник воздействия) таким образом, чтобы контрольные приборы, измерив некоторые величины, характеризующие определенный процесс в управляемом объекте, сами служили бы одновременно и источником воздействия на систему, причем величина этого воздействия зависела бы от того, насколько отличаются измеренные величины на управляемом объекте от требуемых значений.
Таким образом, возникает замкнутая автоматическая система. Очевидно, что в замкнутой автоматической системе имеется полная взаимозависимость работы всех звеньев друг от друга. Протекание всех процессов в замкнутой системе коренным образом отличается от процессов в незамкнутой системе. Замкнутая система совершенно по-другому реагирует на внешние возмущающие воздействия.
Различные ценные свойства замкнутых автоматических систем, делают их незаменимыми во многих случаях, когда требуется точность и быстродействие для управления, измерения или для производства математических вычислений. Поэтому при создании всяких замкнутых автоматических систем особое значение приобретают динамические расчеты.
Замкнутые автоматические системы существуют в технике в виде различных автоматических систем управления, систем автоматического регулирования, следящих систем, вычислительных систем, компенсационных систем измерения, систем автоматического пилотирования, систем стабилизации, систем самонаведения, телеуправления, автономного управления и т. п.
В следящей системе выходная величина у (t) воспроизводит изменение входной величины g (t), причем, автоматическое устройство реагирует на рассогласование (t) между выходной и входной величинами. Условимся величины у и gназывать соответственно регулируемой величиной и задающим воздействием.
Следящая система имеет обратную связь выхода со входом, которая, по сути дела, служит для измерения результата действия системы. На входе системы производится вычитание х – h-z. Устройство, производящее это вычитание, будем называть датчиком рассогласования.
Величина рассогласования х и воздействует на промежуточные устройства, а через них – на управляемый объект. Система работает так, чтобы все время сводить к нулю рассогласование х. Источником воздействия на задающее устройство может быть либо человек, либо специальное устройство, либо изменение внешних условий, в которых работает система.
Для систем автоматического регулирования введем следующую терминологию.
Агрегат, в котором происходит процесс, подлежащий регулированию, называется регулируемым объектом. Величина у, которую необходимо в этом агрегате регулировать, т. е. поддерживать постоянной или изменять по заданной программе, называется регулируемой величиной.
Автоматически действующее устройство, предназначенное для выполнения задачи регулирования, называется автоматическим регулятором. Автоматический регулятор включает в себя измерительное устройство, т. е. чувствительный элемент, реагирующий на отклонение регулируемой величины у.