24. Общий подход к проектированию суим. Осн.Этапы исследования и проектирования суим. Стадии проектирования, регламентированные госТом.
Проектированию СУИМ всегда предшествует научно-исследовательская работа (НИР) и ОКР (опытно-конструкторская работа).
Предпроектная НИР и ОКР состоит из синтеза и анализа.
В этап синтеза входит:
Математическое описание ОУ (определение структуры и пар-ров ОУ, наиболее существенно влияющих на его статические и динамические хар-ки).
Формулирование критерия качества упр-ия (быстродействие рег-ия, точность, время рег-ия, время нарастания рег-ия, перерег-ие и т. п.)
Структурный анализ.
Параметрический синтез. Параметрическая декомпозиция ОУ. Выделение БПВ, МПВ, ЭПВ. Расчет пар-ров рег-ров и корректирующих звеньев.
Анализ синтезированной СУИМ:
- математическое моделирование (цифровое, аналоговое, цифро-аналоговое);
- полунатурное моделирование (симбиоз математической модели и физ. установки);
- натурное моделирование (с применением моделей-макетов на основе применения критериев подобия модели и объекта, критериальных уравнений);
- экспериментальные исследования опытных образцов СУ ЭП.
В основе проектирования СУИМ лежит системный подход (от общего к частному).
Стадии проектирования, регламентированные ГОСТом
При разработке СУИМ проектировщик должен руководствоваться: ГОСТ; ОСТ; СП – стандартами предприятий; СНиП; ПУЭ и др.
Формулирование технического задания.
ТЗ разрабатывают на основе исходных требований заказчика.
На основе ТЗ составляется Договор на выполнение НИР и ОКР. Приложением к Договору являются соглашение о договорной цене и калькуляция затрат.
Стадия технического предложения.
В технич. предложении формулируются варианты решения задач оптимизации и указываются ориентировочные цены.
Стадия эскизной разработки.
Она содержит: предварительные разработки функц. структуры системы, синтез основных алгоритмов контроля и упр-ия и их экспериментальную проверку. Выбираются технические средства СУ ЭП и дается обоснование выбора, осуществляется сравнительный анализ разрабатываемой системы и ее известных аналогов.
Стадия технического проектирования.
ТП должен содержать окончательные технич. решения, дающие полное представление об устр-ве разрабатываемого изделия, и исходные данные для разработки рабочей документации.
Стадия разработки рабочей конструкторской документации.
Разработка конструкторских документов, к-е предназначены для изготовления и испытания опытного образца изделия, изготовления и испытания установочной серии.
Внедрение и сопровождение
25. Регуляторы суим.
Регуляторы и корректирующие звенья составляют основу устройства управления исполнительными механизмами и призваны скорректировать статические и динамические свойства СУИМ в соответствие с требованиями к качеству управления.
Независимо от технологического назначения регуляторов (регуляторов скорости, положения рабочего органа, давления, уровня, температуры и т.д.) все они подразделяются на 2 больших класса:
– параметрические регуляторы класса «вход/выход» (П-, ПИ-, ПИД- и т.п. регуляторы, где буквами П, И, Д обозначены соответственно пропорциональная, интегральная и дифференциальная компоненты управления – параметры регуляторов);
– регуляторы состояния (апериодические, модальные и т.п.). В отличие от регуляторов 1-го класса они контролируют все состояние системы, либо ее некоторой части, т.е. имеют обратные связи по полному либо усеченному вектору состояния системы.
В зависимости от применяемой аппаратной базы регуляторы могут быть аналоговыми (на операционных усилителях), цифровыми (на микропроцессорах), релейными или релейно-импульсными (на контактных и бесконтактных реле, микропроцессорах).
Регулятор класса «вход/выход» на функциональных схемах СУИМ обозначается в виде переходной функции, которую имеет данный регулятор, например в виде, приведенном на рис. 4.21, а.
Обозначения на схеме:
Хвх – входной сигнал – сигнал ошибки регулирования той или иной координаты СУИМ;
Увых – выходной сигнал регулятора.
Рис. 4.21. Функциональные схемы регуляторов СУИМ
Регуляторы состояния (рис. 4.21, б), в отличие от регуляторов класса «вход/выход» имеют как минимум одно входное задающее воздействие и обратную связь по вектору состояния. Такие регуляторы состояния являются скалярными. В общем случае они являются векторными, имеют несколько задающих воздействий и могут иметь входные воздействия, компенсирующие внешние возмущения.
Обозначения на схеме:
Xз – вектор задающих воздействий, Xз = хз1 хз2 ... хзk T;
X – вектор (полный или усеченный) состояния; X = х1 х2 ... хn T;
Yвых – вектор выходных воздействий регулятора; Yвых = у1 у2 ... уmT;
F – вектор возмущающих воздействий; F = f1 f2 ... fd T.
При k = m = 1 векторный регулятор состояния преобразуется в скалярный регулятор.
Регуляторы состояния в СУИМ применяются крайне редко. Как правило, современные СУИМ оснащены ПИ, ПИД или ПДД регуляторами (аналоговыми, цифровыми или релейно-импульсными).
Рассмотрим наиболее часто применяемые в СУИМ параметрически оптимизируемые аналоговые регуляторы класса «вход/выход».
Их можно представить в виде усилительного звена - операционного усилителя (рис 4.22).
Рис. 4.22. Функциональная схема регулятора класса «вход/выход»
Обозначения на схеме:
A1 – операционный усилитель;
Zвх, Z0 – комплексные сопротивления во входной цепи и в цепи обратной связи операционного усилителя.
Математическую модель таких регуляторов чаще всего представляют либо в виде передаточной функции (структурной схемы), либо в виде дифференциальных уравнений (переходной функции). Входной сигнал представляет собой разность между задающим сигналом и сигналом обратной связи по регулируемой координате (сигнал ошибки регулирования). Обратная связь всегда отрицательна. У операционного усилителя задействован инверсный вход, а значит, выходной сигнал операционного усилителя всегда будет противоположен по знаку сигналу ошибки.
При математическом описании регуляторов применим следующую последовательность: принципиальная схема регулятора – передаточная функция – переходная характеристика – переходный процесс – изображение блок-схемы регулятора (функциональной схемы).