Лабораторная работа №4

Исследование экстремальной системы автоматического управления

Целью работы является исследование системы управления, обеспечивающей опреде­ление области экстремума статической характеристики объекта управления и под­держивающей выходную величину объекта управления вблизи ее экстремального значе­ния.

1. Описание компьютерной модели экстремальной системы

Компьютерная модель является типовой для непрерывных и импульсно-шаговых экстремальных систем, функционирующих по принципу анализа знака производной экстремальная статическая характеристика объекта управления.

Объект управления в исследуемой компьютерной модели представлен тремя бло­ками: блок Trigonometric Function реализует функцию sin, усилительный блок Gain1 c

коэффициентом передачи -10 и блок Transfer Fcn1, моделирующий инерционную часть

объекта управления с передаточной функцией постоянная времени, которая может иметь значения 0.5, 1.0, 1.5 секунды. Для иллюстрации экстремальной ха­рактеристики объекта предусмотрена отдельная схема The circuit of definition the extreme characteristic of object of management, снабженная простым осциллографом Scope с двумя входами и специальным осциллографом XY Graph1, строящим экстремальную характери­стику объекта управления. В основной модели объект управления также снабжён осцилло­графом, строящим его статическую характеристику.

Но в отличие от XY Graph1 в окне XY Graph можно наблюдать лишь часть характери­стики, непосредственно используемой системой управления. Для большей наглядности работы экстремальной системы в модель введен еще один осциллограф XY Graph 2, предназначенный для построения фазовой характеристики колебаний на выходе безинерционной части объекта управления. Для получения сигнала, пропорционального производной от колебаний, в схему введен блок производной (Derivative).

Параллельно осциллографу XY Graph включены два канала временного осцилло­графа Scope1, позволяющего наблюдать обе координаты характеристики объекта

во временной области. Третий вход этого осциллографа подключен к входу исполнитель­ного органа объекта, в роли которого используется серводвигатель, представленный в мо­дели интегрирующим звеном с коэффициентом передачи k=0.03.

Электромагнитной и механической инерцией серводвигателя в данном случае пренебре­гаем по сравнению с инерционностью объекта управления. Четвертый вход

осциллографа Scope1 связан с выходом инерционной части объекта управления.

Для питания серводвигателя предусмотрен переключатель Switch, подающий в зависи­мости от сигнала управления на его среднем входе напряжения питания 30 или -30 Вольт через блок Gain 2. Положительное напряжение ЗОВ обеспечивает вращение серво­двигателя в одном направлении, отрицательное – 30В приводит к реверсу серводвигателя. Тем самым предусматривается возможность осуществления реверса серводвигателя после прохождения системой точки экстремума. Переключатель Switch является выходным силовым органом экстремального регулятора.

Входным или чувствительным органом регулятора является блок определения произ­водной изменения сигнала на выходе объекта управления. В компьютерной модели

функцию измерения производной выполняет реальное дифференцирующее звено с переда­точной функцией реализованной в блоке Transfer Fcn2.

Кроме входного и выходного органов экстремального регулятора в его состав входят

следующие блоки:

- блок Dead Zone с нелинейной характеристикой типа «зона нечувствительности», отра­жающий наличие такой характеристики в реальных звеньях реальной экстремальной системы управления;

- блок Hit Crossing определения момента пересечения порогового значения (в данном слу­чае определения моментов перехода графика производной через нулевую линию, т.е. при смене знака производной);

- два триггера J-K Flip-Flop1 и J-K Flip-Flop2 со счетными входами, соединенные последо­вательно; первый триггер устраняет лишние импульсы, порождаемые зоной нечувстви­тельности, второй выполняет деление последовательности импульсов на два, что

необходимо в соответствии с алгоритмом экстремального управления.

Для изучения процесса преобразования сигналов различными блоками экстремаль­ного регулятора модель снабжена дополнительным осциллографом Scope2, имеющего три входа и позволяющего наблюдать временные графики производной, им­пульсы смена знака производной и импульсы, вызванные наличием зоны нечувствитель­ности, а также импульсы на выходе первого триггера.

Шаговый режим работы системы экстремального управления достигается включе­нием в контур управления подсистемы формирования дискретного регулирования

(Subsystem of formation of a pulse step-by-step mode). Подсистема включает в себя пере­ключатель (Switch1) напряжения, подаваемого на серводвигатель, управляемый импуль­сами Pulse Generatorа. Сигнал, подаваемый на вход подсистемы, попадает на основной вход переключателя. Вспомогательный вход переключателя соединен с блоком

Ground, что обеспечивает отсутствие напряжения на серводвигателе в интервалах вре­мени, когда управляющий сигнал переключателя равен нулю. Учитывая, что серводвига­тель представляет собой интегрирующее звено, интервалы нулевого напряжения будут со­ответствовать участкам постоянства входного сигнала на объект управления.

Переключение режимов работы системы управления выполняется вручную:

1. непрерывный режим достигается переводом ручного переключателя Manual Switch в

разомкнутое состояние, при котором цепь разрешающего работу подсистемы сигнала раз­рывается;

2) шаговый режим обеспечивается переводом ручного переключателя Manual Switch в

замкнутое состояние и ликвидацией соединения основного силового выхода системы с блоком суммирования на входе системы.