RUS | UKR | ENG || ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ
Магистр ДонНТУ Соколов Никита Андревич

Соколов Никита Андреевич

Электротехнический факультет
Специальность: Электромеханические системы автоматизации и электропривод

Тема выпускной работы:

Исследование и разработка наблюдателя состояния с адаптацией к изменению параметров объекта управления

Научный руководитель: Чекавский Глеб Станиславович

Материалы по теме выпускной работы: Об авторе | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | | Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы


    Актуальность темы.

     В последнее время, в связи с розвитием элементной базы и появлением програмных средств, которые облегчают анализ и синтез сложных систем, значительно возрос интерес к системам автоматического регулирования (САР) с наблюдателем состояния (СС). Необходимость использования наблюдающих устройств обусловлена их способностью оценивать значение координат, которые невозможно или очень тяжело измерять непосредственно ( с помощью датчиков ). Дополнительныесведения о системе позволяют улучшить качество регулирования и расширяет возможности автоматизации технологических процессов. В електромеханических системах наблюдатели состояния целесообразно использовать для оценки таких сигналов как статический, динамический, електромагнитный и упругий моменты, электромагнитные потоки и потокосцепление, скорость двигателя и исполнительного органа механизма, натяжения материала который прокатывается и т.д. Но в процессе работы некоторые параметры объекта управления могут изменяться, что приводит к тому, что наблюдатель состояния в этом случае работает с большой ошибкой. Из-за этого очень актуальной темой является разработка наблюдателей состояния с адаптацией к изменению параметров в объекте, или, как их ещё называют, адаптивных систем.

     Структура роботи:

  • Общие данные о наблюдателях состояния
  • Методика построения СС с узлом адаптации
  • Система с адаптацией к изменению момента інерци вала двигаетля
  • Система с адаптацией к изменению активного сопротивления обмоток ввигателя
  • Выводы

    1. СИНТЕЗ НАБЛЮДАТЕЛЯ СОСТОЯНИЯ ПОЛНОГО ПОРЯДКА

         1.1.Вибор объекта регулирования и его математическое описание в пространстве состояний

        В общем линейная система в пространстве состояний имеет следующий вид [3] :

    где A, B, C, D – матрицы;
    Первое из системы уравнений ( 1.1 ) обычно называется уравнением состояния, а второе - уравнения наблюдения. В общем случае системе ( 1.1 ) соответсвует блок-схема, изображенная на рисунке 1.1.

        1.2. Проверка наблюдаемости объекта

    Для точного регулирования необходимо иметь информацию о текущем состоянии системы, то есть о значениях еременных состояния в каждый момент времени. Но некоторые переменные могут быть абстрактными, то есть не иметь физического аналога в реальной системе, поэтому их невозможно измерять. Измеряемы и наблюдаемы в системе есть физические выходные переменные yi(t) , если i меньше либо равно n , через которые можно однозначно выразить все составляющие вектора X(t). Систему

    называют полностью наблюдаемой , если есть такой момент времени tk>t0 , что начальное состояние системы X(T0)=X0 можна определить по известному выходу Y(t) на интервале времени . Но делается допущение, что tk - любой не заданный промежуток времени, который допускается при условии tk>t0 . Пусть матрицы А и С розмерностью соответственно [n*n] i [r*n], тогда пара А и С наблюдаема при условии, что система (2.1) полностью наблюдаема. Тогда имеем критерий наблюдаемости : чтобы линейная стационарная ситема была полностью наблюдаема, необходимо, чтобы матрица наблюдаемости
    розмерностью n*[r*n] имела ранг n.

        1.3. Расчет корректирующих коэффициентов

         Расчет корректирующих коэффициентов может быть выполнен методом «баланса коефициентов» [5] . Суть этого метода в том, чтобы сначала составить описание системы с помощью уравнений пространства состояний. После, определив матрицы А, В, С и D, и проверив систему на наблюдаемость, находим характеристический полином наблюдателя состояния по формуле : φc(p)=det(pl-A+LC) ,где L – матрица коеффициентов обратных связей наблюдателя состояния, которые и нужно найти. После этого выбираемжелаемый характеристический полином. Желаемый полином может быть задан в виде полинома Баттерворта, Бесселя, Чебишева или другим. А характеристический полином наблюдателя состояния имеет следующий вид: φc(p)= p+l

    2.СИНТЕЗ УЗЛА АДАПТАЦИИ

        Набдюдающие устройства, которые восстанавливают переменные состояния объекта, могут также идентифицировать параметры объкта, которые невозможно измерять. В этом случае, наблюдающие устройства выполняются с самонастройкой по параметрам, которые идентифицируются, за счёт введения интеграторов, входные сигналы которых есть разницей между измеряемыми и оценочными значениями переменных состояния бъекта.

        2.1 Адаптация к изменению момента инерции вала двигателя

         Рассмотрим применение адаптивного наблюдающего устройства идентификации в системе подчинённого регулирования скорости двигателя посточнного тока [4] . В электроприводе возникают незапланированные изменения момента инерции. Построим адаптивное наблюдающее устройство, идентифицирующее изменение момента инерции. Для упрощения будем считать, что в замкнутой системе обратной связью по ЭДС можно пренебречь, а момент сопротивления остаётся неизменным. В качестве управляющего воздействия на нестационарную часть объукта рассмотрим ток двигателя, а в качестве выходной координаты - скорость. Схема адаптивной системы с наблюдающим устройством выполнена в среде Simulink пекета Matlab и изображена на рисунке 2.1.

    Рисунок 2.1.1 - Графики реального и оцененого значения 1/Tm при различных значениях статического момента . Анимация, 3 кадра, бесконечное повторение

         2.2 Адаптация к изменению активного сопротивления двигателя

         В процесе работы систем электропривода (ЭП) происходит изменение параметров объекта регулирования под возлействием изменения теплового состояния двигателя и изменения режимов его работи. Это может привести к нарушению характеристик системы и даже к потере системой работоспособности. Поэтому актуальной в настоящее время есть разработка и реализация средств, которые позволяют адаптировать систему регулирования к изменению параметров объекта регулирования Структурная схема модели НС, который восстанавливает значение актовного сопротивления, приведена на рисунке 1, где использованы такие обозначения:

  • KT, KC – коеффициенты обратных связей по регулируемому току и по скорости;
  • Kµ, Tµ – коеффициент усиления и эквивалентная постоянная времени преобразователя энергии, который применяется в системе ЭП;
  • L a – индуктивность электромагнитной цепи двигателя;
  • L1, L2 – коеффициенты основных корректирующих коэффициентов обратных связей НС, которые вычисляются по формулам:
    Ra –расчётное (приблизительное) значения активного сопротивления двигателя; Tl=La/Ra – расчётное значение электромагнитной постоянной времени; γ– кратность среднегеометрического корня Ω0=γ /Tµ НС, которая зависит от вида желаемого характеристического полинома системы (например, если в качестве желаемого выбран полином Батерворта 2-го порядка, γ=1,414); α β – корректирующие коеффициенты канала идентификации величины, обратной по отношению к Ra .
    Выбор корректирующих коеффициентов α β был выполнен на основе нескольких сеансов метематического моделирования, во время которых было установлено, что определяющую роль при идентификации активного сопротивления играет значение коеффициента β. Анализ графиков показал, чтодля рассмотреного случая оптимальное значение β составляет 80...120. На рис.2.3 изображены графики восстановленой величины 1/Ra.
    На основании выполненых исследований может быть сделан общий вывод о том, что розработанный наблюдатель состояния выполняет функции, которые на него воздожены, значит может быть рекомендован к применению.

    Литература

    1. Пивняк Г.Г., Волков А.В. Современные частотно-регулируемые асинхронные электроприводы с широтно-импульсной модуляцией: Монография. – Днепропетровск: Национальный горный университет, 2006. – 470 с.
    2. Кузовков Н.Т. Модальное управление и наблюдающие устройства. – М.: Ма-шиностроение, 1976. – 184 с.
    3. Толочко О.І. Аналіз та синтез електромеханічних систем зі спостерігачами стану. Навч. посібник для студентів вищих навчальних закладів. – Донецьк: Норд-Прес, 2004. – 298 с.
    4. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электропривода-ми / Учебник для вузов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. – 392 с.
    5. Система подчиненного регулирования скорости с обратной связью по оценке динамического тока / Коцегуб П.Х., Толочко О.И., Мариничев В.Ю., Никорюк Н.С., Розкаряка П.И. // Збірник наукових праць ДонНТУ. Серія “Електротехніка і енергетика”. – Випуск 28. – Донецьк: ДонНТУ, 2001. – С. 18 – 26.
    6. http://www.energosovet.ru/stat384.html. - Применение беспоисковой адаптивной системы для управления электроприводом с вентильным двигателем.
    7. http://window.edu.ru/window_catalog/pdf2txt?p_id=13985. - Идентификация объектов управления : учебное пособие.
    ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ || Об авторе | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | | Индивидуальный раздел