Синтез систем управления

16)

Синтез систем управления является сложной и ответственной стадией проектирования. Синтез – это процедура позволяющая определить состав, структуру систем управления, параметры ее устройств и условия удовлетворения техническим требованиям.

При синтезе решаются следующие задачи:

1. Формирование технических требований к системе в виде оценок, которым должна удовлетворять синтезированная система.

2. Определение математических моделей входящих в систему устройств и объекта управления.

3. Определение желаемой математической модели системы из условия удовлетворения заданным оценкам.

4. Определение по математической модели структурной схемы системы и параметров всех входящих в нее технически реализуемых устройств.

5. Экспериментальная доводка системы управления.

Технические требования системе представляются набором оценок ρ_i, их можно рассматривать как компонент вектора ρ.

Задачу синтеза обычно формулируют как задачу выбора структуры и параметров системы управления из условия обеспечения оптимума функционала вектора ρ, однако методы для решения задач синтеза в полном объеме отсутствуют, что связанно с двумя причинами:

1. Обычно не удается получить аналитическое выражение функционала вектора оценки через параметры и структуры проектирования системы.

2. Не всегда существует оптимум функционала вектора ρ.

Поэтому конечные результаты синтеза систем управления существенно зависят от правильности решения следующих задач:

1. Задача выделения из множества возможных оценок минимального числа определяющих оценок и выделение оптимизированных оценок.

2. Задача определения аналитических выражений, определяющих оценки:

, и исходных параметров: , где f – вектор возмущающего действия на объект, φ – вектор возмущающего действия на устройство управления.

3. Задача рациональной декомпозиции общей задачи синтеза систем управления на отдельные этапы и разработки поэтапного метода решений.

Найти аналитическое выражение оценок F_i удается лишь в том случае, если синтезируемая система в ограниченном фазовом пространстве обладает линейными свойствами.

Проектирование даже линейной системы управления из условия удовлетворения нескольким критериям является весьма сложной проблемой, поэтому эффективность метода синтеза зависит от вида и числа определяющих оценок, а так же аналитического выражения связывающего эти оценки с параметрами и структурой систем из условия оптимума.

Синтез целесообразно провести по наиболее существенным оценкам, в зависимости от реальных условий работы и предъявляемых требований, тогда остальные являются ограничивающими условиями при решении задачи.

Для многих задач управления можно выделить следующие определяющие оценки, удовлетворение которых гарантирует работоспособность систем управления:

1. Показатели качества процесса управления.

2. Чувствительность показателей устойчивости по отношению к вариациям параметров.

3. Статические ошибки

4. Оценки влияния технических нелинейностей.

Факторы, которые необходимо учитывать при синтезе:

1. Стоимость изготовления.

2. Надежность.

3. Допустимая масса и габариты.

4. Дополнительные требования из условий эксплуатации (вибрация, давление, влажность и т.д.).

С точки зрения свободного выбора параметров устройств, входящих в систему, их можно разделить на две группы:

1. Устройства с не изменяющимися или изменяющимися в некоторых ограниченных пределах параметрах (сам ОУ и некоторые стандартные устройства: привод, усилители мощности и т.д.).

2. Устройства структуру и параметры которых можно менять в широких пределах:

а) усилители уровня сигнала,

б) корректирующие устройства.

По сложности задачи синтеза делятся на 3 категории:

1. Задача выбора параметров системы из условия достижения требуемых показателей качества процесса управления при полностью заданной структуре системы.

2. Задача синтеза корректирующих устройств. Состоит в выборе места включения, определенной структуры и параметров корректирующих устройств.

3. Общая задача синтеза системы. Заключается в определении общей оптимальной структурной схемы, технических средств ее реализации (включаемых в требования к объекту управления), а так же всех характеристик и параметров входящих в систему устройств.

Чем глубже будет решена задача синтеза аналитическим путем, тем меньше будут затраты времени и средств при переходе к экспериментальным исследованиям и окончательной доводке.

Дата добавления: 2015-04-29