Построение наблюдающих устройств разомкнутого и замкнутого типов в одномерной следящей системе. Требование к динамике НУ Луинбергера
Понятие наблюдающего устройства
Рассмотрим решение задачи получения информации о производных выхода системы без непосредственного (с помощью датчиков) измерения этих производных. Такое решение связано с применением наблюдающего устройства.
Наблюдающее устройство представляет электронную модель (электронная аналоговая или цифровая схема) силовой части системы управления, на вход которой подается тот же сигнал управления, что на реальную силовую часть. Такое устройство представляет электронную подсистему в составе системы в целом и функционирует совместно с системой. Пусть такая электронная система реализуется по схеме, из которой можно выделить сигналы, соответствующие всем необходимым производным выхода системы в реальном масштабе времени – то есть в те же моменты времени, в которые изменятся реальные переменные системы. Данные сигналы поступают на входы каналов корректирующих обратных связей системы управления. Рассмотрим особенности динамики такой объединенной системы управления при ее коррекции с помощью наблюдающего устройства.
Система с неявной последовательной коррекцией, реализуемой с помощью наблюдающего устройства (НУ) разомкнутого типа
Структурная схема системы с таким наблюдающим устройством приведена на Рис.3.100 а. Допустим, что на систему воздействует только входной сигнал и начальные условия нулевые.
Преобразуем, структурную схему к виду Рис.3.100 б. Она показывает, что система с рассматриваемым наблюдателем и обратными связями по оценке ее производных эквивалента системе с некоторым последовательным корректирующим устройством.
|
|
|
Определим передаточную функцию следящей системы в разомкнутом состоянии:
Если выполняется условие тождественности ПФ системы и ее модели:
, то система, в отношении входного воздействия будет иметь такие же свойства, как и система с модальным управлением при непосредственном измерении производных выходной координаты с помощью идеальных датчиков, установленных на ее выходном звене.
Однако, такая тождественность свойств распространяется только на динамику в отношении входного воздействия , а само применение НУ сводится к неявному способу реализации метода последовательной коррекции с помощью электронной модели со всеми присущими этому методу недостатками:
- высокая чувствительность к отклонениям параметров системы;
- обратные связи не охватывают внешние возмущения и не проявляют в отношении этих возмущений своих стабилизирующих свойств.
Коррекция системы с помощью наблюдающего устройства замкнутого типа (фильтра Луинбергера)
|
|
|
Рассмотрим особенности коррекции системы на примере линейной стационарной одномерной системы наблюдающим устройством замкнутого типа, построенного по схеме Луинбергера при нулевых начальных условиях и отсутствии внешних возмущений. Структурная схема такой системы приведена на Рис.3.101
Рис.3.101 Одномерная следящая система с наблюдающим
устройством и модальным управлением
На Рис.3.102 изображена преобразованная структурная схема объединения подсистем управления и наблюдения, в которой наблюдающее устройство представлено в виде следящей системы с двумя управляющими воздействиями. Первым входным воздействием является сигнал, измеренный датчиком выходной координаты системы управления. Данное воздействие отслеживается подсистемой наблюдателя. Второе входное воздействие подается на вход электронной модели разомкнутой системы аналогично структуре разомкнутого наблюдателя состояния и в данной подсистеме играет роль компенсирующей связи по входному сигналу. Динамические свойства следящей системы НУ формируются с помощью последовательного корректирующего устройства. Внутренние переменные электронной схемы НУ, являющиеся производными его выходной координаты, применяются для организации многоканальной корректирующей обратной связи.
|
|
|
Предположим, что внешние возмущения отсутствуют и начальные условия нулевые. Выполняя преобразование структурной схемы, приведем ее к виду, изображенному на Рис.3.103
Рис.3.103
Структурная схема(Рис.3.103) показывает, что подсистема НУ построена по принципу комбинированного регулирования. При равенстве 
, ошибка НУ, вызванная входным воздействием, равна нулю. Структурно, это позволяет перенести точку ответвления корректирующей связи перейти к эквивалентной структуре (Рис.3.104).
Рис.3.104 Объединение подсистем управления и наблюдения при выполнении «принципа разделения» [W0=W0M]
Таким образом, при выполнении условия идеального «электронного копирования» объекта управления , объединение подсистем сводится к их последовательному соединению , подсистема наблюдения не влияет на подсистему управления. Выполнение данного принципа позволяет, при проектировании такой системы рассчитывать подсистемы как независимые.
Выводы
1.Формирование динамические свойства следящей системы НУ, при рассмотренных условиях решения задачи и выполнении принципа разделения, ограничено только задачей устойчивости.
|
|
|
2. При ненулевых начальных условиях возникает дополнительная составляющая динамической ошибки системы – свободная составляющая ошибки наблюдения. Помимо этого присутствует и ошибка от внешних возмущений. Для уменьшения свободной составляющей ошибки наблюдения существенное значение имеет полоса пропускания НУ, а для уменьшения ошибки НУ, вызванной внешними возмущениями «область усиления» контура НУ. Для снижения роли свободной составляющей ошибки практически ограничиваются выбором полосы пропускания НУ приблизительно в 3 раза большей полосы пропускания системы управления. Данные соображения используются при формировании желаемой характеристики наблюдателя.
3. В одномерных системах управления расчет наблюдающего устройства может быть выполнен с помощью ЛЧХ
4. При отличии параметров модели и объекта управления, что соответствует реальной ситуации применения НУ, в контуре управления появляется динамическое звено, учитывающее инерционные свойства подсистемы наблюдения. Подсистемы становятся связанными. Динамика НУ влияет на устойчивость системы управления.
5.Реальное значение полосы пропускания подсистемы наблюдения во многом определяется присутствием высокочастотных шумов, содержащихся во входных воздействиях наблюдателя (внутренние шумы контура управления, шумы датчика выходной координаты). Более того, - они требуют применения дополнительных средств фильтрации помех. Эти средства реализуются с помощью методов оптимальной фильтрации, реализованных в фильтре Калмана-Бьюси, который, в этом смысле, является логическим развитием наблюдающего устройства Луинбергера.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 597; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!