Методы синтеза оптимальных по быстродействию объемных гидроприводов и следящих электроприводов постоянного тока

Содержание



Введение

Глава 1. Базовый метод синтеза оптимальных по быстродействию систем управления

1.1. Выделение базовой системы и метод учета динамики звеньев, содержащих малые постоянные времени

1.2. Условия оптимальности для объектов с ограничителями при наличии ( фазовых ограничений

1.3. Выводы по главе

Глава 2. Оптимизация по быстродействию объемного силового гидропривода

2.1. Математическая модель гидропривода

2.2. Синтез оптимального по быстродействию базового закона управления

2.3. Оптимальный по быстродействию автономный гидропривод

2.4. Формирование оптимального по быстродействию закона управления для неавтономного гидропривода

2.5. Выводы по главе

Глава 3. Синтез оптимального по быстродействию объемного силового гидропривода при задании фазового ограничения на потребляемую мощность

3.1. Формирование допустимой области для базовой модели

3.2. Обоснование оптимального базового закона управления

3.3. Учет в оптимальном базовом законе управления динамики звеньев с малыми постоянными времени

3.4. Оптимальный закон управления для неавтономного гидропривода

3.5. Выводы по главе

Глава 4. Синтез оптимального по быстродействию следящего электропривода постоянного тока

4.1. Оптимальный по быстродействию базовый закон управления автономным электроприводом

4.2. Учет в оптимальном базовом законе звена с малой постоянной времени

4.3. Синтез оптимального базового закона управления следящим электроприводом

4.4. Формирование оптимального закона управления следящим электроприводом

4.5. Выводы по главе

Заключение

Литература



Введение

Задача оптимизации реальных технических систем по быстродействию представляет особый интерес для специалистов по автоматическому управлению. Оптимальные по быстродействию законы управления обеспечивают минимальную длительность переходных процессов, а сами переходные процессы, как правило, не имеют перерегулирования. Кроме того, оптимальные по быстродействию системы, если оптимизация выполнялась по классической схеме, характеризуются высокой точностью слежения.

Объектами настоящего исследования являются силовой гидравлический привод с объемным регулированием скорости и электрический привод постоянного тока. Указанные приводы широко используются в качестве исполнительных элементов технических систем, к ним предъявляются высокие требования по быстродействию, точности режима слежения, качеству переходных процессов. Это предопределяет важность разработки методов оптимизации гидравлического и электрического приводов по быстродействию, что и является целью настоящей диссертации.

Значительный вклад в развитие теории проектирования гидроприводов внесли Н.С. Гамынин [20, 21, 22], В.Н. Прокофьев [61, 28]. Задачи оптимизации динамических характеристик рассматривались в работах Б.В. Новоселова, В.А. Полковникова [31, 56]. Работы по синтезу и оптимизации объемных гидроприводов на протяжении длительного периода времени ведутся на кафедре систем автоматического управления (САУ) Тульского государственного университета под научным руководством д.т.н., проф. Н.В. Фалдина и д.т.н., проф. H.H. Макарова. Разработке оптимального по быстродействию управления для гидравлического привода посвящены работы С.О. Варнавского и Х.Ч. Киена.

В рабо тах Х.Ч. Киена [87, 91] используется локальный метод синтеза, т.е. полученный закон управления является оптимальным по быстродействию для некоторого класса начальных условий. Однако практика показывает, что предположение о принадлежности начальных условий определенному классу не всегда реализуется. В диссертации решена задача синтеза оптимального по быстродействию закона управления гидроприводом при любых (допустимых) начальных условиях.

В работах С.О. Варпавского [14, 15] рассматривается так называемая магистральная оптимизация, которая позволяет обеспечить близкую к оптимальной длительность переходных процессов только при больших начальных рассогласованиях по углу (не менее п!2 рад.). При малых начальных рассогласованиях переходные процессы существенным образом отличаются от оптимальных.

В диссертации задача оптимизации по быстродействию объемного силового гидропривода решена в двух вариантах. В первом варианте закон управления ориентирован на отработку любых (допустимых) начальных условий. Во втором, более сложном случае, на фазовый вектор дополнительно накладывается фазовое, т.е. обеспечиваемое средствами управления, ограничение потребляемой мощности.

Гидропривод как объект управления представляет собой сложную нелинейную систему высокого (десятого) порядка. Эти особенности (наличие ограничителей и высокий порядок системы) обусловливают сложность процедуры синтеза. Для получения сравнительно простых оптимальных законов управления в диссертации используется предложенный Н.В. Фалдиным базовый метод синтеза. Базовый метод позволяет преодолеть указанные трудности процедуры синтеза. В работе показано, что базовый метод может использоваться как при наличии в объекте ограничителей, так и при задании ограничений на фазовые переменные.



Глава 2. Оптимизация по быстродействию объемного силового гидропривода

2.1. Математическая модель гидропривода

Гидроприводом называется совокупность устройств, в которую входят один или несколько гидродвигателей и которая предназначена для приведения в движение механизмов и машин с помощью рабочей жидкости под давлением [20, 21].

Одно из главных достоинств гидравлических приводов - высокий уровень напряжения (давления) рабочей среды (жидкости), создающей крутящий момент на роторе гидравлической машины. Кроме того, момент инерции ротора гидравлической машины значительно меньше, чем ротора электрической машины. В результате отношение полезного крутящего момента к моменту инерции ротора в гидравлическом приводе на порядок больше, чем в электрическом приводе.

Помимо гидродвигателя гидропривод состоит из устройств управления (гидрораспределителя), источника питания (насоса с приводящим двигателем), гидроаппаратов, кондиционеров рабочей жидкости, гидроемкостей и гидролиний. Насос преобразует механической энергию в гидравлическую, а гидродвигатель совершает обратное преобразование энергии потока жидкости в энергию движения выходного звена.

Блок схема гидравлического привода представлена на рис. 2.1.