Кафедра301 Рациональное управление объектами теория и приложения

Проведенные исследования показали, что сервопривод при изменении параметров (зоны нечувствительности, насыщения, коэффициента усиления функциональных элементов) не решает поставленную задачу позиционирования, а принцип управления (по отклонению) не является эффективным, поскольку при изменении параметров элементов системы не способен обеспечить требуемые показатели качества функционирования системы управления.

В связи с этим появляется возможность исследования нового принципа управления – по диагнозу [5, 6]. Первый этап реализации принципа управления – обнаружение наличия в системе автоматического управления нештатной ситуации [4].

Основная идея принципа обнаружения нештатной ситуации в сервоприводе показана на рисунке 7.35.

Рисунок 7.35 – Схема обнаружения нештатной ситуации в системе

Необходимо сформировать эталонные модели сервопривода и реального сервопривода, на которые воздействуют различные дестабилизирующие воздействия (Di), приводящие к изменениям параметров сервопривода. На вход разработанных моделей подается одинаковое задающее воздействие, а между выходным сигналом реального сервопривода (ϕ (t)) и его эталонной моделью

(ϕˆ (t)) определяется разностный сигнал (Δϕ (t)), поступающий на вход

алгоритма обнаружения нештатной ситуации и формирующий сигнал о наличии или отсутствии нештатной ситуации («0» – нештатной ситуации не возникло; «1» – нештатная ситуация возникла).

Схема моделирования сервопривода 15Л464 с использованием алгоритма обнаружения нештатной ситуации в среде Matlab/Simulink, представляющая собой объект экспериментального исследования, показана на рисунке 7.36.

270

Экспериментальный объект исследования включает в себя:

1)модель сервопривода с нелинейными элементами, позволяющую изменять параметры нелинейностей;

2)эталонную модель сервопривода, которая функционально и параметрически полностью отражает структуру сервопривода в номинальном режиме;

Рисунок 7.36 – Машинная модель экспериментального объекта

3) блок обнаружения, состоящий из алгоритма обнаружения установившегося режима функционирования системы и алгоритма обнаружения наличия в модели сервопривода нештатной ситуации.

Как правило, сервопривод выполняет свою функцию при наличии возмущающего воздействия – нагрузки. Таким образом, в алгоритме обнаружения наличия нештатной ситуации в сервоприводе необходимо предусмотреть, чтобы алгоритм не воспринимал нагрузку на электродвигатель как нештатную ситуацию.

Поскольку действие нагрузки на вал электродвигателя приводит к появлению переходных процессов в системе, то был сформирован блок обнаружения установившегося режима (рисунок 7.37), который в интервале времени от tn до tn+k позволит в дальнейшем при анализе наличия нештатной ситуации исключить моменты времени, когда система находится в переходном режиме.

271

Рисунок 7.37 – Блок обнаружения установившегося режима

На рисунке 7.38 приведена блок-схема предложенного алгоритма.

Начало

uД (tn ) − uД (tn −1)					> εДОП			Нет
			Да
	Переходный						Установившийся
	процесс							процесс
	Конец

Рисунок 7.38 – Блок-схема алгоритма определения установившегося режима

Алгоритм работает таким образом: сравниваются два соседних значения

выходного сигнала датчиков tn, tn+1 и определяется их разность								tn, а модуль
сравнивается			с			допустимым	значением	погрешности
εдоп:		uд (tn )− uд (tn+1)			< εдоп .	Если разность сигналов не превышает допустимого

значения, то формируется сигнал о наличии в системе установившегося режима функционирования – «1»; если разность превышает допустимое значение, то вырабатывается сигнал о наличии в системе переходного режима – «0».

Из рисунка 7.39 видно, что при сравнении сигналов датчика в моменты времени t1 и t2 сигнал рассогласования находится в пределах допустимой ошибки

272

uд (t1)− uд (t2 ) < εдоп , однако при сравнении сигналов в моменты времени t3 и t4 он превышает допустимое значение погрешности uд (t3)− uд (t4 ) > εдоп .

uД ,В

uдуст

t t		t	t	t5 t6
1	2	3	4

Рисунок 7.39 – Способ обнаружения установившегося режима в сервоприводе

На рисунке 7.40 показана блок-схема алгоритма обнаружения нештатной ситуации в сервоприводе.

Нет

Рисунок 7.40 – Блок-схема обнаружения нештатной ситуации в сервоприводе

273

< δдоп . Если

На рисунке 7.41 изображена схема моделирования для обнаружения нештатной ситуации в сервоприводе 15Л464.

Рисунок 7.41 – Внешний вид разработанной схемы для обнаружения нештатной ситуации в сервоприводе 15Л464

Алгоритм работает таким образом. При формировании на входе сигнала о наличии в системе установившегося режима сигнал рассогласования показаний датчика угла поступает на блок сравнения, в котором происходит сравнение модуля данного сигнала с допустимым значением погрешности uд

значение сигнала рассогласования превышает допустимое значение погрешности, то формируется сигнал «1», если не превышает – «0».

На рисунке 7.42 показан ряд дискретных сигналов рассогласования.

Рисунок 7.42 – Ряд дискретных сигналов рассогласования

Сформированный массив из единиц и нулей поступает на блоки подсчета количества «1» (рисунок 7.43), количества «0» (рисунок 7.44) и общего количества полученных значений.

274

Рисунок 7.43 – Блок подсчета количества «1»

Рисунок 7.44 – Блок подсчета количества «0»

В результате формируются значения, соответствующие подсчитанному количеству единиц N1 и общему количеству выполненных измерений Nобщ. На следующем этапе работы алгоритма количество единиц N1 сравнивается с выбранным допустимым значением Nд, равным 90 % от общего количества полученных точек Nд = 0,9Nобщ, и формируется окончательное решение: N1 < Nд. Если количество «1» превышает допустимое значение, то в системе возникла нештатная ситуация, если не превышает – нештатная ситуация не возникла. На выходе алгоритма формируется сигнал, который несет в себе информацию о результатах работы алгоритма: «1» – в системе присутствует нештатная ситуация, «0» – в системе отсутствует нештатная ситуация.

7.8 Исследование алгоритмов обнаружения нештатных ситуаций

Проведены исследования при изменении параметров каждого из функциональных элементов сервопривода 15Л464, таких, как зона нечувствительности, коэффициенты передачи, люфт. На рисунке 7.45 показан результат работы алгоритма по обнаружению нештатной ситуации в сервоприводе 15Л464 при увеличении зоны нечувствительности двигателя [-4; 2].

275

а

б

t, c

в г

Рисунок 7.45 – Результат вычислительного эксперимента при увеличении зоны нечувствительности двигателя [-4; 2]:

а– переходный процесс в сервоприводе; б – сигнал ошибки;

в– срабатывание ключей реагирования на переходный процесс

иустановившийся режим; г – результат обнаружения нештатной ситуации

276

На рисунке 7.46 показан результат исследования алгоритма при изменении зоны нечувствительности усилителя мощности [-0,25; 0,25].

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5 4

4,5

t, c

а

1

0,5

0

-0,5

-1

-1,5

-2

0

5

10

15

20

25

б

t, c

в

г

Рисунок 7.46 – Результат вычислительного эксперимента при изменении зоны нечувствительности усилителя мощности [-0,25; 0,25]:

а– переходный процесс в сервоприводе; б – сигнал ошибки;

в– срабатывание ключей реагирования на переходный процесс

иустановившийся режим; г – результат обнаружения нештатной ситуации

277

На рисунке 7.47 показан результат работы алгоритма по обнаружению нештатной ситуации в сервоприводе 15Л464 при изменении зоны нечувствительности усилителя мощности [-1; 1].

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 t, c

а

б

t, c

в

г

Рисунок 7.47 – Результат работы алгоритма по обнаружению нештатной ситуации в сервоприводе при изменении зоны нечувствительности усилителя мощности:

а– переходный процесс в сервоприводе; б – сигнал ошибки;

в– срабатывание ключей реагирования на переходный процесс

иустановившийся режим; г – результат обнаружения нештатной ситуации

278

На рисунке 7.48 показан результат работы алгоритма при изменении параметра люфта редуктора = 0,2.

φ, град

50

40

30

20

10

0

1

2

3

4

t, с

а

φ, град

0,09

0,07
0,05
0,03
0,01
0	5	10	15	20	25	t, c

б

	t, c
в	г

Рисунок 7.48 – Результат работы алгоритма обнаружения при изменении люфта редуктора = 0,2:

а– переходный процесс в сервоприводе; б – сигнал ошибки;

в– срабатывание ключей реагирования на переходный процесс

иустановившийся режим; г – результат обнаружения нештатной ситуации

279