3.6. Адаптивні системи керування ЕП. Безпошукові та пошукові системи

керування

Принципи побудови адаптивних систем управління ЕП

У процесі експлуатації ЕП змінюються

їх динамічні і статичні характеристики через модифікації параметрів (опорів резисторів, індуктивностей, коефіцієнтів підсилення і передачі), а також впливів, що задають та збурюють. Змінюються також характеристики передавальних приладів і самі об’єкти управління. Ці модифікації частіше заздалегідь невідомі, й інформація про них у процесі експлуатації неповна.
Відзначимо, що розглянуті раніше розімкнуті і замкнуті системи управління електроприводами належать до таких систем, у яких модифікація характеристик і неповнота інформації незначні й істотно не впливають на досягнення мети управління, а тому можуть не враховуватися.
Зміну характеристик не можна врахувати заздалегідь, бо вони змінюються безперервно. Тому враховувати зміни повинна сама система управління ЕП у процесі роботи, безперервно поповнюючи інформацію про ЕП і об’єкти керування та використовуючи її для управління. Такі системи управління ЕП пристосовуються в процесі роботи до умов, що виникають, тобто адаптуються, тому їх називають адаптивними.

характеристик і поповнення інформації про об’єкт у процесі роботи. Тут

є деяка “дуальність” управління: система сама визначає поточну інформацію про об’єкт і використовує її для оптимального управління об’єктом.
В адаптивних системах управління ЕП керуючі впливи або алгоритми управління автоматично змінюються з метою здійснення кращого в якомусь сенсі управління об’єктом.
На рис.3.12 представлена найпростіша функціональна схема адаптивної системи управління ЕП із мінливістю характеристик і неповною інформацією, що дозволить описати принцип роботи адаптивної системи управління. В схемі зазначено: КП – керуючий пристрій; ОУ – об’єкт управління; ПА – пристрій адаптації; f – перешкоди; u, v – сигнали управління; x, y – вхідний і вихідний сигнали.
Принцип дії найпростішої адаптивної системи полягає в тому, що вона має заданий критерій якості і повинна змусити об’єкт управління працювати так, щоб виконувався екстремум критерію якості.
В адаптивній системі основна роль належить пристрою адаптації ПА, що одержує сигнали входу х і виходу у, а також сигнал управління об’єктом u. Ці сигнали можуть мати високу вимірність і служать для підрахунку значень критерію якості. ПА виробляє сигнал v, що також може мати високу вимірність і управляти КП таким чином, щоб при певних значеннях сигналу х, за наявності зворотного зв’язку по у і будь-якої складності перешкод f, одержувати в кожний момент часу в об’єкті відпрацювання з екстремальним значенням показника якості (продуктивності, собівартості й ін.).

характеристика об’єкта

і самі організуються. В системах управління, що самі настроюються, пристрій

адаптації на основі зібраної інформації про вхідні х, вихідні у і керуючі сигнали u подає команди в КП на модифікацію вставок або параметрів регуляторів таким чином, щоб досягти заданої мети управління. В системах управління, що самі організуються, поряд із цим виробляється модифікація структури системи так, щоб здійснити мету управління.
У системах управління, що самі настроюються, метою управління може бути, наприклад, досягнення екстремуму деякого статичного показника якості, причому положення екстремуму, зумовлене координатами, що контролюються системою управління, і неконтрольованими впливами, що збурюють, може в процесі експлуатації змінюватися невизначеним чином. У таких системах для досягнення мети управління й роботи в області екстремуму керуючий пристрій змінює відповідним чином завдання регуляторів системи.
Метою управління може бути і досягнення динамічного показника якості, що характеризує динамічні властивості управління ЕП. Звичайно це функціонал, що залежить від координат і параметрів системи, наприклад, один з інтегральних критеріїв похибки. В цьому випадку досягнення екстремуму показника якості забезпечується автоматичною зміною параметрів системи управління (коефіцієнтів підсилення, постійних часу регуляторів і зворотних зв’язків). Такі системи називають системами з приладами, що самі настроюються та корегують.

види систем, що самі настроюються з динамічним показником якості. В

безпошукових адаптивних системах на основі наявної інформації створюється еталонна модель об’єкта, що забезпечує роботу системи з показником якості, що потрібний. В пошукових адаптивних системах інформація про об’єкт не повна і заздалегідь отримана бути не може, а повинна бути встановлена в процесі роботи.

Безпошукові адаптивні системи управління ЕП
У безпошукових адаптивних системах управління показник якості, що потрібна, досягається за допомогою еталонної моделі об’єкта управління. Така модель створюється на основі заздалегідь відомої інформації про об’єкт і включається в адаптивну систему управління, як показано на рис.3.13,а. Еталонна модель (ЕМ) уходить у пристрій керування КП, але для наочності на рис.3.13 винесена з нього.

Модель управляється сигналом vм із приладу адаптації. Вона також одержує сигнал керуючих впливу uм, що йде від сигналу u, але через КП. Вихідним сигналом моделі є сигнал ум, що надходить на вхід КП. Модель виконує функції пристрою, що корегує, за сигналами якого КП змінює характеристики системи. Модель створюється за відомим показником якості об’єкта, причому бажано, щоб показники моделі й об’єкта були близькі. Одна зі схем включення моделі наведена на рис.3.13,б. На модель ЕМ і на об’єкт ОУ подається один задавальний сигнал х, що характеризує необхідний показник якості об’єкта. В процесі роботи системи вихідні сигнали моделі ум і об’єкта у, що характеризують показники якості відповідно до моделі та об’єкта, порівнюються підраховувачем критерію відповідності (ПКВ) моделі об’єкта.

виробляє вплив v, пропорційний відхиленню у від ум, і подає

його на керуючий пристрій КП, що в свою чергу подає відповідний сигнал uу на регулятор Р системи управління об’єктом. Регулятор змінює (корегує) керуючий сигнал об’єкта u, в результаті чого об’єкт змінює свій вихідний сигнал у, наближуючи його до еталонного сигналу моделі ум. Таке самонастроювання системи зі зміною параметрів регулятора називається параметричною.
Сигнали КП, що корегують у таких системах, можуть подаватися не на регулятор, а на вхід системи управління об’єктом, як показано на рис.3.14,а; в цьому випадкові параметри регулятора не змінюються. Така самонастройка називається сигнальною.
У безпошукових адаптивних системах здійснюється стабілізація динамічних властивостей ЕП. Тому еталонна модель може бути подана у вигляді динамічної ланки з певною передавальною функцією. ПКВ при цьому повинен одержувати інформацію або безпосередньо про динамічні характеристики об’єкта управління, або визначити її побічно за можливими координатами, що вимірюються. При безпосередньому вимірюванні у й ум ПКВ може виконувати роль суматора, що визначає відхилення ∆у = ум – у.

Адаптивну систему з параметричною настройкою можна уявити спрощеною структурною схемою на рис.3.14,а, а із сигнальною настройкою – структурною схемою на рис.3.14,б. Для з’ясування дії моделі розглянемо схему із сигнальною настройкою (рис.3.14,б).

параметричній самонастройці; б – при сигнальній настройці

Їх вихідні сигнали у і ум порівнюються із суматором AW2,

що виконує роль ПКВ, а їх різниця ∆у = ум – у подається у вигляді сигналу зворотного зв’язку uу на вхід системи управління об’єктом за допомогою суматора AW3.
Передавальна функція такої системи має вигляд

(3.34)

де

– передавальні функції відповідно об’єкта управління, моделі і ланцюга зворотного зв’язку.

Якщо забезпечити високий коефіцієнт зворотного зв’язку, то одиницею в
доданках числівника і знаменника порівняно з

можна знехтувати.

Тоді

або

(3.35)

динамічними властивостями моделі.
Роботу адаптивної системи управління, що сама настроюється, з

моделлю розглянемо на прикладі системи управління швидкістю двигуна постійного струму, структурна схема якої наведена на рис.3.15. Показниками якості динамічного процесу двигуна є швидкість двигуна і її перша й друга похідні. Тому вихід еталонної моделі подає сигнали, що визначають бажане значення швидкості uс,м, її першої с,м та другої похідних.

Вихідні сигнали об’єкта – тиристорного ЕП постійного струму – також характеризують швидкість двигуна

, її першу й другу похідні. Сигнал, пропорційний швидкості двигуна, знімається з тахогенератора, а сигнали, пропорційні першій і другій похідним, забезпечуються приладом, що називається спостерігачем, на який подається сигнал завдання швидкості Uзс і сигнал зворотного зв’язку за швидкістю, що характеризує швидкість двигуна. Вихідні сигнали моделі порівнюються з вихідними сигналами об’єкта суматорами AW1 – AW3. Відповідні сигнали

з урахуванням своїх вагових коефіцієнтів

підсумовуються суматором AW4 в

єдиний сигнал самонастроювання .

Цей сигнал через пристрій, що обмежує Аобм,

подається на вхід системи управління ЕП (суматор AW), створюючи контур сигнальної самонастройки, що компенсує зміни параметрів об’єкта, пов’язані з режимами роботи тиристорного перетворювача.

настроюється,
з еталонною моделлю

спостерігачем забезпечує оптимальні перехідні процеси з одним коливанням, мінімальним перерегулюванням

і високою швидкодією системи при впливах, що задають та збурюють.
Прикладом системи, що сама настроюється, з параметричною самонастройкою може служити система з адаптивним регулятором струму, що сам настроюється (АРС), функціональна схема якого наведена на рис.3.16,а.

Така АРС застосовується в тиристорних ЕП постійного струму з підлеглим регулюванням координат. У цих системах ПІ – регулятор струму, що приймається, вибирається при роботі ЕП у режимі безперервних струмів. Передавальна функція ПІ – регулятора струму – має вигляд

(3.36)

Де R

активний опір ланцюга якоря П –Д у режимі без ервного струму, рівний сумі опорів перетворювача і двигуна;

коефіцієнти підсилення перетворювача й зворотного зв’язку за струмом;

коефіцієнт підсилення та постійна часу РТ.