Разработка фаззи-управления для силовых следящих электроприводов

• Автор: Конакова, Екатерина Сергеевна
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. РЕДУКТОРНЫИ СЛЕДЯЩИЙ электропривод как объект Л] УПРАВЛЕНИЯ
1.1. Класс тихоходных редукторных СЭП и его особенности
1.2. Фаззи-управление
1.3. Расчетная модель редукторных СЭП с фаззи-управлением
1.4. Выводы
2. МЕТОДИКА СИНТЕЗА ФАЗЗИ-РЕГУЛЯТОРОВ ПОЛОЖЕНИЯ СЭП
2.1. Общие рекомендации построения алгоритма фаззи-управления
2.2. Процедура синтеза фаззи-регуляторов для контура положения СЭП
2.3. Выводы
3. ФАЗЗИ-УПРАВЛЕНИЕ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СЭП АНТЕННЫХ УСТАНОВОК
3.1. Режимы работы и параметры СЭП антенных установок
3.2. Стабилизация режимов позиционирования.
3.3. Стабилизация отработки ветровых порывов.
3.4. Выводы
4. РЕАЛИЗАЦИЯ ФАЗЗИ-РЕГУЛЯТОРОВ ПОЛОЖЕНИЯ СЭП
4.1. Способы реализации алгоритмов фаззи-управления

ВВЕДЕНИЕ
Среди следящих электроприводов (СЭП) различного исполнения и применения можно выделить группу редукторных СЭП, которые характеризуются мощностью от единиц Вт до десятков кВт, скоростью слежения от одной угловой минуты в секунду до 15-ь20 градусов в секунду, резонансной частотой подвижной части 1.5-ь 5 Гц. К установкам данной группы относят поворотные антенные установки, радиотелескопы, солнечные печи и гелиостаты с прямым наведением на объект слежения, некоторые типы манипуляторов, роботов и других установок с режимами слежения и позиционирования. При использовании двигателей постоянного тока во многих СЭП данной группы применяется система управления с подчиненным регулированием координат, причем такая структура с регуляторами момента (тока) и скорости может сохраняться и при переходе в настоящее время на вентильные двигатели или частотно-управляемые асинхронные двигатели.
СЭП данной группы достаточно исследованы [4], [14], [7]. Однако задача улучшения динамических и точностных показателей решалась традиционными средствами управления применительно к линейной структуре электропривода и режимам слежения. Но кроме плавного режима слежения в установках рассматриваемой группы существуют режимы отработки больших воздействий: режимы "переброса", "поиска", переключения способа управления, а также режимы отработки резких изменений активного момента нагрузки. Резонансные механические колебания рабочего органа, возникающие в СЭП с низкими рабочими скоростями в режимах больших воздействий, практически не демпфируются электроприводом из-за слабой электромеханической связи. Система управления с типовой структурой не справляется с этими колебаниями. Снизить колебательность при данной структуре можно снизив добротность системы, т. е. коэффициент усиления регулятора положения, но это повышает ошибку слежения.

Известны корректирующие средства, демпфирующие резонансные механические колебания в линейной двухмассовой электромеханической системе (ЭМС) [15], что позволяет снизить колебательность в линейном СЭП без снижения его добротности. Однако линейные корректирующие средства оказываются недостаточно эффективными для рассматриваемого класса СЭП, которые обладают существенными нелинейностями из-за механических люфтов, насыщения регуляторов и силового преобразователя. Данные нелинейности снижают устойчивость СЭП и повышают ошибки в его работе. При этом наиболее неблагоприятное воздействие оказывает люфт редукторных передач. Для его устранения высокоточные СЭП выполняются о люфтовыбирающими устройствами [2], [11]. Однако это весьма усложняет и удорожает конструкцию установки и полностью не устраняет люфт, который с течением времени эксплуатации возрастает.
В связи с этим актуальна задача стабилизации движения во всех режимах и повышения точности нелинейных СЭП при сохранении структуры подчиненного регулирования путем ее дополнения более эффективными специальными управляющими средствами.
В настоящее время получил распространение и развивается новый нетрадиционный способ управления, основанный на фаззи-логике. Такой способ управления имеет дело не с отдельными числовыми данными, а с числовыми массивами - фаззи-множествами, что делает систему «робастной» (малочувствительной к изменениям параметров). Фаззи-управление позволяет реализовать практически любой, в том числе и нелинейный алгоритм, который может потребоваться для стабилизации системы при больших воздействиях.
В области электропривода большое количество работ посвящено адаптивным фаззи-регуляторам [17] , [22] или применению фаззи-логики для адаптации традиционных регуляторов в условиях изменения параметров установки [21] или при возмущающих воздействиях

2. МЕТОДИКА СИНТЕЗА ФАЗЗИ-РЕГУЛЯТОРОВ ПОЛОЖЕНИЯ СЭП
2.1. Общие рекомендации построения алгоритма фа пи-управления
Для традиционных регуляторов алгоритм заранее известен и определяется математическим описанием преобразования входного сигнала в выходное управляющее воздействие (пропорциональное, пропорционально-интегральное, пропорционально-дифференциальное и другие преобразования). В задачу синтеза таких регуляторов входит лишь определение соответствующих коэффициентов передач известными линейными методами последовательной или параллельной коррекции. Для фаззи-регулятора (ФР) алгоритм заранее неизвестен и его составление при нескольких входах представляет собой непростую, нетривиальную задачу, решаемую итерационным способом с применением вычислительной техники. В публикациях чаще всего не рассматриваются вопросы синтеза фаззи-регуляторов ([12], [17], [21] и др.), однако по рассмотренным статьям можно выделить несколько общих рекомендаций для синтеза фаззи-регулятора.
Фаззи-регулятор должен иметь минимум две входные переменные, В большинстве случаев фаззи-регулятор имеет две входные и одну выходную переменную. Минимальное количество фаззи-множеств по каждой переменной - два. С увеличением количества фаззи-множеств для входных и выходных переменных качество управления улучшается. Практически оказывается достаточным пять или семь фаззи-множеств для каждой переменной. Фаззи-множества выражаются функциями принадлежности наиболее простой и часто применяемой треугольной формы. Если в процессе регулирования переменная может принимать значения больше и меньше установившегося, то фаззи-множества должны располагаться симметрично относительно этого значения (при регулировании по отклонению - относительно нуля). Если фаззи-множества по обеим входным переменным расположены