Параметрический синтез регуляторов в системах с широтно-импульсной модуляцией по методу разделения движений

• Автор: Соловьев, Андрей Леонидович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 190 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

С ШИРОТНОИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

1.1. Введение.

1.2. О задаче синтеза алгоритмов автоматического микропроцессорного регулирования.

1.2.1. Цели и задачи.

1.2.2. О выборе метода синтеза

1.2.3. Оценки качества переходных процессов в дискретных системах.

1.3. Системы с ШИМ.

1.3.1. Виды широтноимпульсной модуляции.

1.3.2. Математические модели систем с ШИМ
1.3.3. Аппроксимация систем с ШИМ
1.3.4. Линеаризация систем с ШИМ.
1.3.5. Устойчивость систем с ШИМ.
1.4. Разделение движений в дискретных системах.
1.4.1. Принцип локализации.
1.4.2. Методики разделения движений
1.5. Постановка задач исследования.
1.6. Выводы
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РАЗДЕЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЙ В ЛИНЕЙНЫХ ДИСКРЕТНЫХ СИСТЕМАХ С КОНЕЧНЫМ ШАГОМ ДИСКРЕТИЗАЦИИ.
2.1. Введение
2.2. Разделение движений в системах с регулятором
2.3. Преобразования характеристических полиномов и их корневых годографов
2.3.1. Конечные разности.
2.3.2. Дискретные системы на гплоскости.
2.3.3. Билинейное преобразование.
2.4. Коэффициенты дискретного регулятора, обеспечивающего разделение движений
2.5. Методика разделения движений
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНОЙ ЧАСТИ СИСТЕМЫ С ШИМ В ДИСКРЕТНУЮ СИСТЕМУ.
3.1. Введение
3.2. Выбор тактовой частоты
3.3. Установившиеся режимы объектов управления с ШИМ.
3.4. Эквивалентное математическое описание переходных режимов с постоянным сигналом управления
3.5. Построение эквивалентной нелинейной дискретной модели объекта управления с применением аппроксимации
3.6. Методика построения эквивалентной нелинейной дискретной модели ШИМ.
3.7. Выводы.
ГЛАВА 4. СИНТЕЗ РЕГУЛЯТОРОВ МЕТОДОМ РАЗДЕЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЙ В СИСТЕМАХ С ШИРОТНОИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
4.1. Введение.
4.2. Выбор структуры регулятора.
4.2.1. Выбор структуры полиномов
4.2.2. Выбор соотношения числа больших и
малых по модулю корней.
4.3. Выбор положения рабочей точки для линеаризации
4.3.1. Распределение корней характеристического полинома замкнутой системы с ШИМ при изменении рабочей точки.
4.3.2. Приближенное определение областей распределения
корней.
4.4. Методика расчета регулятора
4.5. Исследование чувствительности системы к изменениям параметров объекта
4.6. Рекомендации по разработке алгоритма учета ограничений на управляющий сигнал
4.7. Выводы.
ГЛАВА 5. АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ МОДУЛЕМ В ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЕ С ШИМ.
5.1. Введение
5.2. Математическая модель термоэлектрического модуля
5.3. Экспериментальное определение параметров модели.
5.4. Выбор тактовой частоты
5.5. Синтез алгоритмов управления
5.6. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В современных системах цифровой обработки сигналов широко используются специальные микросхемы - сигнальные процессоры, многие из которых имеют встроенные аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Встроенные ЦАП могут осуществлять широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) выходного сигнала. Для построения цифровых регуляторов на базе сигнальных процессоров, являющихся функционально законченными устройствами, необходимо лишь запрограммировать алгоритм управления. Типичная схема системы автоматического регулирования, построенная на основе сигнального процессора, представлена на рис. Здесь сигнал задания V, сигнал обратной связи у, преобразованный в цифровую форму с помощью АЦП, поступают в блок цифровой обработки (регулятор Р). Регулятор Р генерирует управляющее воздействие и, которое передается на регулирующий орган непрерывного объекта О через ШИМ. Для удобства разработки алгоритма управления последовательно соединенные ШИМ, О и АЦП объединяются в один блок и считаются одним дискретным объектом управления (ОУ). В настоящее время регуляторы с ШИМ находят применение в различных преобразователях электрической энергии. В том числе высокую точность, эконо мичность, стабильность параметров и простоту наладки. Рис. Вместе с тем, подобные системы не лишены недостатков. Применение ШИМ позволяет существенно повысить КПД, однако вносит в контур регулирования дополнительные нелинейности, кроме того, мощные транзисторные ключи имеют ограничение на максимальную частоту переключения. Между точностью и скоростью аналого-цифрового преобразования также существует противоречие [, 4]. Точность преобразования АЦП определяется количеством разрядов. Чем больше разрядов АЦП, тем больше требуется времени на преобразование (табл. Таблица 1. Опыт проектирования цифровых систем силонагружения [,] и стабилизации температуры полупроводниковых лазеров [8, -] показывает, что основное затруднение, возникающее при разработке алгоритмов управления - это ограничение на период дискретизации, который определяется совокупным быстродействием всех функциональных преобразователей, составляющих цифровой регулятор. Затруднение заключается в том, что подавляющее большинство методов синтеза регуляторов предполагают возможность выбора сколь угодно малого периода дискретизации, в то время как на практике период дискретизации чаще всего является фиксированной величиной. Таким образом, при проектировании системы управления необходимо учитывать ряд факторов в различных областях знаний, включая основы электроники, схемотехники и теории автоматического регулирования. Схемотехнические решения определяются используемой элементной базой практически полностью. Выбор же алгоритма управления и его реализация по-прежнему могут быть отнесены к разряду научно-исследовательских задач. Основное содержание данной диссертации посвящено разработке алгоритмов управления непрерывными объектами при использовании ШИМ в качестве ЦАП. Вопросы синтеза устройства управления тесно связаны с вопросами оценки качества регулирования. Для синтеза алгоритма необходимо определить цель регулирования и способ оценки меры близости полученного решения к желаемому. Прямые и точные указания по синтезу регуляторов для нелинейных систем практически невозможно сформулировать. При этом исследуется линейная часть системы, что позволяет использовать частотные характеристики. Исключение составляет метод локализации. Применение специальной структуры регулятора позволяет охватить нелинейные блоки отрицательными обратными связями с большими коэффициентами и компенсировать тем самым влияние нелинейностей. Такой подход дает возможность задавать желаемое качество регулирования в виде линейной эталонной модели (дифференциального уравнения) и определять коэффициенты регулятора по линейной расчетной модели. Само по себе задание желаемого качества регулирования с помощью эталонной модели является конструктивным подходом и используется в диссертации. V (рис. Д, соответствующие описанию дискретных систем с помощью ^-преобразования или конечных разностей Д.