Импульсные усилительно-преобразовательные устройства в системах управления : анализ особых режимов работы и синтез

• Автор: Осипов, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 214 с. : ил.

Введение .

1 Методы анализа устойчивости систем

автоматического регулирования

1.1 Классификация методов анализа устойчивости

систем автоматического регулирования.

1.1.1 Аналитические методы анализа устойчивости непрерывных и импульсных линейных систем автоматического регулирования
1.1.2 Приближенные аналитические методы анализа устойчивости непрерывных и импульсных нелинейных

систем автоматического регулирования.

1.1.3 Точные аналитические методы анализа устойчивости непрерывных и импульсных нелинейных

систем автоматического регулирования.

1.1.4 Метод фазового пространства и метод точечных отображений

1.1.5 Неаналитические методы анализа
устойчивости систем автоматического регулирования
1.2 Обзор публикаций по анализу устойчивости систем автоматического регулирования с широтноимпульсными преобразователями
методом точечных отображений.
1.3 Выводы.
2 Математические модели систем автоматического регулирования тока с одномодульными усилительнопреобразовательными устройствами и одним контуром управления
в виде точечных отображений .
2.1 Математические модели системы автоматического регулирования
тока с аналоговым пропорциональноинтегральным регулятором
тока и индуктивным фильтром
2.1.1 Уравнения линейной непрерывной части системы автоматического регулирования тока с аналоговым пропорциональноинтегральным регулятором тока и индуктивным фильтром.
2.1.2 Уравнения замыкания системы автоматического регулирования тока с аналоговым пропорциональноинтегральным регулятором
тока и индуктивным фильтром.
2.2 Математические модели системы автоматического регулирования тока с цифровым пропорциональноинтегральным регулятором
тока и индуктивным фильтром
2.2.1 Уравнения линейной непрерывной части системы автоматического регулирования тока с цифровым пропорциональноинтегральным регулятором тока и индуктивным фильтром.
2.2.2 Уравнения замыкания системы автоматического регулирования токае цифровым пропорциональноинтегральным регулятором
тока и индуктивным фильтром
2.3 Математические модели системы автоматического регулирования тока с аналоговым пропорциональноинтегральнодифференциальным регулятором тока и индуктивноемкостным фильтром
2.4 Выводы
3 Условия устойчивости систем автоматического
регулирования тока с одномодульными
усилительнопреобразовательными устройствами
3.1 Условия отсутствия режима субгармонических автоколебаний в системах автоматического регулирования тока с одномодульными усилительнопреобразовательными устройствами
3.1.1 Матрица Якоби отображения системы автоматического регулирования тока с аналоговым регулятором тока
3.1.2 Матрица Якоби отображения системы автоматического регулирования тока с цифровым пропорциональноинтегральным регулятором тока и индуктивным фильтром.
3.2 Однократные неподвижные точки и собственные числа матриц Якоби отображений систем
автоматического регулирования тока
3.3 Условия отсутствия скользящего режима работы систем автоматического регулирования тока с одномодульными усилительнопреобразовательными устройствами и широтноимпульсной модуляцией второго рода
4 Алгоритм анализа устойчивости систем автоматического регулирования тока с одномодульными
усилительнопреобразовательными устройствами
4.1 Параметрический синтез элементов подлежащих исследованию систем автоматического регулирования тока с одномодульными усилительнопреобразовательными устройствами.
4.2 Алгоритм построения границ областей устойчивости систем автоматического регулирования тока с одномодульными усилительнопреобразовательными устройствами.
4.3 Программный комплекс для построения границ областей устойчивости систем автоматического регулирования тока с одномодульными усилительнопреобразовательными устройствами
4.4 Результаты работы программного комплекса.
5 Анализ устойчивости систем автоматического регулирования тока с Имодульными усилительнопреобразовательными устройствами
5.1 Математическая модель системы автоматического регулирования тока с двухмодульным усилительнопреобразовательным
устройством в виде точечного отображения.
5.2 Подход к анализу устойчивости системы автоматического регулирования тока с двухмодульным
усилительнопреобразовательным устройством.
6 Синтез одномодульных усилительнопреобразовательных устройств в составе адаптивных систем автоматического регулирования тока с эталонными моделями и
сигнальной самонастройкой.
6.1 Математические модели адаптивной системы автоматического регулирования тока с индуктивноемкостным фильтром.
6.2 Математические модели адаптивной системы автоматического регулирования тока с индуктивным фильтром
6.3 Анализ работы одномодульных усилительнопреобразовательных устройств в составе адаптивных систем автоматического регулирования тока с эталонными моделями и
сигнальной самонастройкой
6.4 Выводы.
Заключение.
Список принятых сокращений
Список использованных источников


В данной работе исследуются системы управления с импульсными усилительнопреобразовательными устройствами, а именно системы автоматического регулирования тока с широтноимпульсными преобразователями, динамические и статические характеристики которых в конечном итоге определяются свойствами самих широтноимпульсных преобразователей. При этом объектом синтеза являются сами импульсные усилительнопреобразовательные устройства, а предметом анализа устойчивость указанных систем к особым режимам их работы, а именно, к скользящему режиму и режиму субгармонических автоколебаний. Цель и задачи исследования. Целью данного исследования является параметрический синтез усилительнопреобразовательных устройств как элементов рассматриваемых систем с учетом результатов анализа устойчивости этих систем. САР с ШИП, включающих в себя процедуру определения областей устойчивости данных САР к особым режимам работы с помощью указанного программного комплекса. Методы исследования. К решению задачи синтеза элементов нелинейных импульсных САР существует общепринятый традиционный подход, основанный на различных методах эквивалентной линеаризации, представляющей собой, по сути, замещение приближенными линейными соотношениями нелинейных зависимостей, описывающих нелинейности САР и протекающие в них процессы. Такая линеаризация сводит исходную нелинейную импульсную САР к некоторой эквивалентной ей линейной непрерывной или импульсной, что позволяет проводить синтез на основе аппарата теории линейных САР. Среди известных методов линеаризации наиболее широкое распространение получили метод усреднения переменных состояния линейной непрерывной части САР метод малых отклонений или метод малого параметра и метод гармонического баланса метод гармонической линеаризации или метод первой гармоники. ШИП как основной источник нелинейностей замещается некоторым пропорциональным звеном с эквивалентным коэффициентом передачи Кшт. Указанные методы линеаризации могут быть использованы также и для анализа устойчивости нелинейных импульсных САР. Но здесь необходимо отметить, что сама линеаризация как таковая уже несет в себе некоторую методическую ошибку, поскольку она предполагает формирование приближенных математических моделей нелинейных САР. Данное обстоятельство весьма ограничивает возможности методов линеаризации, что позволяет проводить анализ устойчивости нелинейных САР на их основе лишь в малом. Наиболее перспективен в этом отношении метод точечных отображений МТО, разработанный академиком Андроновым. Данный метод применительно к САР с ШИП позволяет учесть практически все их динамические особенности, в силу чего получаемые модели в виде точечных отображений являются точными в смысле отсутствия методической ошибки, что дает возможность анализировать их устойчивость как в малом, так и в большом. Защищаемые научные положения. УПУ с индуктивным или однозвенным индуктивноемкостным сглаживающим фильтром в адаптивных САР тока и результаты анализа устойчивости данных САР. Научная новизна результатов работы. САР тока с сигнальной самонастройкой и эталонными моделями, а также алгоритма анализа устойчивости предложены новые методики синтеза их УПУ как элементов, определяющих предельные возможности САР. Предложенные методики включают в себя также алгоритмы определения параметров контуров регулирования, обеспечивающих самонастройку данных САР. Достоверность результатов работы. Достоверность результатов, полученных с помощью разработанного программного комплекса, подтверждена их совпадением с результатами тестового моделирования процессов в САР. Тестовое моделирование основывалось на численных методах решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений ОДУ. В качестве тестовых моделей САР были использованы модели, разработанные в пакете ii, интегрированном непосредственно в среду , а также модели, разработанные в пакете специалистами кафедры Электротехники и прецизионных электромеханических систем СПбГУ ИТМО . А в качестве решателей систем дифференциальных уравнений были использованы встроенный в ii решатель, основанный на методе трапеций, и процедура пакета , основанная на методе РунгеКутта, соответственно.