Аналоговые устройства с периодизацией для систем управления

• Автор: Морозов, Виталий Пантелеймонович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 181 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Содержание.
Введение.

Глава 1. Аналоговые вычислительные операции

1.1. Особенности аналоговых операций в устройствах с периодизацией

1.2. Операции управления в АВБП

1.3. Виды структурного описания АВБП.

1.4. Масштабирование.

щ Выводы по главе 1.

Глава 2. Погрешности и структуры аналоговых операционных блоков

2.1. Общие положения.

2.2. Аналитический подход
2.3. Метрологический подход и метод выделения погрешности
2.4. Обобщение метода выделения погрешности
2.5. Погрешности реализации операций в АВБП
2.6. Погрешности инвертирования.
2.7. Погрешности масштабирования.
2.8. Погрешности неинвертирующего масштабирования
2.9. Погрешности интегрирования.
2 Погрешности интегрирования с ограничением
2 Погрешности слеженияхранения.
2 Погрешности сравнения сигналов.
Выводы по главе 2
Глава 3. Контроль исправности аналоговых устройств и операционных
блоков
3.1. Общие положения.
3.2. Контроль исправности единичных ОУ и групп ОУ с помощью пробного воздействия.
3.3. Контроль исправности единичных ОБ и групп ОБ на основе выделения погрешности
3.4. Особенности контроля на уровне модели в АВБП
Ъ 3.5. Контроль исправности ОБ с использованием избыточных переменных
Ф 3.6. Контроль модели системы регулирования по методу выделения
погрешности.
3.7. Сравнение различных методов контроля
3.8. Тестовые конфигурации ОБ для мониторинга внешних воздействий
Выводы по главе 3
Глава 4. Использование АВБП в управляющих комплексах и устройствасоветчики
4.1. Общие положения.
4.2. Предварительные эксперименты и концепция устройствасоветчика
4.3. Основные применения устройствасоветчика на базе АВБП.
4.4. Другие применения аналоговых устройств
4.5. Линеаризация характеристик датчиков и измерительных устройств
Выводы по главе 4
Глава 5. Техническая реализация
5.1. Определение максимальной длительности такта решения.
5.2. Определение основных элементов аналоговой модели
5.2.1. Операционные усилители
5.2.2. Общая характеристика высокоточных ОУ
5.2.3. Масштабирование слабых сигналов от низкоомных источников
5.2.4. Масштабирование высокочастотных сигналов
5.2.5. Цифроуправляемое масштабирование
5.2.6. Интегрирование
5.2.7. Слежениехранение и выделение максимума.
5.2.8. Операции сравнения и выделения модуля.
5.2.9. Операции коммутации.
5.2 Нелинейные операции
5.3. Выделение целевой функции.
5.4. Визуализация
Выводы по главе 5
Заключение.
Послесловие
Литература.
ВВЕДЕНИЕ
Термин периодизация относится к режиму аналоговых вычислений с непрерывным повторением и сокращенной длительностью циклов подготовка решение. В Институте проблем управления РАН длительное время развивались исследования возможностей применения и разработка мобильных специализированных устройств с периодизацией решения АВБП как основной части устройствсоветчиков оператору комплексов для полунатурной и натурной отработки алгоритмов управления инерционными подвижными объектами с применением методов прогнозирования. Теория управления с прогнозированием 1 приводит к алгоритмам опережающего моделирования предполагаемого движения объекта с быстрым 0 в сек. повторением решений систем нелинейных дифференциальных уравнений с обычными производными при изменяющихся начальных условиях. Результатом моделирования является функция времени, т.е. процесс, из которого необходимо выделять целевую величину экстремум, установившееся значение и т.п. для ввода в систему управления или ее полунатурную модель, как правило, через посредство человека оператора. Очевидно, апробирование и реализация подобных нетрадиционных алгоритмов управления сложными объектами невозможны без аппаратурной поддержки, адекватной стендовым или бортовым условиям применения.
Актуальность


Нынешний этап развития техники аналоговых вычислений характеризуется интенсивным расширением функциональных возможностей ОБ за счет улучшения параметров и повышения степени интеграции входящих в них элементов, а также оптимизации и разработки новых структур. Самым важным при этом следует считать повышение быстродействия и возможность сделать ряд операций управляемыми, что особенно важно для современных АВБП. В связи с этим, в аналитические описания некоторых аналоговых операций в АВБП необходимо, как уже говорилось, кроме входных и выходных величин включать дополнительные условия, в том числе временные, уточняя их с учетом развития элементной базы. Все большую роль в АВБП поэтому начинают приобретать операции управления, подробно рассмотренные в разд. СЪ (если таковой имеется в используемом ОУ), Ж - безразличное состояние выхода. Очевидно, операция (1. Здесь ивых1 - напряжение на выходе, им1 - напряжение на каждом из п входов сумматора с коэффициентом передачи К, по каждому из них. Кі имеют тот же смысл, что в (1. Т^н - длительность интегрирования. Использование входа С5 в ОУ интегратора для отключения ОБ так же, как и в сумматоре, позволяет расширить функциональные возможности модели, но пока практически не используется ввиду неизученности влияния на иоірешность основной операции. Операции слежения и хранения - одни из основных в АВБП, используются для фиксации конечных значений быстро изменяющихся сигналов либо значений в определенный момент времени и в последнем случае ничем не отличаются от выборки-хранения. УЛ. Данная операция не обязательно реализуется на одном ОУ, поэтому инверсия знака не учитывается, тем не менее, очевидна аналогия с (1. К1Ивх1 под знаком интеграла. АВБП, и рассмотрение ПФ на каждом из интервалов открывают возможности для анализа составляющих погрешностей, и минимизации погрешности операции в целом. Пример - комплексная операция интегрирования с ограничением выходной координаты, часто встречающаяся при моделировании исполнительных органов управляемых объектов. Для описания подобной операции из [] заимствовано соотношение х = ? F{^). Переход к ограничению считается мгновенным - при достижении значения *(/) = 0 «снизу», т. ОБ. Задание вместо сигнальных условий в (1. Однако подобные описания, в том числе имеющиеся в литературе, являются идеализацией и не всегда соответствуют свойствам реальных ОБ. В данном случае, например, нельзя установить, как отразится на описании невозможность реализации необходимого для точного воспроизведения разрывной функции ? Данную функцию ввиду наличия при ней множителя а»1 допустимо, в отличие от ? Схе~* с точностью до малых второго порядка. ГЛ -a, Ct . Этому же способствует разделение аналоговых операций на комплексные и одиночные. Понятие комплексной операции введено в качестве характеристики ОБ, передаточные функции (ПФ) которых переключаются при выполнении внутренних сигнальных или внешних временных дополнительных условий, а сигнал, полученный в подготовительной части операции передается в рабочую часть. Это позволит более полно отразить, особенности, существенные с точки зрения организации и обеспечения точности вычислений, в том числе циклическое изменение передаточной функции ОБ под воздействием управляющих логических сигналов. При этом конкретизируется понятие управляемости операции в составе модели [], оставаясь применимым только к тем комплексным операциям, для которых условия переключения задаются временем (хотя и определяются, в свою очередь, сигналами управления). В отличие от ОБ, выполняющих операции суммирования, масштабирования и ряда других, интегратор является звеном с ПФ, явно зависящей от частоты. При расчетах погрешностей подготовительной и рабочей частей цикла решения для таких звеньев обычно используются передаточные функции в операторной форме. Так, интегрированию соответствует оператор 1 /р(р = ]ю), но для конкретного ОБ с заданными параметрами цепей обратной связи следует учесть постоянный масштабный множитель 1/ДАГСА. Здесь для упрощения записи приведена преобразованная по Лапласу передаточная функция интегратора с нулевыми МУ. Воспроизведение частотнозависимой передаточной функции апериодического звена первого порядка или так наз.