Модели и методы расчета динамической погрешности нелинейных измерительных преобразователей автоматических систем управления

• Автор: Латышенко, Дмитрий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Ангарск
• Количество страниц: 137 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Анализ состояния проблемы оценки динамической погрешности нелинейных динамических преобразователей.

1.1. Динамическая погрешность в системах автоматического управления

1.2. Определение класса входных сигналов.

1.3. Виды нелинейных характеристик.

1.4. Математические модели нелинейных динамических измерительных преобразователей.

1.5. Моделирование нелинейных динамических измерительных преобразователей.

1.6. Моделирование входных сигналов

1.7. Методы вычисления динамической погрешности

1.8. Основные цели и задачи исследования.
2.1. Модель нелинейного измерительного преобразователя при гармоническом входном сигнале
2.2. Модель нелинейного измерительного преобразователя при входном сигнале в виде стационарного случайного процесса.
2.2.1. Модель линейного измерительного преобразователя.
2.2.2. Моделирование нелинейного измерительного преобразователя со статической характеристикой в виде степенной функции.
2.2.3. Модель динамической погрешности нелинейного измерительного преобразователя со статической характеристикой в виде квадратичной функции
2.2.4. Модель динамической погрешности нелинейного измерительного преобразователя со статической характеристикой в виде кубической функции
2.2.5. Обобщение модели динамической погрешности нелинейного измерительного преобразователя со статической характеристикой в виде степенной функции
2.2.6. Исследование зависимости динамической погрешности от показателя
степени
2.3. Построение модели динамической погрешности для измерительных преобразователей с другими видами нелинейных статических характеристик.
2.3.1. Модель динамической погрешности нелинейного измерительного преобразователя со статической характеристикой в виде экспоненциальной
функции
2.3.2. Модель динамической погрешности нелинейного измерительного
преобразователя со статической характеристикой в виде квадратного корня 2.3.3. Модель динамической погрешности нелинейного измерительного
преобразователя с гиперболической статической характеристикой
2.4. Выводы
3. Моделирование стохастических входных сигналов.
3.1. Метод индуцированного упорядочения
3.2. Анализ метода.
3.3. Выводы
4. Численное моделирование нелинейных измерительных преобразователей.
4.1. Проверка адекватности аналитической модели соответствующей имитационной модели
4.1.1 Построение имитационной модели
4.1.2 Моделирование и сравнение результатов
4.1.3. Проверка адекватности модели измерительного преобразователя с характеристикой в виде экспоненциальной функции
4.1.3. Проверка адекватности модели измерительного преобразователя с характеристикой в виде обратной степенной функции
4.2 Регрессионная модель динамической погрешности нелинейной динамической системы.
4.2.1. Построение регрессионной модели измерительного преобразователя с характеристикой в виде экспоненциальной функции
4.2.2. Построение регрессионной модели измерительного преобразователя с характеристикой в виде обратной степенной функции
4.3. Выводы.
5. Программный комплекс анализа нелинейных измерительных преобразователей.
5.1. Программа идентификации параметров динамической модели случайных процессов
5.2. Программа моделирования случайных процессов с заданными статистическими и динамическими характеристиками.
5.3. Программа вычисления динамической погрешности нелинейных измерительных преобразователей стохастических сигналов.
5.4. Выводы.
Основные результаты работы
Литература


В третьей главе рассматривается предлагаемый метод формирования случайных процессов с заданным одномерным законом распределения и требуемой автокорреляционной функцией АКФ. В четвертой главе рассматриваются имитационные модели нелинейных ИП. Проводится проверка адекватности разработанной во второй главе работы аналитической модели динамической погрешности нелинейных ИП соответствующей имитационной модели. Строится регрессионная модель динамической погрешности нелинейных измерительных преобразователей АСУТП. В пятой главе описываются разработанные программные средства, позволяющие вычислять динамическую погрешность нелинейных ИП. В заключении сформулированы основные результаты работы. Разработана аналитическая модель динамической погрешности нелинейных измерительных преобразователей автоматических систем управления технологическими процессами. Проведн анализ зависимости величины динамической погрешности ИП от параметров нелинейного звена для ряда типовых нелинейностей. Создан метод формирования реализаций случайных процессов с заданными динамическими и статистическими характеристиками, требующий незначительных затрат машинного времени и обеспечивающий невысокую погрешность моделирования. Проведнное исследование показало, что предлагаемый метод не накладывает строгих ограничений на требуемые виды законов распределения и автокорреляционных функций. Разработана имитационная модель нелинейного динамического измерительного преобразователя АСУТП. На основе имитационной модели построена регрессионная модель ряда нелинейных измерительных преобразователей, позволяющая во многих случаях не прибегая к громоздким вычислениям определять величину динамической погрешности. Показано, что величина динамической погрешности, рассчитанная с помощью регрессионной модели, совпадает с величиной полученной на основе аналитической модели. Создан программный комплекс для моделирования нелинейных измерительных преобразователей АСУТП, позволяющий вычислять оценки автокорреляционной функции АКФ входных сигналов и аппроксимировать их выбранными функциями, выполнять формирование случайных процессов с заданными статистическими и динамическими характеристиками, а также производить расчет динамической погрешности на основе построенных моделей. В приложениях приведены различные дополнительные материалы и акты внедрения. Анализ состояния проблемы оценки динамической погрешности нелинейных динамических преобразователей. В настоящее время в промышленности находит применение широкий класс разнообразных автоматических систем управления АСУ. Рассмотрим структурную схему автоматической системы регулирования рис. В е состав входят следующие элементы объект регулирования первичный преобразователь, служащий для измерения текущего значения регулируемого параметра и выдачи соответствующего сигнала термопара, термометр сопротивления, сужающее устройство и т. На схеме рис. Рис. Достаточно часто объект управления представляет собой непрерывный технологический с изменяющимися во времени контролируемыми параметрами, а измерительный преобразователь обладает некоторой инерционностью. В этом случае измеряемый сигнал о контролируемых параметрах технологического процесса поступает на регулятор с запаздыванием. Таким образом, в контуре АСУ возникает динамическая погрешность, приводящая к выработке регулятором неправильных управляющих воздействий и в общем случае ухудшающая качество управления. Для измерительных преобразователей содержащих в свом составе звенья с нелинейными статическими характеристиками общепринятых методик анализа динамической погрешности в настоящее время не существует. Рис. Структурная схема автоматической системы управления процессом в химическом реакторе. В качестве примера на рис. В которую входят термопара Т, электропнсвматический преобразователь ЭПП, регулятор Р, регулирующий клапан, подающий охлаждающую воду РК. В рассматриваемом случае контролируемым параметром является температура в химическом реакторе. Измеряется температура с помощью термопары, которая играет роль первичного измерительного преобразователя.