Динамика многоканальных систем импульсного преобразования энергии в автоматизированных системах аналитического контроля

• Автор: Шуплецов, Антон Валерьевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 130 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ
1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ КАК СИСТЕМ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ АНАЛИТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
1.1 Автоматизированные системы аналитического контроля области применения и оборудование
1.2 Принципы построения систем энергообеспечения автоматизированных систем аналитического контроля на базе импульсных преобразователей постоянного напряжения
1.3 Анализ особенностей регулирования выходных напряжений в многоканальных импульсных преобразователях прямого и обратного хода
1.4 Анализ основных проблем проектирования многоканальных импульсных систем преобразования энергии

Результаты главы 1.

Выводы по главе 1.

2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ С ШИРОТНОИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
2.1 Формирование математических моделей многоканальных импульсных систем преобразования энергии с широтноимпульсной модуляцией

2.1.1 Математические модели систем рассматриваемого класса в общем виде

2.1.2 Математическое описание подсистемы межканальной связи
2.1.3 Особенности формирования математической модели силовой части импульсных систем преобразования энергии
2.2 Математическая модель регулятора с широтноимпульсной модуляцией
2.3 Решения математической модели методом точечных отображений
2.3.1 Получение общей формы решения
2.3.2 Поиск периодических решений МИСПЭ
2.3.3 Оценка локальной устойчивости периодических решений МИСПЭ
Результаты главы 2.
Выводы по главе 2
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМ
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ С ШИРОТНОИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
3.1 Исследование динамики многоканальных импульсных систем преобразования энергии
3.1.1 Исследование динамики математической модели МИСПЭ с Г1звеном и групповым регулированием
3.1.2 Исследование динамики математической модели МИСПЭ с Пзвеном без группового регулирования
3.1.3 Исследование динамики математической модели МИСПЭ с ПИзвеном и групповым регулированием
3.1.4 Обоснование использования МИСПЭ с групповым регулированием на примере двухканальной для анализа ее динамики
Результаты главы 3
Выводы по главе 3.
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА АДЕКВАТНОСТИ ПОДХОДА К ИССЛЕДОВАНИЮ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ МИСПЭ
4.1 Описание экспериментальной установки
4.2 Оценка адекватности предложенного подхода к моделированию преобразовательных систем с ШИМ
Результаты главы 4
Выводы по главе 4.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Одним из основных направлений решения перечисленных проблем является развитие общей методологии и создание конкретных методик исследования и проектирования МИСПЭ с учетом возможности возникновения бифуркационных, квазипериодических и хаотических явлений в их динамике, на основе адекватных математических моделей, учитывающих специфику межканальной связи МИСПЭ и ее влияние на процессы регулирования динамику. До настоящего времени при проектировании МИСПЭ преобладал подход, основанный на линеаризации импульсного элемента и исследовании системы с использованием теории линейных систем , . При этом, при проектировании регуляторов МИСПЭ зачастую не учитывался механизм межканальной связи и его влияние на динамику , . Такой подход не способен учесть возможность возникновения сложных динамических режимов, присущих МИСПЭ как существенно нелинейной системе. Кроме того, процесс проектирования на основе использования такого подхода, как правило, заканчивался весьма трудоемким и дорогостоящим этапом наладочных работ на экспериментальных установках и реальных объектах . Формирование новых подходов к исследованию и проектированию МИСПЭ стало возможным благодаря значительному развитию за последние десятилетия нелинейной динамики и вычислительной математики, методов математического моделирования и проектирования, рассматривающих МИСПЭ как существенно нелинейную систему. На сегодняшний день одним из эффективных способов исследования динамики сложных нелинейных систем является использование бифуркационного подхода к анализу динамики , , , , , 3, 6, 7, 9, 0. Таким образом, одним из основных направлений решения перечисленных проблем является создание подхода к исследованию и проектированию МИСПЭ с учетом возможности возникновения бифуркационных, квазипериодических и хаотических явлений в их динамике, на основе математических моделей, учитывающих структуру и параметры межканальной связи, а также методы их реализации. Целью диссертационной работы является повышение эффективности процессов преобразования энергии в автоматизированных системах аналитического контроля путем реализации многоканального электропитания с использованием одного регулируемого канала и подсистем межканальной связи, а также формирование подхода к исследованию такого класса систем преобразования энергии, учитывающих возможность возникновения бифуркационных явлений в их динамике. Провести анализ типовых структур МИСПЭ их схемотехнических и конструктивных особенностей с целью выявления механизмов реализации группового регулирования. Сформировать и обосновать адекватные математические модели МИСПЭ. Выявить характерные закономерности развития динамики МИСПЭ, обусловленные вариантом реализации межканальной связи, в условиях значительных изменений нагрузки непосредственно и косвенно регулируемых каналов. Провести экспериментальные исследования с целью проверки адекватности сформированных математических моделей и полученных
результатов исследования динамики МИСПЭ. Объектом исследований являются системы энергообеспечения автоматизированных систем аналитического контроля, построенные на базе многоканальных импульсных систем преобразования энергии. В работе использованы методы теорий систем автоматического управления, нелинейных динамических систем, обыкновенных дифференциальных уравнений, а также численные методы решения систем дифференциальных уравнений, матричного исчисления, спектрального анализа, итерационные методы решения систем нелинейных уравнений. Сформированы математические модели и алгоритмы их реализации для МИСПЭ с учетом подсистем межканальной связи, как существенно нелинейных динамических систем, учитывающие возможность возникновения субгармонических, квазипериодических и хаотических процессов. Изучен механизм взаимовлияния непосредственно и косвенно регулируемых каналов друг на друга в зависимости от режима функционирования каждого из каналов непрерывный или прерывистый ток в дросселе выходного фильтра при значительных изменениях нагрузки каждого канала. Получены теоретические и экспериментальные результаты исследования динамики МИСПЭ, на основании которых выявлены закономерности возникновения сложных динамических режимов субгармонических, квазипериодических, хаотических.