24. Общий подход к проектированию суим. Основные этапы исследования и проектирования суим.

Важнейшей задачей проектирования СУИМ является определение структуры и параметров УУ, обеспечивающих достижение цели управления. При этом целью управления задаются в виде какого-либо формального критерия качества управления.

Основные задачи исследования СУИМ. Проектированию СУИМ предшествует научно-исследовательская работа (НИР), т.е. этап предпроектных НИР, включающая решение задач синтеза и аназиза СУИМ.К основнымзадачам синтеза СУИМ(функциям НИР) относят: – определение адекватной ОУ его ММ; – формулирование цели управления, т.е. критериев качества управления; – синтез структуры СУИМ , т.е. установление оптимальных элементов УУ и взаимосвязей между ними; – синтез параметров СУИМ, т.е. определение оптимальных параметров устройства управления.

Математическое описание ОУ – определение структуры и параметров ОУ, наиболее существенно влияющих на его статические и динамические характеристики. При этом вводят разумные допущения, позволяющие упростить ММ ОУ для цели синтеза и, напротив, максимально детализировать ее для цели анализа СУИМ. Для составления уравнений элементов СУИМ используют фундаментальные законы природы, описываемые уравнениями Ньютона, Лагранжа, Ома, Кирхгофа и т.п. При этом для описания элементов СУИМ используют различные формы, в частности:1. функциональные схемы той или иной степени детализации, в том числе схемы замещения; 2. обыкновенные дифференциальные уравнения ; 3. операторные уравнения, передаточные функции и матрицы; 4. структурные схемы; 5. сигнальные графы; 6. частотные характеристики и диаграммы на их основе; 7. векторно-матричные уравнения; 8. схемы пространства состояний и др.

Критерии качества. Качество СУИМ определяют следующими критериями: 1. Быстродействие регулирования: - в аналоговой форме или в дискретной формеJ=n=min, где J - критерий качества, n – число тактов дискретного управления.

2. Точность: , где - заданная координата, – ошибка регулирования,– функция минимизации интеграла от ошибки регулирования (заштрихованная область на рис. Рис. 3.1. К определению интегральной оценки качества управления

Недостаток: если ошибка меняет знак, то ее интеграл по времени не фиксирует накопления суммарной ошибки регулирования. 3. Прямые оценки качества регулирования координат электропривода во временной области. К ним относят: время регулирования, время нарастания регулирования ,перерегулирование, временное запаздывание отработки задающего или возмущающего воздействия и т.п. 4. Другие критерии: минимаксный, экономический, энергетический и т.д.

Синтез СУИМ. 1. Структурный синтез. Сначала производят структурную декомпозицию ОУ, выделяя в нем каналы управления, естественные перекрестные связи между каналами управления. Задаются структурой УУ . Наиболее часто структурный синтез СУИМ базируется на принципах подчиненного регулирования координат ОУ. При этом структура УУ приобретает вид нескольких последовательно соединенных регуляторов. 2. Параметрический синтез. Сначала производят параметрическую декомпозицию ОУ. Все это позволяет выделить большие и малые постоянные времени, причем малые объединяют в одну эквивалентную постоянную, определяющую быстродействие контура. Подбирают или рассчитывают параметры регуляторов и корректирующих звеньев, обеспечивающих требуемые статические и динамические характеристики СУИМ.

24.1.3. Структурно-параметрический синтез. Он проводится, если метод позволяет проводить такую процедуру. Задача синтеза: применением оптимизационной процедуры к критерию качества управления определить структуру и параметры УУ, соответствующие этому критерию качества.

Анализ синтезированной СУИМ. Для целей анализа ОУ представляется в полноразмерном описании, т.е. в том виде, в каком он был до структурно-параметрической декомпозиции. Результат анализа должен удовлетворять требуемому качеству. Если не удовлетворяет, то осуществляют корректировку ММ ОУ, критерия качества и процедуры синтеза СУИМ. Задача анализа СУИМ предполагает решение нескольких подзадач: – определение ММ СУИМ, отражающей ее доминирующие свойства с учетом допущений принятых на этапе синтеза СУИМ; – оценка устойчивости и показателей качества СУИМ при заданных аддитивных воздействиях на нее; – оценка чувствительности СУИМ к вариациям ее параметров; – оценка экономической, эксплуатационной эффективности СУИМ, показателей надежности и др.

Стадии проектирования СУИМ. В основе проектирования СУИМ лежит системный подход. При системной разработке идут от общего к частному. Основные положения системного подхода можно свести к следующим рекомендациям:

1. Четкое формулирование цели и задач при проектировании СУИМ, назначения СУИМ в общей структуре управления технологическим процессом.

2. В структуре управления выделяются подсистемы, отдельные элементы и устанавливаются связи между ними. Подсистемы выделяются по однородности физической природы технологического процесса. Элементы системы – отдельные механизмы, электроприводы, силовые преобразователи энергии и др. Определяются контролируемые координаты, возможные возмущающие, задающие и управляющие воздействия.

3. Применение иерархического принципа управления, при котором уставка верхнего уровня обязательна для исполнения нижними уровнями и не подлежит коррекции с их стороны.

4. Максимальное использование типовых компонентов СУИМ.

5. Комплексное проектирование СУИМ, при котором осуществляется увязка, формирование всех ее компонентов в интересах поставленной цели управления.

Разработка СУИМ выполняется на основе стандартов, норм и правил, где указываются основные положения, правила организации работ по созданию, функционированию и развитию этих систем.

При разработке СУИМ проектировщик должен руководствоваться: ГОСТ, ОСТ – государственными и отраслевыми стандартами; СП – стандартами предприятий; СНиП – строительными нормами и правилами; ПУЭ – правилами устройств электроустановок; ПТЭЭП – правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей; МПОТ – межотраслевыми правилами охраны труда; ПРАВИЛАМИ пожарной безопасности и другими нормативными документами.