Пупков К.А. Моделирование и испытание систем автоматического управления (2013) (1245249)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Московский государственный технический университетимени Н.Э. БауманаК.А. ПупковМОДЕЛИРОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕСИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯг. Москва, 2013.1ББК 65.050. 9(2) 2П88Рецензенты:Дивеев А.И. – доктор технических наук, профессор, Вычислительныйцентр им. А.А. Дородницына РАН.Оболенский Ю.Г. – доктор технических наук, профессор, Российскаясамолётостроительная компания «МИГ».П.88. Пупков К.А. Моделирование и испытание системавтоматического управления: Учебное пособие.

– М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2012. - с….илл.ISBN5–7038–1050–7.2ВВЕДЕНИЕМоделирование есть главное направление междисциплинарных работ,дающеевозможностьнадежногоописаниясистемипроцессов,происходящих в них, с целью исследования и оптимизации.Каждая модель как аналог реального хранит знания в надлежащейформе, при этом запоминание знаний, как правило, связано с уменьшениемизбыточности, т.е. модель всегда проще. Модель в своей функции какструктура для хранения знаний является связующим звеном междутеоретическим и эмпирическим познанием.Каждая модель имеет языковую функцию. Содержание знанийявляется ее семантической стороной, а способы, с помощью которых знаниявводятся в модель, кодируются в ней – синтаксической. Последний языковыйкомпонент имеет большое значение при активизации модели при каждомприведении ее в действие.Особенно существенным при построении моделей является процессотражения в смысле теории познания.

На абстрактном уровне представлениемодели, как уже отмечалось, имеет значение дополнительных условий(операций, отношений, топологии и т.д.) на множестве, природа элементовкоторого не определена.В основе каждой модели лежит более или менее развитая теорияотображаемогообъекта.Этатеорияукладываетсявсинтактическиустановленные рамки, в концепцию системы, положенную в основуконкретного построения модели.Системная концепция фиксирует общие рамки модели, иначе говоря,определяет структуру памяти модели.

Некоторая форма модели, в которойона может действовать в качестве аналога только одного конкретногообъектаполучаетсяблагодарятому,чтоэкспериментальные,т.е.эмпирические данные приводятся в соответствие с этими рамками, а именно:3для параметров модели, ее степеней свободы шаг за шагом устанавливаютсявсе более достоверные значения. В этом смысле каждая разработаннаямодель выражает компромисс между теорией и практикой, междутеоретическими познаниями и эмпирическими данными.В практическом плане создание модели основано на реализациипроцесса познания, в смысле теории отражения.

Это можно представить наследующей схеме (рис. 1).Рисунок 1 – Схема этапов процесса познания при построении моделейНа этой схеме видно, что исследуемый объект (процесс) подвергаетсяизмерению с помощью тех или иных приборов, позволяющих получитьпервичную информацию, что и составляет собой ощущение, далее этаинформация воспринимается и осмысливается (в том числе уменьшаетсяизбыточность) и составляется представление о наблюдаемом объекте(процессе), что в совокупности представляет собой живое созерцание.Следующий этап представляет формирование понятия, что является первымшагом в построении модели на абстрактном уровне, по которой должно бытьпроизведено суждение и сделано умозаключение, что позволяет исключитьиз модели некоторые противоречивые факторы.Следующий этап состоит в проверке адекватности модели, что можносделать, обратившись к исследуемому объекту (процессу).

Этот этапназывается практикой. Здесь проверяются эффекты, выявленные по модели,и в случае появления новых данных реализуется следующий шагсовершенствования модели. И так шаг за шагом. Таким образом, процесспостроения модели есть процесс с обратной связью. Именно, здесьосуществляетсяважныйаспект моделирования4(построениямодели),который состоит в том, что модель должна быть приближенно заменителемреального положения вещей реальной системы. Следовательно, речь идет нетолько об уменьшающем избыточность запоминания информации, но и такойсемантике(величинах,соответствующихреальномуобъектуихарактеризующих его), но и таком синтаксисе модели (описании отношениймежду согласованными величинами в виде формул), при которых ееповедение оказывается сравнимым с поведением реального объекта.Моделирование используется:1.Для целей экспериментирования и количественной оценки, аименно, для предсказания последствий изменения образа действий и условийв ситуации, когда осуществление такого изменения в реальных условияхсвязано со значительными затратами средств или определенным риском.2.Каксредствоисследованияновыхсистемсцельюихреконструкции или совершенствования.3.Какусловиями,средствокоторые,ознакомлениявозможно,ещеперсоналатрудноссистемамисоздатьвилиреальнойдействительности.4.Для проверки новой идеи или ее демонстрации.5.Как средство предсказания будущего и обеспечения, такимобразом, количественной основы для планирования и прогнозирования.6.Заметим, что термин моделирование обычно трактуется двояко,т.е.

моделирование – построение моделей и моделирование – процессисследования свойств системы с использованием построенных моделей.Поскольку в работе речь идет о моделировании испытании системавтоматического управления (САУ), определим, что же понимается подСАУ?Подсистемойобъединеннаяавтоматическогоинформационнымуправленияпроцессом(САУ)понимаетсясовокупностьобъектауправления, технических средств получения информации и ее обработки,5выработкииисполненияуправления,обладающаяустойчивымицеленаправленным действием.Поскольку в современных системах управления для реализациипроцессовобработкиинформацииширокоиспользуетсякомплексвычислительных средств, и, соответственно, программное обеспечение,появиласьвозможностьсозданиясистемобработкиинформациииуправления нового типа – интеллектуальных.Подинтеллектуальнойинформационнымпроцессомсистемойпонимаетсясовокупностьобъединеннаятехническихсредствипрограммного обеспечения, работающая во взаимосвязи с человеком(коллективом людей) или автономно, способная на основе сведений и знанийпри наличии мотивации синтезировать цель, принимать решение к действиюи находить рациональные способы достижения цели.Теперь рассмотрим, какое место занимает моделирование в процессеразработки систем управления.Разделяют следующие виды моделирования:1.

Математическое (динамическое, имитационное).2. Физическое (модульное, либо эквивалентное).3. Натурно-математическое (полунатурное), включая имитационное среальной аппаратурой и виртуальное прототипирование.Структурная схема процесса разработки систем управления выглядиттак, как показано на рис. 2.6Рисунок 2 – Структурная схема процесса разработки системуправленияИз рисунка видно, что процесс разработки начинается с определенияцели изадач, которые должна решить САУ.

Далее формируетсяконцептуальная модель (облик) системы, используя при этом опытпредшествующих разработок и результаты поисковых НИР. В итогеразрабатываетсятехническоезаданиеиисходныеданныедляпроектирования, а также технические предложения.Проектирование включает в себя эскизный проект, включающийтехнико-экономическое обоснование, техническое и рабочее проектирование.На этапе технического проекта разрабатывается также проект специальноготехнологического оборудования. На этих этапах разработки осуществляетсяматематическоеифизическоемоделирование.

Далее осуществляетсясоздание опытного образца, как правило, выпускается несколько образцов,чтобы распараллелить их отработку.Далее осуществляется отработка опытного образца. Это делается спомощью стендовых испытаний (механических, гидравлических, тепловых ит.д.), испытаний на летающих лабораториях и натурно-математическогомоделирования. Поскольку такие испытания и моделирование, как правило,проводятся на «разнесенных» компонентах системы управления, вводитсяэтап комплексной наземной отработки, позволяющий выяснить такиеэффекты, как электромагнитная совместимость аппаратуры и т.п.

На этихэтапахиспользуетсяматематическоеинатурно-математическоемоделирование, с учетом части реальных элементов системы управления.Следующийпроведениемэтапнатурныхотработкииспытаний.системыЭтоуправленияестьсопряженслетно-конструкторскиеиспытания (ЛКИ), которые составляют наиболее ответственный и сложныйэтап. Если на ЛКИ показаны характеристики системы, удовлетворяющиетребованиям технического задания, то решается вопрос о проведениигосударственных испытаний (ГИ), по результатам которых система может7быть принята в серийное производство. На этапах испытаний осуществляетсясопровождающеемоделирование,котороевключаетвсевидымоделирования. Именно в этой работе рассматриваются все этапы разработкисистем управления с позиций использования моделирования, как ее научнойосновы и инструментальной реализации процесса моделирования.8Глава I.

Типы системы управления и виды моделейВ этой главе рассмотрим типы систем, их особенности и чем вызвананеобходимость исследования этих систем с помощью моделирования.Покажем здесь также различные виды моделей, т.е. различныхспособов абстрактного представления систем и процессов, происходящих вних в зависимости от их природы и способов функционирования.§ 1. Типы систем управленияПредставим следующие типы систем.1.Одноконтурные системы.

К ним относятся системы, структуракоторых имеет следующий вид, показанный на рис. 3.Рисунок 3 – Структурная схема одноконтурной системыНа данном рисунке x(t) и y(t) – входной и выходной сигналысоответственно, в блоках показаны передаточные функции элементовсистемы,() – есть некоторые функции. Если эти функции сутьпостоянные коэффициенты, то система является линейной и ее исследованиеможно провести аналитическими методами. Если хотя бы одна функцияявляется нелинейной, то такая система – нелинейная, если жеявляетсяфункцией времени, то такая система – нестационарная, если же хотя бы однафункцияявляется нелинейной и зависит от времени, то такая система9является нелинейной и нестационарной.

Как правило процессы в такихсистемах можно исследовать моделированием. Наконец в таких системах внекоторых ее параметрах может иметь место неопределенность (неточноезнаниепараметра),тотакиесистемыназываютсясистемамиснеопределенностью. Задачей моделирования в этих случаях является оценкаустойчивости, качества, динамической и статической точности.2.Многоконтурные системы. Рассмотрим структуру трехконтурнойсистемы, на примере системы стабилизации летательного аппарата,показанном на рис.4.Рисунок 4 – Структурная схема трехконтурной системыНа этом рисунке  - угол поворота руля, ̇ – угловая скорость вектораскорости ЛА-V, ̇скорость тангажа, a – линейное ускорение, F –ограничение скорости рулевого привода.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов книги