Диссертация (785901), страница 21

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

Текст из файла (страница 21)

Видно, что использование цифровых систем управления уменьшаетобласти устойчивости, поскольку цифровая обработка информации приводит кдополнительнымзапаздываниям.Наибольшемуискажениюподверженавысокочастотная часть границы устойчивости. Использование последовательнойвыдачи управляющего сигнала в двухканальной системе приводит к расширениюграницы устойчивости по сравнению с одноканальной системой, что объясняетсяуменьшениемфазовогозапаздыванияприиспользованиитакойлогикиформирования управляющего сигнала. Выравнивание управляющего сигнала поканалам межмашинного обмена приводит к сокращению области устойчивости посравнению с одноканальным вариантом, что объясняется дополнительнымфазовым запаздыванием, вызванным осреднением.Рисунок 3.8 – Области устойчивости при различных вариантахпостроения системы управленияТаким образом, исследование частотной характеристики, определяющейустойчивостьзамкнутойсистемы,дляслучаяцифровойасинхронной145резервированной системы управления выявило следующие ее отличительныеособенности:− передаточная функция является нелинейной функцией коэффициентовсистемы управления, что, в общем случае, ведет к неопределенностипонятия запаса устойчивости по амплитуде;− временной сдвиг между каналами существенно влияет на динамикусистемы лишь при использовании линий цифровой связи для обменаинформацией между каналами и ее дальнейшем использовании длярасчета управляющих сигналов;− применениецифро-аналоговыхпреобразователей,использующихпоследний пришедший сигнал от каналов, приводит к меньшемузапаздыванию по сравнению со случаем использования среднего значения.С другой стороны, данный преобразователь не имеет идеальныхфильтрующих свойств на частотах k·s и его применение ведет кзначительному влиянию асинхронности системы на ее динамику;− существуютособенностинизкочастотнуюобластьтранспонированиярезонансныхдляцифровойсамолетаспиковвасинхроннойрезервированной системой управления.3.3 Связь между частотной характеристикой, определяющей устойчивостьзамкнутой системы, и частотной характеристикой разомкнутой системыРассмотрим возможность экспериментального исследования цифровыхрезервированных асинхронных систем управления.

Разомкнем систему в общейточке непрерывной части (на входе в исполнительную часть – см. рис. 3.9).Рассмотрим прохождение гармонического сигнала через элементы системы.Пусть входной сигнал есть eit.Входные сигналы вычислителей:W ()e it e i1 ....inW ()e it e i N in146Рисунок 3.9 – Сведение многоканальной асинхронной однотактной цифровойсистемы к синхронной системе с эквивалентным законом управленияВыходные сигналы аналого-цифровых преобразователей:W ()e i1 e inT0 ....iniinTW ()e N e 0 inВходные сигналы в цифро-аналоговые преобразователи:Ni inkW()eD1k einT0  k 1...N.in W ()ei k DNk einT0 k 1147Выходные сигналы цифро-аналоговых преобразователей:1 Ni inki (  Ls ) 1out i (  Ls ) t W()eDW(L)ee ЦАП1ksT0 L  k 1...N.inout1 W ()e i k DWЦАП (  Ls )e i (  Ls )  N e i (  Ls )t Nkk 1T0 L  Принимая во внимание только сигнал с основной гармоникой1Ni inki1out it W()eDW()ee 1kЦАПT0k 1...N,inouti N it  W ()e i k D 1 WeNkЦАП ()ek 1T0в конечной точке имеем сигнал:N NW ()eiL 1 k 1inkDLkout1WЦАП ()e i L eit .T0Частотная характеристика разомкнутой системы (размыкание производитсяв общей точке непрерывной части), определенная как обычная частотнаяхарактеристика непрерывной системы (а следовательно, и экспериментальнаячастотная характеристика), принимает вид:N NWРС ()  W ()ei k DLkinL 1 k 1out1WЦАП ()e i L .T0И после операции свертки:N N*WРС()   DLk ( z )L 1 k 1ТеперьW (  ms )ei (ms )( k Linoutm  рассмотримчастотную1WЦАП (  ms ).T0характеристику,устойчивость замкнутой системы:*WPC(  )  1  det[E  D( z )W* (  )]и ее линейную часть:)определяющую148NN**л.ч.(WРС())  WLk() Dk L ( z ).L 1 k 1Подставляя выражения для WLk* () :WLk* () WLk (  ms ) m  1 i (  ms )( ink   outL )W(m)W(m)e,sЦАПsT0 m  *можно получить выражение для WРС() :*WРС()inout1    DkL ( z )W (  ms ) WЦАП (  ms )ei ( ms )( k  L ) .T0 mL 1 k 1N N**Можно видеть, что выражения для WРС() и Wл.ч.() идентичны.Таким образом, когда мы определяем экспериментально частотнуюхарактеристику системы, разомкнутой в общей части непрерывной части, мыполучаемлинейнуючастьчастотнойхарактеристики,определяющейустойчивость замкнутой системы [1, 58].

В общем случае мы не можем точноопределить запасы устойчивости, имея только экспериментальную частотнуюхарактеристику. Однако, вследствие того, что разница между частотнойхарактеристикой, определяющей устойчивость замкнутой системы, и еелинейной частью, как правило, весьма мала, для большинства случаев можнопользоваться экспериментальной частотной характеристикой для оценкиустойчивости замкнутой системы. Для экспериментальной отработки СДУнеобходимо снять ее частотные характеристики и рассчитать соответствующиехарактеристики с учетом всех упомянутых особенностей динамики, чтоявляется довольно сложной, но разрешимой задачей.

На рис. 3.10–3.12приведены экспериментальные и теоретические частотные характеристикиреальной трехканальной цифровой асинхронной системы управления. Видно,что различие между характеристиками достаточно мало, что говорит окорректной реализации законов управления.1490Амплитуда, дб.Эксперимент (Ассемблер, Модула-2, Паскаль)-5-10-15-20-25Теория-30-35-40 -110200010110Частота, гц.210Фаза, град.Ассемблер150100Паскаль50Модула-20-50-100Теория-150-200 -110010110Частота, гц.210Рис.

3.10 – Теоретические и экспериментальные частотные характеристикитрехканальной цифровой системы управления.Вход – x, выход – сигнал на отклонение элеронов15010Амплитуда, дб.Эксперимент (Ассемблер, Модула-2, Паскаль)50-5-10Теория-15-20-25-30 -110200010110Частота, гц..210Фаза, град.150Ассемблер10050Модула-20Паскаль-50-100Теория-150-200 -110010110Частота, гц.210Рисунок 3.11 – Теоретические и экспериментальные частотные характеристикитрехканальной цифровой системы управления.Вход – z, выход – сигнал на отклонение руля высоты15120Амплитуда, дб.100-10ПаскальАссемблер-20Теория-30Модула-2-40-50-60 -1102000101Частота, гц.101Частота, гц.10102Фаза, град.150Паскаль100500-50-100-150Ассемблер, Модула-2-200 -110010Теория102Рисунок 3.12 – Теоретические и экспериментальные частотные характеристикицифровой трехканальной системы.Вход – ny, выход – сигнал на отклонение руля высоты1523.4 Анализ изменения свойств динамических звеньеввследствие выравнивания информации в цифровойрезервированной системе управленияКак было отмечено выше, для обеспечения надежности бортовые цифровыесистемы управления строятся как многоканальные комплексы.

Вычислителиразличных каналов работают асинхронно, т. е. те же самые процедуры в разныхканалах выполняются неодновременно, что ведет к рассогласованию междуканалами и может привести к ложному срабатыванию системы контроля. Этапроблема особенно важна для интегральных систем управления, посколькузначения интегралов в разных каналах могут принимать произвольные значения,но их сумма определяется законом управления. Для обеспечения идентичностивычислительных процессов, протекающих в различных каналах, применяютсяразличные виды выравнивания информации с помощью обмена данными черезлинии межканальной связи. Выравнивание информации оказывает влияние надинамические свойства как отдельных элементов системы управления, так и навсей системы в целом и на устойчивость замкнутой системы «самолет – системауправления» [1, 58, 62–66].Проведем оценку влияния наиболее распространенных видов выравниванияинформации на динамические свойства элементов резервированной асинхроннойсистемыуправления,такихкакпрямаяцепь,интегральноезвеноиапериодический фильтр.

Для этого рассмотрим резервированную двухканальнуюцифровую систему управления (рис. 3.13).Рисунок 3.13 – Структура двухканальной цифровой асинхроннойсистемы управления153Управляющий сигнал от летчика X(t) и сигнал обратной связи y(t)используются для формирования управляющих сигналов u1(t) и u2(t) двух каналовсистемы управления рулем высоты. Закон управления описывается матрицейдискретных передаточных функций D(z) и в эквивалентной непрерывной формепредставляет собой астатический автомат продольной устойчивости (рис.

3.14).Рисунок 3.14 – Двухканальная цифровая система с астатическим автоматомпродольной устойчивостиУправляющие сигналы u1(t) и u2(t) поступают в блок управления и контроляпривода, где осуществляется их контроль и формируется единый командныйсигналнаприводы,которыеотклоняютаэродинамическиеповерхностиуправления самолета.Все операции второго канала сдвинуты относительно тех же операцийпервого канала на время . Как правило, при анализе динамических характеристиккак разомкнутой, так и замкнутой системы рассматривают только один канал,считая, что процессы в каналах идентичны, т. е.

сигналы u1, u2 и u одинаковы. Длянепрерывных систем это допущение справедливо. Однако для дискретныхасинхронных систем с разными временами обновления входной информациипроцессы в разных каналах различны. Для обеспечения идентичности исходныхданныхивычислительныхпроцессоввразныхканалахмеждунимипредусмотрены обмен информацией и выравнивание сигналов. Может быть154предусмотрено выравнивание входных сигналов, значений интегралов и фильтровс большими постоянными времени. В общем виде выходной сигнал процедурывыравнивания в каждом компьютере есть сумма «собственного» сигнала с весом1 – с и «чужого» сигнала, полученного от соседнего вычислителя, с весом с.Процедура выравнивания принимает вид:− для входных сигналов, или сигналов прямой цепи:u1 (nT0 )  0.5  ( X (nT0 )  X (nT0  T0    n2T0 )),u2 (nT0  )  0.5  ( X (nT0  )  cX (nT0  n1T0 ));− для выходных сигналов интегральных звеньев:u1 (nT0 )  (1  c)  [u1 (nT0  T0 )  T0  X (nT0  T0 )]  cu2 (nT0  T0    n2T0 ),u2 (nT0  )  (1  c)  [u2 (nT0    T0 )  T0  X (nT0    T0 )]  cu1 (nT0  n1T0 )− для выходных сигналов апериодических фильтров: TT0u1 (nT0 )  (1  c)  u1 (nT0  T0 ) X (nT0 )  cu2 (nT0  T0    n2T0 ),T  T0T  T0 TT0u 2 (nT0  )  (1  c)  u 2 (nT0    T0 ) X (nT0  )  cu1 (nT0  n1T0 ).T  T0T  T0В данной главе проводится анализ влияния асинхронности и выравниванияинформации на передаточные функции цифровой двухканальной системыуправления, содержащей прямую цепь, интегральное звено и апериодическийфильтр, а также на запас устойчивости замкнутой системы «самолет –двухканальная цифровая система управления».Методика приближенного анализа цифровых асинхронных систем.

Длякачественного исследования цифровых резервированных асинхронных системуправления применяется методика, в которой вводятся следующие упрощения.1. Используется линейная интерполяция командного сигнала и сигналовобратной связи:X (nT0  )  X (nT0 ) Y (nT0  )  Y (nT0 ) ( X (nT0  T0 )  X (nT0 )),T0(Y (nT0  T0 )  Y (nT0 )).T0155Данное упрощение позволяет выразить значения командного сигнала исигналов обратной связи в промежуточные моменты времени nT0 +  через ихзначения в моменты времени nT0.2.

Характеристики

Список файлов диссертации