CC BY
59
УДК 621.316.761.2
АЛГОРИТМ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПАРАМЕТРА АДАПТАЦИИ СЛЕДЯЩЕГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С АДАПТИВНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ ПО КРИТЕРИЮ ЭКСТРЕМАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
К.А. Анкудинов, Э.А. Амирбеков, П.И. Абрамов
Поставлена и решена задача разработки алгоритма идентификации параметра адаптации следящего электропривода (СЭП). Определена последовательность операций алгоритма идентификации электромеханической постоянной времени - параметра адаптации СЭП с адаптивным регулятором по критерию времени достижения реакцией апериодического звена экстремального значения.
Ключевые слова: алгоритм, идентификация, следящий электропривод, адаптация, контроллер, блок-схема.
В работе [1] поставлена задача на разработку алгоритма идентификации параметра адаптации следящего электропривода (СЭП). Цель настоящей статьи - разработка алгоритм идентификации ЭМПВ - параметра адаптации СЭП с адаптивным регулятором (АР) по критерию экстремального времени (время достижения реакцией апериодического звена экстремального значения), что позволило бы получать ЭМПВ Тэп с целью использования его в блоке АР СЭП.
Фрагмент обобщенной блок-схемы контроллера СЭП с блоком АР, представлен на рис. 1, в основу которого положены разработки [2-4], позволяет реализовать алгоритм идентификации параметра адаптации -ЭМПВ по критерию экстремального времени 1э (времени достижения реакцией апериодического звена экстремального значения).
АЗ ИЭ
к СЭП
ДС ФИ мк АР
Рис. 1. Фрагмент обобщенной блок-схемы контроллера СЭП
с блоком АР
На рис. 1 показаны: ДС - датчик сигнала [2, 3], встроенный в электродвигатель СЭП; АЗ - апериодическое звено первого порядка; ФИ -формирователь импульсов [4], выполненный на дифференцирующей цепи и усилителе-ограничителе; ИЭ - индикатор экстремума [4], выполненный
на операционном усилителе и емкостном накопителе; МК - восьмибитный микроконтроллер фирмы Л1ше1 [5, 6] серии ЛТ1шу2313-20Рх, у которого левая и верхняя линии порта настроены как вход, подключены к выходам ФИ и ИЭ, соответственно; АР - адаптивный регулятор СЭП, на вход которого поступает идентифицированный сигнал адаптации с МК по линии порта настроенной на выход.
Алгоритм идентификации ЭМПВ - параметра адаптации СЭП с АР по критерию времени 1э достижения реакцией АЗ экстремального значения сводится к выполнению ряда операций:
1. Снять с ДС электродвигателя, исследуемый сигнал с измеряемой ЭМПВ Тэп СЭП вида [7, 8]
и
ДС
(( ) = и ехр
' г Л
v тэп у
+ и 0 = и 0
к ехр
' t Л
V тэп у
+1
(1)
где и - амплитуда экспоненциальной составляющей напряжения на ДС электродвигателя, возникающего за счет броска пускового тока на ДС электродвигателя, Тэп - ЭМПВ - параметр адаптации СЭП с АР, и0 - постоянная составляющая напряжения на ДС электродвигателя в нормальном (рабочем) режиме, к = и / ио - кратность пускового тока (напряжения на ДС) электродвигателя к е [1, 5, 10] (в зависимости от типа и мощности электродвигателя). Кроме параметра адаптации СЭП с АР - Тэп - ЭМПВ, все величины, входящие в правую часть выражения (1), имеют постоянные значения и известны из документации на электродвигатель или достаточно просто и точно определяются экспериментально.
2. Подать исследуемый сигнал вида (1) с ДС электродвигателя (рис. 1) на АЗ первого порядка с единичным коэффициентом передачи и известной постоянной времени Таз, которая обязательно входит в интервал изменения идентифицируемого параметра адаптации - Тэп в процессе эксплуатации СЭП.
3. Аппаратным путем измерить и зафиксировать время достижения экстремального максимального значения реакции АЗ tэ. В нашем случае (рис. 1) после поступления сигнала с ДС электродвигателя СЭП:
- ФИ вырабатывает короткий импульс и запускает в работу счетчик времени tэ в МК (по левому входу МК);
- ИЭ отслеживает значение нарастающего выходного сигнала АЗ, а при достижению экстремального значения сигнала - момент времени tэ ИЭ выдает сигнал на верхний по схеме вход МК;
- по сигналу с ИЭ в МК прекращает работу счетчик времени, таким образом, в БЯЛЫ-памяти МК будет записано численное значение времени достижения экстремума tэ, которое следует обозначить как измеренное численное значение tэ = tэи.
4. Идентифицировать в МК значение искомого параметра адаптации - ЭМПВ - Тэп СЭП с АР по известным численным значениям 1э = tэи, к и Таз, для чего решить относительно Тэп одним из численных методов трансцендентное уравнение для времени достижения экстремума сигнала на выходе АЗ [7-10]
Э = Эи = ТэпТаз 1П 7-¡Г3-. (2)
ТАЗ - ТЭП \к + ЧТЭП - ТАЗ
5. Идентифицированный в п. 4 параметр адаптации - ЭМПВ -Тэп СЭП с АР поступает с МК (рис. 1) на блок адаптивного регулятора (АР) СЭП. Функциональные возможности блока АР могут включать: изменение постоянных времени корректирующих устройств, коэффициентов усиления блоков СЭП и другие функции.
На основе исследований, проведенных в работах [5-10], разработана обобщенная блок-схема алгоритма работы МК (см. рис. 1), обеспечивающая идентификацию параметра адаптации - ЭМПВ - Тэп СЭП с АР, которая представлена на рис. 2. В блоке 1 осуществляется инициализация МК: ЕЬЛЗИ-памяти программ (там записаны Таз, к, А, и в, где А -заданная точность численного решения трансцендентного уравнения (2), а в - признак расчетного времени достижения экстремума); специальных регистров; настройки линий портов на выполнение функций ввода-вывода; выделения в БЯЛМ-памяти данных регистров: измеренного и текущего расчетного времени достижения экстремума tэи и tэp, текущей расчетной ЭМПВ Тэп р, текущих нижнего и верхнего граничных расчетных значений электромеханической постоянной времени электропривода Тэп рн и Тэп рв, текущей расчетной точности численного решения Ар = Тэп рв - Тэп рн трансцендентного уравнения (2). В блоке 2 задаются начальное значение расчетной величины электромеханической постоянной времени электропривода Тэпр = Таз [(1 + А) / (к + 1)], начальные значения признака расчетного времени в = 0 и расчетного времени tэp = 0. Блоки 3, 5, 7, 10, 11 и 15 являются блоками проверки выполнения условий, указанных в самих блоках на рис. 2. В блоке 4 из трансцендентного уравнения (2) рассчитывается текущее значение tэ. В блоках 8 и 9 задаются текущие численные значения Тэп р, Тэп рв и Тэп рн при выполнении условия tэp < tэи. В блоках 12 и 13 задаются текущие численные значения Тэп рв и Тэп рн при выполнении условия tэp > tэи. В блоке 14 задаются текущее численное значение Тэп р методом половинного разбиения и текущая точность численного решения трансцендентного выражения (2) Ар. В блоке 16 производится расчет численного значения Тэп р из выражения (2) при tэp = tэи, а в блоке 17 рассчитанное с заданной точностью А численное значение Тэпр выводится в ББРКОМ-память МК (рис. 1) с заданной точностью и далее выводится на блок АР СЭП.
Рис. 2. Обобщенная блок-схема алгоритма работы МК по идентификации параметра адаптации - ЭМПВ - Тэп СЭП
с адаптивным регулятором
Таким образом, предложенный фрагмент обобщенной блок-схемы контроллера СЭП с блоком АР (рис. 1), разработанный алгоритм идентификации параметра адаптации - ЭМПВ ТЭП СЭП по критерию времени достижения экстремума на выходе АЗ (п. 1-п. 5) и разработанная обобщенная блок-схема алгоритма работы МК (рис. 2), обеспечивающая идентификацию параметра адаптации - ЭМПВ ТЭП СЭП с АР. Следовательно, все задачи, подлежащие разработке и исследованию в данной статье, выполнены полностью.
Следует отметить, что все МК фирмы Atmel семейств ATtiny и ATmega имеют 8-битной структурой SRAM- и EEPROM-памяти, поэтому можно сделать вывод о том, что точность измерения ТЭП предложенным контроллером составляет около 0,04 %.
Список литературы
1. Анкудинов К.А., Амирбеков Э.А., Демин С.К. Адаптивное управление следящим электроприводом // Сб. научных трудов НТО РЭС им. А.С.Попова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. С. 33-41.
2. Анкудинов А.И., Кравец В.И., Семченко М.Я. Измеритель коэффициента затухания одиночных экспоненциальных радио- и видеоимпульсов // Измерительная техника. 1988. № 8. С. 36-37.
3. Анкудинов К.А., Амирбеков Э.А., Демин С.К. Адаптивное управление следящим электроприводом с контролем электромеханической постоянной // Сб. научных трудов НТО РЭС им. А.С.Попова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. С. 41-44.
4. А. с. 1557633 СССР. Анкудинов А.И., Анкудинов К.А., Кравец В.И. Устройство контроля электропривода // Б. И. 1990. № 14.
5. Применение микроконтроллеров для синтеза цифровых конечных автоматов / Ю.М. Агафонов [и др.] // Изв. вузов. Электроника. 2007. № 5. С. 40-44.
6. Вероятностная оценка работоспособности EEPROM-памяти микроконтроллеров при синтезе цифровых конечных автоматов / Р.Н. Акиншин [и др.] // Изв. вузов. Приборостроение. 2007. Т. 50. № 8. С. 2327.
7. Анкудинов А.И., Кравец В.И., Анкудинов К.А. Измерение электромеханической постоянной времени электропривода постоянного тока // Измерительная техника. 1990. № 12. С. 31-32.
8. Ankudinov A.I., Kravets V.I., Ankudinov K.A. Measurement of the electromechanical time constant of DC electric drives // Measurement Techniques. 1990. Vol. 33. P. 1229-1231.
9. Способ измерения постоянной времени электропривода / К.А. Анкудинов [и др.] // Изв. вузов. Приборостроение. 2009. Т. 52. № 12. С. 43-49.
10. Патент 108237 РФ. Карпов Е.Б., Анкудинов К.А., Акиншин Р.Н. и др. Встроенный контроллер параметров объекта // Изобретения. Полезные модели. 2011. № 25.
Анкудинов Константин Александрович, д-р техн. наук, доц., зам. по учебной и научной работе, Россия, Тула, Тульский институт экономики и информатики,
Амирбеков Эльхан Анвер оглы, преподаватель, Россия, Тула, Тульский институт экономики и информатики,
Абрамов Павел Иванович, канд. техн. наук, нач. управления, Россия, Москва, Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова
ALGORITHM FOR IDENTIFICATION OF ADAPTATION PARAMETER OF SERVO WITH EXTREME-TIME CRITERION ADAPTIVE REGULATOR
K.A. Ankudinov, E.A. Amirberov, P.I. Abramov
The problem of elaboration of the algorithm for servo adaptation parameter identification is set and solved. There was determined the sequence of algorithm operations of identification of electromechanical time constant - a parameter of adaptation of the servo with adaptive regulator according to the criterion of the time of attaining the extreme value by aperiodic link reaction.
Key words: algorithm, identification, tracking actuator, adaptation, the controller block, diagram.
Ankudinov Konstantin Aleksandrovich, doctor of engineering, associate professor, deputy for academic and research affairs, Russia, Tula, Tula Institute of Economics and Informatics,
Amirberov Elkhan Anver ogly, lecturer, Russia, Tula, Tula Institute of Economics and Informatics,
Abramov Pavel Ivanovich, candidate of engineering, head of department, Russia, Moscow, L.Ya. Karpov physical-chemical research institute
