Научная статья на тему 'Определение запасов устойчивости автоматических систем управления в Matlab электропривода с упругой механической передачей'

Определение запасов устойчивости автоматических систем управления в Matlab электропривода с упругой механической передачей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
591
23
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
УСТОЙЧИВОСТЬ / УПРУГОСТЬ / MATLAB

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Абакумов Максим Игоревич, Анненков Евгений Александрович, Савченко Александр Владимирович

В статье исследованы системы подчиненного управления скоростью при наличии упругой механической передачи. Определены запасы устойчивости по фазе и амплитуде при различных настройках регуляторов скорости.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Абакумов Максим Игоревич, Анненков Евгений Александрович, Савченко Александр Владимирович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Определение запасов устойчивости автоматических систем управления в Matlab электропривода с упругой механической передачей»

Аналогичные анализы и вычисления мы можем проводить в сортах мандарина «Васэ-Уншиу». Результаты зольности сорта мандарина «Уншиу» колеблятся в пределах 0,47 %, 0,48 %, 0,49 %. Ошибка опыта была в пределах допустимой нормы - 0,52 %.

Показатели содержания сахара в различных помологических сортах мандаринов обработаны математико-статистическим методом.

В сорте мандарина «Уншиу» определено содержание сахара в трех повторениях, и получены следующие результаты: 8,01 %, 8,02 %, 8,03 %.

Содержание сахара в сорте мандарина «Васэ-Уншиу» было в пределах 8,04 %, 8,05 %, 8,06 %. Ошибка опыта была допустимой нормы - 0,53 %.

Анализы и вычисления кислотности мы проводили в сортах мандарина «Уншиу». Кислотность в этом сорте составила: 1,06 %, 1,07 %, 1,08 %.

Выводы. Результаты экспертизы органолептических показателей качества цитрусовых плодов соответствуют данному сорту, и образцы сортов соответствуют требованиям стандартов. Особых отклонений не наблюдалось, продукты являются доброкачественными. Исследования физико-химических показателей помологических сортов лимона показали, что содержание кислотности в сорте лимона «Новогрузинский» составило 8,0 %, пектиновых веществ - 0,9 %, сахара - 3,01 %. В сорте лимона «Лисбон» содержание кислотности было 7,02 %, сахара - 2,98 %, пектиновых веществ -

0.95.%. Экспертиза физико-химических показателей помологических сортов мандарина показала, что содержание кислотности сорта мандарина «Уншиу» составила - 1,16 %, сахара - 8,02 %, пектиновых веществ - 0,67 %, золы 0,49 %. А в сортах «Васэ-Уншиу» содержание кислотности достигло 1,06 %, сахара - 8,03 %, пектиновых веществ - 0,68 %, золы - 0,5 %.

Литература

1. Ахундзаде И. М. Цитрусовые растения в Азербайджане. Баку: изд-во Шарг, 1950, С. 3-75.

2. ГуптевГ. Т. Субтропические плодовые растения. Гос. изд-во Литература. М., 1958, С. 36-51.

3. ЕкимовВ. П. Субтропическое плодоводство. Москва: Сельхозиздат, 1955.

4. МетлицкийЛ. В. Цитрусовые плоды. М.: Пищепромиздат, 1955.

5. Николаева М. А. Контроль качества плодов и овощей в торговле. М.: Экономика, 1978.

6. Набиева З. Ю. Субтропические культуры Азербайджана. Баку: Азернешр, 1966, С. 144-167.

7. Осенова Е. Х. и др. Субтропические и тропические плоды. М. Экономика, 1989.

8. Шепелев А. Ф., Кожухова О. И. Товароведение и экспертиза плодоовощных товаров. Учебное пособие. Изд. центр Март, 2001. 64 с.

Определение запасов устойчивости автоматических систем управления в MATLAB электропривода с упругой механической передачей Абакумов М. И.1, Анненков Е. А.2, Савченко А. В.3

'АбакумовМаксим Игоревич / AbakumovMaksim Igorevich — студент; 2Анненков Евгений Александрович /Annenkov Evgeniy Aleksandrovich — студент; 3Савченко Александр Владимирович /Savchenko Aleksandr Vladimirovich — кандидат технических наук, доцент,

кафедра электроснабжения и электропривода, Южно-Российский государственный политехнический университет Новочеркасский политехнический институт имени М. И. Платова, г. Новочеркасск

Аннотация: в статье исследованы системы подчиненного управления скоростью при наличии упругой механической передачи. Определены запасы устойчивости по фазе и амплитуде при различных настройках регуляторов скорости. Ключевые слова: устойчивость, упругость, MatLAB.

УДК681. 5:004.42

При синтезе систем управления требуется, чтобы система была не просто устойчивой, а обладала определенным запасом устойчивости.

Критерий устойчивости Найквиста, для систем устойчивых в разомкнутом состоянии, сводиться к тому, что ЛАЧХ (логарифмическая амплитудная частотная характеристика) должна пересечь ось абсцисс раньше, чем фаза окончательно перейдет за значение -п. Так сказать, на частоте среза шср величина фазы должна быть меньше п [1].

При оценке устойчивости систем одного фактора устойчивости недостаточно. Необходимо еще оценить величину запаса устойчивости, т.е. степени удаленности систем от границы устойчивости. Система, которая является теоретически устойчивой, но находится очень близко к границе устойчивости, практически при ее реализации может отказаться неустойчивой как вследствие неточности математического описания, использованного при оценке устойчивости, так и из-за изменения во времени параметров системы [2].

Качество меры запаса устойчивости определяют две величины - запас устойчивости по фазе Дф и запас устойчивости по амплитуде ДЬ.

Определяем запас устойчивости по фазе, величиной Дф, на которую должно возрасти запаздывание по фазе в системе на частоте среза шср, чтобы система оказалась на границе устойчивости [3].

Затем запас устойчивости по амплитуде, величиной ДЬ допустимого подъёма ЛАЧХ, при котором система окажется на границе устойчивости [4].

Рассмотрим построение переходного процесса и логарифмических частотных характеристик для системы электродвигатель - механизм с ос по моменту и скорости без учёта упругости. Исследуемая модель системы электродвигатель - механизм, настроенная без учёта упругости, приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Исследуемая модель системы электродвигатель — механизм без учёта упругости

Получить график переходного процесса можно с помощью команды step.

График переходного процесса приведен на рисунке 2.

В результате получим значения:

Перерегулирование = 0%;

Время переходного процесса = 1.22 с.

Step Rework

From; htd To: Wnl

03

o.e

0.7 06 05

04 0.3 0.2 0.1

0

- . . . . . . . . . 1__ . . System: Moth ■ - ^ _ ----i—-1 System Model (2) ьсг MdtoWtaii Peak ampeude ». 0 995 Overshoot (%): 0

^--«к MdtoWtail SeHfrig Time (sascí 122 i

1 At tine (sec) >1£

I

i

i i ¡ i

0.2

CM

DJ6

12

1.1

1.6

i.e

0.0 1 Tine (sec)

Рис. 2. График переходного процесса системы электродвигатель — механизм без учёта упругости

Получаем логарифмические частотные характеристики с помощью команды bode. Логарифмические частотные характеристики приведены на рисунке 3. Для получения численных значений запасов устойчивости в MATLAB существует специальная команда Minimum Stability Merging [5].

10 10" Frequency (radfcec)

Рис. 3. Логарифмические частотные характеристики системы электродвигатель — механизм без учёта упругости

В результате получим значения: запас устойчивости по фазе Дф = 100 град; запас устойчивости по амплитуде ДЬ = 26.1 дБ; частота среза шср = 3.9 рад./с; частота затухания = 80.7 рад./с.

Проделаем тоже самое для системы электродвигатель - механизм с обратной связью по моменту и скорости с учётом упругости.

Получим график переходного процесса и логарифмических частотных характеристик для системы, приведенный на рисунке 4.

Рис. 4. Исследуемая модель системы электродвигатель — механизм с учётом упругости

Из графика переходного процесса (рисунок 5) получим перерегулирование = 4%, время переходного процесса = 0.97 с.

Рис. 5. График переходного процесса системы, электродвигатель — механизм с учётом упругости

Frequency (red/sec)

Рис. 6. Логарифмические частотные характеристики системы электродвигатель — механизм с учётом упругости

Из логарифмических частотных характеристик видно запас устойчивости по фазе Дф = 44.4 град; запас устойчивости по амплитуде ^ = 14.2 дБ; частота среза шср = 48.7 рад/с; частота затухания = 111 рад./с.

В результате проделанной работы, можно сделать вывод, что применение упругих обратных связей способствует увеличению быстродействия системы и не оказывает большого влияния на устойчивость системы, так как критерии устойчивости имеют примерно двойной запас, что рекомендуется при проектировании систем автоматического управления.

Литература

1. Пятибратов Г. Я. Исследование на ПЭВМ автоматизированных систем подчиненного управления электроприводов с учетом упругости механических передач / Пятибратов Г. Я., Савченко А. В. // Методические указания к индивидуальному заданию по дисциплине «Информационные технологии в профессиональной деятельности» /Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск, 2009. 24 с.

2. Кравченко О. А. Математическая модель электромеханической многокоординатной силокомпенсирующей системы / Кравченко О. А., Богданов Д. Ю., Барыльник Д. В. // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Сер. Энергетика, 2014. Т. 14, № 1. С. 71-78.

3. Пятибратов Г. Я.Синтез системы управления движением объекта на гибком подвесе при действии внешних сил / Пятибратов Г. Я., Богданов Д. Ю., Бекин А. Б. // Пром-Инжиниринг-2015 : тр. Междун. науч.-техн. конф. 22-23 окт. 2015 г., Челябинск, Новочеркасск. [Электронный ресурс]. Юж.-Урал. гос. ун-т ( нац. исслед. ун-т) Челябинск: ЮУрГУ, 2015. С. 166-171. Режим доступа: http://www.icie-rus.org/issues/ICIE-2015RU.pdf.

4. Богданов Д. Ю. Математическая модель многокоординатных систем тренажёрных комплексов подготовки космонавтов / Богданов Д. Ю., Бекин А. Б. // Управление большими системами: Материалы XII Всероссийской школы-конференции молодых ученых. под общей редакцией Д. А. Новикова, А. А. Воронина, 2015 (Волгоград, 07-11 сентября 2015 г.). М., 2015. С. 580-590.

5. Кравченко О. А. Особенности построения и создания многокоординатных электромеханических сило-компенсирующих систем / Богданов Д. Ю., Бекин А. Б. // Труды VIII Междунар. (XIX Всерос.) конф. по автоматизирован. электроприводу АЭП-2014, 7-9 окт. 2014 г.: в 2 т. / Национал. исследоват. Мордов. гос. ун-т им. Н. П. Огарева. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2014. Т. 1. С. 332-336.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.