РАЗРАБОТКА АДАПТИВНОГО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА С МУЛЬТИТРАНСПЬЮТЕРНЫМ КОНТРОЛЛЕРОМ

Г. А. Шахназаров, *А. А. Внуков, *А. Л. Логинова
(Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, «Московский государственный институт электроники и математики, Россия)

В автоматических приводах специальных робототехнических и манипуляционных систем, прецизионных систем автоматического позиционирования и элементов технологического оборудования, навигационных систем, электромеханических приводах с повышенными требованиями к статической и динамической точности позиционирования нагрузки в условиях изменения в широком диапазоне характера нагружения и динамических свойств нагрузки возникает необходимость применения специальных адаптивных алгоритмов управления исполнительной частью привода для повышения эксплуатационных и технических характеристик путем введения специальных контуров адаптации. Применение однопроцессорных контроллеров в приводах оказывается неэффективным из-за запаздывания, вносимого ими в контур управления, и сложности программ алгоритмов реального времени. Идеальным для решения подобных задач представляется решение на базе транспьютерных технологий.

На первом этапе сформирована математическая модель и функциональная блок-схема электромеханического привода: цифровой фильтр, ЦАП, АЦП, усилитель мощности, двигатель, редуктор, цифровой датчик. Привод работает так: на вход системы подается воздействие в виде цифрового кода, преобразуется в напряжение, отрабатывается угол, соответствующий напряжению.

Пренебрегая нелинейным характером сил сухого трения, запаздыванием в каналах АЦП и ЦАП и нелинейностью их статических характеристик, эффектом квантования по времени информационных потоков и сигналов управления, упрощаем модель привода. Получаем структурную схему путем структурных преобразований линеаризованной модели замкнутого привода с обратной связью без учета дискретизации по времени. Приводим систему уравнений к каноническим формам, получаем основу для решения задач синтеза алгоритмов адаптивного управления и параметрической идентификации.

На этапе синтеза алгоритмов адаптивного управления модель объекта управления известна с некоторой степенью достоверности, можно сформировать модель прогноза. Она описывается системой линейных дифференциальных уравнений в пространстве состояний.Необходимо синтезировать алгоритм управления для обеспечения желаемой динамики объекта управления в соответствии с его желаемой динамической моделью, фактически представляющей собой модель-эталон. Перейдем от формы описания моделей замкнутого контура с непрерывным временем к форме описания с дискретным временем. Найдем значение управляющего воздействия, минимизирующее соответствующий функционал. Получаем значение модифицированного управляющего воздействия на замкнутый контур регулирования для подачи на вход замкнутого привода и придания замкнутой системе желаемых динамических свойств.

Синтезированный алгоритм управления является адаптивным с эталонной моделью, использует прогноз динамического состояния объекта управления на 1 шаг вперед, функционально реализуется в структурах контуров управления: 1) входное управляющее внешнее воздействие от задающего устройства или от системы управления высшего уровня иерархии воздействует непосредственно на привод для компенсации нелинейностей при работе привода, 2) не непосредственно на основной контур привода, а воспринимается внешним контроллером в дополнительном контуре формирования модифицированного внешнего воздействия с корректирующими свойствами и компенсирующего неопределенности динамических свойств внутреннего замкнутого привода.

Синтезированные алгоритмы адаптивной прогностической динамической коррекции и управления исследованы в системе Mathcad 7. На вход модели привода поданы тестовые сигналы типа меандр и гармонические сигналы. Для повышения качества динамической коррекции и управления нужно в процессе нормального функционирования системы в реальном времени решать задачу параметрической идентификации управляемого объекта. Ее решение основывается на методе наименьших квадратов. Для заданной структуры математической модели объекта управления с неизвестными параметрами модели объекта управления р1, р2, рЗ требуется найти вектор оценок параметров модели объекта управления из условия минимума соответствующего функционала. Задача параметрической идентификации сводится к решению системы линейных алгебраических уравнений порядка п, где n число параметров.

В системе Mathcad 7 проведено исследование синтезированного алгоритма параметрической идентификации на тех же сигналах. Определены характеристики точности получения оценок параметров математической модели и необходимой для ее обеспечения выборки. Алгоритмы адаптивного управления и параметрической идентификации эффективны, могут быть реализованы.

При исследовании электромеханического привода с мультипроцессорным контроллером использована плата 1MB 016с 3-мя транспьютерами Т 805. Occam-программы реализуют первичную обработку информационных сигналов, адаптивное управление, параметрическую идентификацию, интерфейс пользователя для управления устройствами комплекса, отображение режимов и состояния комплекса в процессе эксперимента, накопление массивов данных для проведения последующей обработки результатов эксперимента. Автоматически при работе накапливается массив, решается задача параметрической идентификации, формируется управление с прогнозом состояния. Эксперимент показал хорошее совпадение с результатами моделирования в Mathcad 7.