ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТ ВХОДНЫХ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ НА ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

The paper presents findings of the influence analysis of input harmonic signal’s frequencies on control systems dynamics. Different control system structures with discrete-time controllers have been considered. The system is stable with the feedback controller and unstable with the controller in the forward path. Different discrete-time shaping units (low-pass filters, rate limiters) with matched parameters have been applied for sustained oscillation and spontaneous drift elimination. The influence of input signal’s frequencies goes down if control system includes shaping units. At the same time, when using low-pass filters or rate limiters emerging additional delays need to be considered. The recommendations for the practical use of the investigation results are presented.Рассматриваются системы автоматического управления c цифровыми регуляторами. С помощью математического моделирования исследуется влияние частот гармонических воздействий на динамические свойства систем. Отмечаются отсутствие влияния высоких частот на работу системы с регулятором в цепи обратной связи и неустойчивая колебательная работа системы с регулятором в прямой цепи. Для исключения колебаний и самопроизвольного ухода системы из равновесного состояния рассматривается применение различных цифровых формирующих устройств: цифровых фильтров низкой частоты и ограничителя скорости. Приводятся примеры расчета цифровых формирующих устройств, параметры которых согласованы с параметрами системы

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДЪЕМА И ГОРИЗОНТИРОВАНИЯ ОПОРНОЙ ПЛАТФОРМЫ

The paper presents the method for automatic raising and leveling of support platform that differ from others in simplicity and versatility. The method includes four phases of raising and leveling when performance capabilities of the system is defined and the soil condition is tested. In addition, the current condition of the system is controlled and corrected with the issuance of control parameters to the control panel. The method can be used not only for static, but also for dynamic leveling systems, such as active suspension. The method assumes identification and dynamics testing of reference units. The synchronization of reference units moving was implemented to avoid dangerous skewing of support platform. The recommendations for the system implementation and experimental model identification of support platform are presented.Описывается способ автоматического подъема и горизонтирования опорной платформы. Определяется состав элементов, необходимый для реализации системы в соответствии с предложенным способом. Система обеспечивает подъем и горизонтирование в четыре этапа, в процессе которых происходит определение ее возможностей, оценка состояния грунта, контроль и коррекция текущего состояния опорной платформы с выдачей параметров контроля на пульт управления. Способ можно использовать не только в статических, но и динамических системах горизонтирования типа активной подвески. Для реализации управления требуется определение динамических свойств опорных агрегатов по усилию и положению. Для исключения опасных перекосов платформы при ее подъеме осуществляется синхронизация движения опор. Даются рекомендации по реализации системы и экспериментальному определению параметров пространственной модели опорной платформы

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СИНТЕЗ ЦИФРОВЫХ РЕГУЛЯТОРОВ НА ОСНОВЕ ДИСКРЕТНЫХ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ ОБЪЕКТОВ УПРАВЛЕНИЯ

The paper presents discretization methods of control objects transfer functions, which are used in MATLAB, including zero- and first-order extrapolators, bilinear Tustin approximation and Tustin approximation with frequency prewarping. The MATLAB program which automates the process of determining discrete transfer functions of various control objects from their continuous models and calculates the digital controllers is developed. Discrete transfer functions and digital controllers for control objects of the second and third order are obtained programmatically. The digital modeling is applied to verify the operability of the control objects and the automatic control systems with different digital controllers.Рассматриваются методы дискретизации передаточных функций объектов управления, используемые в пакете MATLAB, в том числе экстраполяторы нулевого и первого порядков, били-нейная аппроксимация (преобразование Тастина) и преобразование Тастина с коррекцией по частоте среза. В среде MATLAB разрабатывается программа, которая позволяет автоматизировать процесс определения дискретных передаточных функций различных объектов управления по их непрерывным моделям, а также рассчитываются цифровые регуляторы. Для объектов управления второго и третьего порядков программно определяются дискретные передаточные функции и рассчитываются цифровые регуляторы. Путем математического моделирования осуществляется проверка работы указанных объектов управления, а также систем автоматического управления с различными цифровыми регуляторами

Синтез напряжений многократных равномерных ШИМ, созданных по ступенчатым функциям построения

The paper considers a problem pertaining to synthesis and qualitative assessment of a harmonic voltage composition of multiple uniform PWM pulses generated by step builder functions. Analytical expressions for PWM pulse parameters ai and ti have been obtained and they can be used for software-based formation of the given PWM, determination of  Uп*  -amplitude of  n-harmonic voltage in pulse-width regulation and AC motor operation simulationРассматривается задача синтеза и качественной оценки гармонического состава напряжений многократных равномерных ШИМ, созданных по ступенчатым функциям построения. Получены аналитические выражения параметров ШИМ импульсов  и  которые можно использовать для программного формирования данного вида ШИМ, определения амплитуды  напряжений n-й гармоники при широтно-импульсном регулировании и моделирования работы электродвигателя переменного тока

СИНТЕЗ ОПТИМАЛЬНОГО ЦИФРОВОГО РЕГУЛЯТОРА ДЛЯ СИСТЕМЫ С ОБЪЕКТОМ УПРАВЛЕНИЯ ЧЕТВЕРТОГО ПОРЯДКА

An electro-hydraulic system with a fourth-order astatic control object containing lag and oscillatory elements is considered. The results of mathematical modeling of an optimal digital controller for this system are presented.Analytical expressions for digital controller transfer function coefficients via control object parameters and time step are obtained. System performance is verified by mathematical simulation.Рассматриваются результаты синтеза оптимального цифрового регулятора для электро-гидравлической системы с астатическим объектом управления четвертого порядка, содержащим в своем составе апериодическое и колебательное звенья. Полученные аналитические выражения позволяют определить коэффициенты передаточной функции цифрового регулятора через пара-метры объекта управления и через шаг квантования. С помощью математического моделирования проводится проверка работы системы с данным объектом управления и рассчитанным для него цифровым регулятором

СИНТЕЗ НАПРЯЖЕНИЙ РАВНОМЕРНЫХ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫХ МОДУЛЯЦИЙ ПРИ ВРЕМЕННОМ РЕГУЛИРОВАНИИ

The article describes a process of synthesis and qualitative assessment of the harmonic composition of voltages of multiple and single PWM pulses in time regulation, being, along with amplitude, frequency and phase method, one of control methods of an asynchronous motor. The main point of time regulation is that a pause after any two single PWM pulses with different polarity or after any two groups of multiple PWM pulses with different polarity changes during a process of regulation. Feature of time regulation is that a motor has fast response in the range of small-signal of control and good linearity of speed-torque characteristics in the whole control range. Analytical expressions of parameters of PWM pulses ai and ti are obtained which allow to simplify considerably a process of formation and implementation of time regulation using tabular or indexed-tabular methods. These expressions allow not only to define voltage amplitude of  harmonic but also to perform qualitative assessment of harmonic composition of output voltages at time regulation. It is specified that harmonic frequencies wi = w0/q change in inverse proportion to magnitude of parameter q during a process of regulation and there is a replacement of a fundamental frequency by frequencies of higher harmonics.The offered approach allows to synthesize voltage of uniform single and multiple PWM pulses and to perform their comparative and qualitative analysis and the obtained expressions can be used at modeling of AC motor work. Voltage of multiple PWM pulses which is formed using stepped reference voltage with even quantity of steps in a half period and a pause on a zero level has the best parameters by criterion of a minimum of harmonic components and a maximum of a factor of anharmonicity Kнс at time regulation.В статье рассматривается задача синтеза и качественной оценки гармонического состава одно- и многократных широтно-импульсных модуляций (ШИМ) напряжений при временном регулировании, являющемся, наряду с амплитудным, частотным и фазовым, одним из способов управления асинхронным двигателем. Сущность временного регулирования состоит в том, что при нем изменяется пауза после каждых двух разнополярных импульсов однократных ШИМ или двух разнополярных последовательностей импульсов многократных ШИМ. Особенностью временного регулирования является то, что двигатель в области малых сигналов управления имеет повышенную чувствительность и хорошую линейность механических характеристик во всем диапазоне регулирования. Получены аналитические выражения параметров ШИМ импульсов ai и ti, позволяющие значительно упростить процесс формирования и реализацию временного регулирования с использованием табличных или индексно-табличных способов. Благодаря этим аналитическим выражениям можно не только определить амплитуду  напряжения n-й гармоники, но и провести качественную оценку гармонического состава выходных напряжений при временном регулировании. Установлено, что при регулировании частоты гармоник wi = w0/q изменяются обратно пропорционально величине параметра q и происходит замещение основной частоты w0 частотами высших гармоник.Предлагаемый подход позволяет синтезировать напряжения равномерных одно- и многократных ШИМ, провести их сравнительный и качественный анализ, а полученные выражения могут быть использованы при моделировании работы электродвигателя переменного тока. Лучшими показателями по критерию минимума гармонических составляющих и максимума коэффициента несинусоидальности Kнс при временном регулировании обладают напряжения многократных ШИМ, при формировании которых использовано ступенчатое эталонное напряжение, имеющее четное число ступенек в полупериоде и содержащее паузу на нулевом уровне

СИНТЕЗ ЦИФРОВОГО РЕГУЛЯТОРА ДЛЯ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ ПЯТОГО ПОРЯДКА С ПРИМЕНЕНИЕМ ОПТИМАЛЬНЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Synthesis of optimal digital controller for an electro-hydraulic system with the fifth order nonstatic controlled object containing oscillatory elements has been carried out. The system performance with such object and the designed optimal digital controller are verified via mathematical simulation. The achieved results are recommended to be used in practical implementation of similar digital automatic control systems.Осуществляется синтез цифрового регулятора для электрогидравлической системы с аста-тическим объектом управления пятого порядка, содержащим в своем составе два колебательных звена. С помощью математического моделирования проводится проверка работы системы с данным объектом управления и рассчитанным для него цифровым регулятором. Полученные результаты рекомендуется использовать при практической реализации аналогичных цифровых систем автоматического управления

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ ПО ПЕРЕХОДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКЕ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ

The method of control object identification using the transient response of closed-loop system is given. The transient functions of typical elements are considered. These elements are the inertial element of first, second and higher order and the oscillating element. Analytical expressions allowing to determine parameters of control objects transfer functions using parameters of transient functions of the closed-loop systems are received. The parameters of various control objects are calculated on a concrete example. The digital regulators are synthesized using the discrete transfer functions of control objects. The digital modeling is realized for calculations verification. Recommendations concerning practical application of the received results are presented.Изложен метод идентификации объекта управления по переходной характеристике замкнутой системы. Рассмотрены переходные функции типовых звеньев: апериодического - первого, второго и высокого порядка; колебательного. Получены аналитические выражения, позволяющие определить параметры передаточных функций объектов управления по параметрам переходных функций замкнутых систем. На конкретном примере осуществлен расчет параметров различных объектов управления, и через дискретные передаточные функции объектов управления синтезированы цифровые регуляторы для проверки полученных результатов. Проведено цифровое моделирование, подтверждающее правильность сделанных расчетов. Сформулированы рекомендации по практическому применению полученных результатов

СИНТЕЗ ЦИФРОВОГО РЕГУЛЯТОРА, ВКЛЮЧЕННОГО ПАРАЛЛЕЛЬНО ЕДИНИЧНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

This paper presents analytical synthesis method of the digital controller in the reverse path with additional unity feedback. This method is easy realized, ensures perfect tracking of various inputs and uses modern information technologies.Представлен аналитический способ синтеза цифровых регуляторов, включенных параллельно объектам управления, замкнутых единичными обратными связями. Использование данного способа рассчитано на применение современных компьютерных технологий, отличается простотой реализации и хорошим качеством работы

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ РАБОТЫ ЦИФРОВОЙ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ НЕУРАВНОВЕШЕННУЮ НАГРУЗКУ

The paper considers a structural flowchart of a typical digital servo system and its operational principle. A method for determination of the unbalanced load effect on the accuracy of the system operation is described in the paper. The paper proposes a method for compensation of the  unbalanced load influence on the system operation. The experimental verification of the unbalanced load effect on the operational accuracy of the servo system and compensation of these influences have been executed in the paper. Рассмотрены структурная схема типовой цифровой следящей системы и принцип ее работы. Изложен способ определения влияний неуравновешенной нагрузки на точность работы системы. Предложен метод компенсации влияний неуравновешенной нагрузки на работу системы. Проведены экспериментальная проверка влияний неуравновешенной нагрузки на точность работы цифровой следящей системы и компенсация этих влияний.