Методы конструирования СУ.
Анализ синтез систем управления
Задача синтеза состоит с таком выборе: ее стр-ры, параметров, хар-к и тех средств, чтобы удовлетворить совокупности заданных требований. Общая задача синтеза управления обычно разбивается на ряд подзадач: определение стр-ры и параметров системы; выбор техн средств реализации системы; формирование функц схемы; разработка программного обеспечения и т.д. Для отыскания оптимальных решений приходиться просматривать несколько вариантов модели системы, каждая из которых наилучшим образом отвечает решаемой подзадаче проект-я. Наиболее хар-ным при синтезе СУ явл-ся задание объекта управ-я Выбору и расчету подлежат усилительные, преобразующие и корректирующие устройства, составляющие изменяемую часть системы.
Заданная точность СУ обесп-ся соот-щим выбором коэф. передачи разомкнутой системы К >а. В ряде случаев значение коэф-та К настолько велико, что ухудшает устойчивость системы. Тогда для обесп-ния приемлемого хар-ра переходного процесса уменьшают значение коэф. передачи, а для достижения требуемой точности при меньших значениях К следует попытаться повысить порядок астатизма системы на единицу по одному или нескольким возмущающим возд-ям.
При одновременном возд-вии на СУ полезного (задающего) сигнала возд-я постоянных или медленно изменяющихся возмущающих возд-вий и помехи, которая представляет собой случайную или, в общем виде, гармоничную функцию времени, необходимо решать задачу минимизации ошибки системы.
Системные принципы построения и функционирования сложных СУ.
Сложная сист. - сов-ть элем-ов, подсистем, связанных м/у собой, находящихся в иерархической зав-ти. К сложн. системам по своим хар-кам м.б.отнесены многие техн., эконом., организацион., экологич. и др. объекты. Функц-ние этих сист .подчиняется общим закономерностям, знание которых принципов не исключает, а уменьшает риск при проектировании искусств. сист. Основные принципы: 1.Пр.целостности.Закономерность целостности прояв-ся в сист. в виде новых итеративных качеств, не свойственных образующим ее компонентам. 2.Пр .коммуникативности (единство сист-ы и среды). Коммуник-ть образует единство со средой. Любая исследуемая сист. представл. собой часть более высокого порядка и с др.стороны, элементы сист. выступают как сист. более низк. порядка. 3.Пр.иерархичности.Сложн.сист.д.б.устроены иерархично. 4.Пр.обратн. связи. Закл-ся в такой организации взаим. элементов в сист., при котор. принятие решений осущ-ся по инф-ции о цели, но и фактическому сост-ю объекта. 5.Пр.соот-вия уровней сложности -сист. упр-я д.б.построена также иерархически, как объект упр-я и иметь кол-воуровней упр-я не меньше, чем у объекта. 6.Закон необх-го разнообразия. Автор У.Р.Эшби.
Он доказал теорему, на основе кот-й можно сдел. вывод -для того, чт. создать сист., способную справиться с проблемой ,обладающей опред. разнообразием, нужно чтобы сист. имела еще больше разнообразия или была способна создать его. 7.Пр.типизации истандартизации -в проект-мой сист. должны использ-ся стандартн. и типовые подсист. Вследствие, меньше стоимость проекта, риска, с др.стороны создает предпосылки для автоматизации. 8.Пр.контр-интуитивного проектирования -создать удовлетв. проект, опираясь только на опыт и интуицию, традиции и т.д.Предполагает применение компьютерн. моделирования для получения коллич-ных оценок решений. 9.Пр.гибкости. Закл-ся в быстром и целенаправлен. изменении св-в сист. ,необходимость в кот-х возникает при появ-ии различн. возмущений. м.б. конструкторской, технологической, организационной.
Методы конструирования СУ.
Конструирование систем управления заключается в решении задачи объемной (трехмерной) компоновки элементов, составляющих систему, с учетом накладываемых при этом ограничений: объемных, массовых, тепловых, электромагнитной совместимости, монтажных, прочностных и др.
Содержание и последовательность работ по конструированию систем управления определяются конструкторским делением проектируемой системы. Конструкторское деление системы обладает иерархией, во многом подобной структурной иерархии. В отличие от структурной конструкторская иерархия строится по принципу законченности составляющих ее частей и в общем случае может не соответствовать структурной иерархии. На рис. 7.1 показаны уровни конструкторской иерархии систем управления. Подобное деление позволяет свести решение сложной задачи конструирования системы в целом к относительно несложным задачам конструирования ее по частям. Однако иерархическое построение конструкции системы управления приводит к тому, что выбор оптимальных конструкторских составляющих низшего уровня оказывается подчиненным конструкторским составляющим более высокого уровня, которые в свою очередь подчинены составляющим еще более высокого уровня.
Сложность аппаратуры систем управления растет быстрее, чем отводимые для нее масса и объем. Жесткие требования к габаритам и массам систем управления заставляют принимать специальные меры по оптимизации конструкций. В общем виде конструирование аппаратуры может быть сведено к решению задачи геометрической компоновки заданного числа составляющих систему элементов в заданном объеме либо в
минимальном объеме при условии выполнения ряда дополнительных требований. Таким; образом, компоновка — это процесс топологического размещения конструкторских составляющих нижнего уровня иерархии в составляющих высшего уровня
МЕТОДЫ КОМПОНОВКИ
Разработка наилучшей конструкции связана с оптимизацией обобщенного компоновочного параметра. Для этой цели обычно используются численные методы оптимизации с решением задачи на ЭВМ. Подобный метод компоновки называют автоматизированным конструированием.
При конструировании аппаратуры систем управления также применяют аналитический, номографический, аппликационный, модельный, графический и натурный методы.
Аналитический и номографический методы необходимы на начальной стадии проектирования и носят оценочный характер. Они позволяют оперативно оценить возможность конструирования системы управления в заданных габаритах, массе и т. п. Как аналитические, так и
номографические методы компоновки выполняются по спецификациям принципиальных электрических схем, что весьма удобно при проектировании. Однако эти методы компоновки не обладают наглядностью и не позволяют построить пространственный компоновочный эскиз, необходимый для конструирования.
Метод аппликационной компоновки заключается в моделировании на плоскости (на специальном планшете) компоновки аппаратуры с использованием трафаретов-аппликаций, изображающих схемные элементы. Эти трафареты выполняются из прозрачного материала (например, оргстекла, синтетических пленок или кальки), а также, что менее удобно, из ватмана, картона и др., обычно в масштабе 1:1, а для малогабаритных элементов — в увеличенном масштабе (2:1, 5:1 и более) с обязательным изображением электрических выводов и их полярности. Поскольку изготовление аппликаций, полностью воспроизводящих чертеж (рис. 7.2,а и б) элемента затруднительно, часто заменяют их прямоугольниками с эквивалентными габаритными размерами.
Несмотря на относительную простоту, аппликационная компоновка не дает непосредственного представления об объемных решениях конструкции, и тогда применяют модельную компоновку. Здесь вместо аппликаций используют объемные модели, изготовляемые из дерева, папье-маше, пластмассы, пластилина и т. п. Объемные модели непременно содержат элементы крепления, соответствующие реальным схемным элементам, а также электрические выводы.
Графическую компоновку выполняют на диазокальке, пергамине, кальке или ватмане. При этом контурные изображения схемных элементов или их габаритные прямоугольники наносят на компоновочный эскиз с помощью специальных трафаретов из органического стекла. Очень удобны резиновые или пластмассовые штампы с масштабным изображением схемных элементов.
4. Проектирование СУ представляет собой сложный, трудоемкий и длительный процесс. Этот процесс укрупненно представлен схемой указанной на рисунке.
Этапы проектирования связаны двусторонними стрелками. Это указывает на то, что этапы могут повторяться, т. е. процесс проектирования является повторяющимся. Приведенные на рисунке этапы проектирования обычно группируются в рамках более общих этапах проектирования СУ:
1. разработка технического задания
2. предварительное проектирование
3. эскизное проектирование
4. техническое проектирование
5. серийное производство
6. эксплуатация
Качественная обработка ТЗ во многом определяет уровень и успешность разработки СУ. «2» проводят с целью определения принципов построения системы, структур и технических средств, удовлетворяющих ТЗ. Предварительное проектирование относят к стадии научно-исследовательской работы. «3» и последующие этапы – этапы опытно-конструкторской разработки. Результатом «3» является детальная разработка возможного создания системы, удовлетворяющей заданным требованиям.
На этапе «4» детально обрабатываются схемные, конструкторские, программные и технологические решения. Большие усилия затрачиваются на отладку и доводку программного обеспечения, а также разработку программной документации.
В процессе «5» осуществляется окончательная доводка принятых технических решений программного обеспечения и отработка технологии изготовления с учетом особенностей серийного производства.
В процессе «6» проектировщик системы получает информацию, позволяющее внести необходимые изменения с целью доведения параметров до заданных.