close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

отчет лаб №6

код для вставкиСкачать
Федеральное агентство по образованию РФ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тульский государственный университет»
Кафедра «Системы автоматического управления»
Отчет по лабораторной работе №6
по курсу «Статистическая динамика»
Оптимизация испытаний оптической системы сопровождения цели
Выполнил: ст. гр. 140181б
Меденцева М.Ю.
Руководитель: доцент, к.т.н.
Воробьев В.В.
Тула 2012
1
Цель исследования – практическое знакомство с методами
оптимизации динамических испытаний оптической системы сопровождения
цели (ОССЦ).
Достижение поставленной цели связано с необходимостью решения
следующих задач:
- оптимизация динамические испытания ОССЦ на заданном классе
входных сигналов по минимаксному критерию точности;
- формирование испытательных тест-сигналов;
- построение виртуального стенда для динамических испытаний;
- испытания системы с оценкой предельной динамической ошибки.
Технологический процесс статистических испытаний ОССЦ
предусматривает вначале подачу на вход ЗУ детерминированного тестсигнала u*ЗУ t  и регистрацию максимальной динамической ошибки.
Программы испытаний ОССЦ расширяется за счет использования
стохастического тест-сигнала, который формируется на базе сигнала u*ЗУ t  .
Необходимость в случайном тест-сигнале при испытаниях обусловлена тем,
что МО ОССЦ, используемое для формирования сигнала u*ЗУ t  , является
линеаризованным и неполным.
Первая разновидность стохастического тест-сигнала имеет релейную
форму с длительностями интервалов постоянства (интервалов между
моментами переключения реле), которые образуют последовательность
независимых случайных величин. Вторая разновидность стохастического
тест-сигнала имеет типовую форму – это, так называемый, «типовой входной
случайный сигнал СС» с широкой полосой частот.
Рассмотрим виртуальные статистические испытания ОССЦ в пакете
Simulink системы Matlab. Универсальное программное обеспечение
испытаний включает типовые Simulink-схемы:
1) задающего устройства;
2) расчета ГТ;
3) моделирования детерминированного и стохастического тестсигналов;
4) виртуального испытательного стенда.
В состав обеспечения также входят пользовательские программы (mфайлы), выполняющие функции:
1) формирования тест-сигнала u*ЗУ t  ;
2) расчета среднего значение интервала постоянства сигнала u*ЗУ t  ;
3) формирования стохастического тест-сигнала релейной формы;
4) формирования «типового входного случайного сигнала СС».
2
Задающее устройство в виде колебательного звена при подаче на его
вход широкополосного «типового входного случайного сигнала СС»
формирует класс V (случайный процесс) сигналов с заданной спектральной
плотностью на входе ОССЦ (рис. 1, 2).
Рис. 1. Структурная схема задающего устройства
Вид графика спектральной плотности случайного процесса V (t ) на
выходе ЗУ дан на рис. 2.
8
7
6
5
Sp 
4
3
2
1
100
75
50
25
0
25
50
75
100

Рис. 2. График спектральной плотности
T
   wt  dt .
0
Расчет ГТ производится путем непосредственного моделирования
Simulink-схемы с вычислением весовой функции wt  расширенной системы
(т.е. последовательного соединения ЗУ и привода). Модель содержит блоки
вычисления модуля ошибки и интегрирования. Время интегрирования
Т  5 c определяется временем затухания весовой функции расширенной
системы (временем её входа в 5 % коридор). Для моделирования
импульсного воздействия  (t ) (дельта-функции) на входе расширенной
системы используется способ задания начального условия на первом
интеграторе ЗУ (рис. 3).
3
Рис.3. Схема вычисления гарантированной точности
Достигнутое в конечный момент времени интегрирования Т  5 c
значение гарантированной точности слежения ЭСП на классе V входных
сигналов (см. показание дисплея на рис. 7) составило
ГТ  0.00234 рад .
Это говорит о высокой динамической точности испытуемой ОССЦ.
Тестовый сигнал (рис. 4), моделирует реакцию расширенной системы
на дельта-функцию  (t ) . Вычисляется весовая функция w(t ) и на ее основе
строится релейный сигнал ES в прямом времени, который отправляется в
рабочее пространство Matlab, где сигнал ES преобразуется в обратном
времени (T  t ) . Таким способом формируется тест-сигнал FF1 для входа ЗУ.
Полученный детерминированный тест-сигнал для испытаний расширенной
системы имеет релейную форму (рис. 5):
u*ЗУ t   sign  wT  t  .
Примечание: для моделирования импульсного воздействия  (t ) на
входе расширенной системы используется единичное начальное условие на
первом интеграторе ЗУ (рис. 4).
Рис.4. Схема формирования релейного сигнала ES в прямом времени
4
Рис 5. Детерминированный тест-сигнал FF1
Для испытаний СС используются следующие варианты случайного
тест-сигнала:
1) сигнал A (случайный центрированный тест-сигнал релейной формы):
средний интервал постоянства TS  nu , форма сигнала – rela ; уровень
сигнала 1.
Рис.6. Реализация случайного тест-сигнала А релейной формы
Как видим, сигнал на рис. 10 имеет среднюю частоту равную средней
частоте детерминированного тест-сигнала FF1.
2) сигнал B («типовой случайный входной сигнал СС» с широкой
полосой частот):
- средний интервал постоянства TS  nu /100 ;
- форма сигнала – unif ;
- максимальный уровень сигнала 1.
5
Рис.7. Реализация случайного тест-сигнала В типовой формы
Рис.8 Виртуальный стенд для статистических испытаний
6
Ответы на контрольные вопросы:
1. Каковы традиционные подходы к испытаниям САУ на
динамическую точность. Каковы их недостатки?
Лабораторно-стендовые испытания на динамику, точность и
помехоустойчивость широко используются на всех этапах разработки.
Стенды позволяют перенести часть натурных (полигонных) испытаний в
лабораторные условия и значительно снизить затраты времени и средств
на разработку системы. Традиционные методы полунатурных испытаний
на динамическую точность не контролируют диапазон мгновенных значений
ошибки в условиях реальных воздействий произвольной формы,
характеризуются трудоемкостью, малыми точностью и надежностью
результатов, понижением ресурса изделия и стенда.
2. В чем состоит математическая постановка задачи оптимизации
динамических испытаний высокоточной системы на заданном классе
сигналов?
Вычисление ГТ является задачей об оптимальном управлении. Оно
сводится к отысканию такой ограниченной функции времени, при которой
норма в смысле пространства C функции (t), вычисляемой как отклик
расширенной системы при нулевых начальных условиях, достигает
максимума. Из принципа максимума Понтрягина нетрудно установить, что
такое управление в каждый момент времени может принимать только
значения 1 или - 1.
3. Что такое предельная на классе сигналов ошибка? В чем суть метода
ГТ? Что такое расширенная система? Как формируется ЗУ?
Предельная ошибка – результат прохождения через систему
экстремального тест-сигнала.
Гарантированная точность слежения понимается как максимум
модуля ошибки слежения CC за сигналами v(t) из заданного класса V на
заданном интервале времени, который может быть и бесконечным.
В запоминающем устройстве начальные условия полагаются
нулевыми, а входным сигналом может быть любая ограниченная по уровню
функция времени. Структура и параметры определяются с использованием
положений метода ГТ, исходя из заданных предельных значений амплитуд и
скоростей, либо исходя из заданных спектральных плотностей.
4. Почему входной сигнал ОССЦ – случайный?
Сигнал случайная, так как цель может маневрировать, и носитель во
время движения может совершать угловые перемещения (связанные с
качкой, вызванной неровностью поверхности, по которой он перемещается).
7
5. Какой вид имеет функция спектральная плотности сигнала на входе
ОССЦ? Что она характеризует?
6. Какие тест-сигналы используются для испытаний? Чем они
отличаются и как моделируются в стенде?
Первая разновидность стохастического тест-сигнала имеет
релейную форму с длительностями интервалов постоянства (интервалов
между
моментами
переключения
реле),
которые
образуют
последовательность независимых случайных величин. Причем случайные
интервалы времени подчиняются экспоненциальному закону распределения и
имеют среднее значение, равное среднему интервалу постоянства тестсигнала u*ЗУ t  . Полка реле тест-сигнала равна максимальной амплитуде
сигнала на входе ЗУ.
Вторая разновидность стохастического тест-сигнала имеет
типовую форму – это, так называемый, «типовой входной случайный сигнал
СС» с широкой полосой частот.
Совместное использование рассмотренных типов тест-сигналов
повышает достоверность и надежность результатов полунатурных
испытаний ОССЦ.
7. В чем отличия минимаксного и среднеквадратичного критериев
точности?
Методы статистической динамики используют оценку точности
САУ по критерию среднеквадратичной ошибки и не контролируют диапазон
мгновенных значений сигнала ошибки на множестве его реализаций.
Использование
среднеквадратичного
критерия
точности
при
проектировании , как правило, не приемлемо, т.к. даже кратковременные,
но значительные «всплески» ошибки: например, вследствие импульсов
момента нагрузки при стрельбе пушки, может привести к потере цели и
промаху снаряда.
Метод гарантированной точности предусматривает оценку
точности по минимаксному критерию. Он позволяет контролировать при
проектировании и при испытаниях предельную мгновенную ошибку
слежения, которая возможна на заданных классах внешних воздействий и на
интервале функционирования.
8
Документ
Категория
Теория систем управления
Просмотров
2
Размер файла
176 Кб
Теги
лаб, отчет
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа