Скачать презентацию ЛЕКЦИЯ 1 Предмет и задачи дисциплины Машинные Скачать презентацию ЛЕКЦИЯ 1 Предмет и задачи дисциплины Машинные

MM_Lektsia_1.pptx

  • Количество слайдов: 22

ЛЕКЦИЯ № 1 Предмет и задачи дисциплины «Машинные модели объектов автоматического управления» Предметом изучения ЛЕКЦИЯ № 1 Предмет и задачи дисциплины «Машинные модели объектов автоматического управления» Предметом изучения дисциплины являются теоретические основы и методы разработки машинных (математических) моделей летательных аппаратов (ЛА) и их подсистем как объектов управления, принципы получения упрощенных моделей объектов автоматического управления. В результате изучения дисциплины студент должен: Знать: • общие требования к моделям объектов автоматического управления ; • основные системы координат, силы и моменты, действующие на ЛА как объект управления; • основы теории, принципы построения и особенности математических моделей ЛА и его подсистем. Уметь: • разрабатывать модели ЛА и их подсистем; • упрощать и использовать математические модели ЛА и его подсистем в задачах синтеза и анализа систем управления их функционированием. Иметь представление: • о технической реализации математических моделей объектов автоматического управления.

Рекомендуемая литература Основная Красовский А. А. , Вавилов Ю. А. , Сучков А. И. Рекомендуемая литература Основная Красовский А. А. , Вавилов Ю. А. , Сучков А. И. Системы автоматического управления летательных аппаратов. – М. : ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского, 1986. - 478 с. • Есаулов С. Ю. и др. Вертолет как объект управления. М. : Машиностроение, 1977. • Асланян А. Э. Системы автоматического управления полетом летательных аппаратов. – Киев: КВВАИУ, 1984. - 436 с. • Лебедев А. А. , Чернобровкин Л. С. Динамика полета. М. : Машиностроение, 1973. • Воробьев В. Г. , Кузнецов С. В. Автоматическое управление полетом самолетов. - М. : Транспорт, 1995. -448 с. • Мельников Г. И. Динамика нелинейных механических и электромеханических систем. Л. : Машиностроение, 1975. • Лурье А. И. Аналитическая механика. М. : Физматгиз, 1961. • Гуськов Ю. П. , Загайнов Г. И. Управление полетом самолетов. М. : Машиностроение, 1980. • Гордин А. Г. Самолеты как объекты управления. ХАИ, 1990. • Гордин А. Г. Пилотируемые и беспилотные летательные аппараты как объекты управления. ХАИ, 1990. • Гордин А. Г. Вертолеты как объекты управления. ХАИ, 1994. • Гордин А. Г. Аэродинамические летательные аппараты как объекты управления. ХАИ, 1996. • Гордин А. Г. Беспилотные ЛА как объекты управления. ХАИ, 2000. • Берестов Л. М. и др. Частотные методы идентификации летательных аппаратов. М. : Машиностроение, 1985 • Верлань А. Ф. и др. Эволюционные методы компьютерного моделирования. Киев, Наукова думка, 1992.

 • Советов Б. Я. , Яковлев С. А. Моделирование систем. М. Высшая школа, • Советов Б. Я. , Яковлев С. А. Моделирование систем. М. Высшая школа, 2001. • Скурихин В. И. Математическое моделирование. К. Техніка, 1983. • Лебедев А. Н. Моделирование в научно-технических исследованиях. М. , Радио и связь, 1989. • Шеннон Р. Имитационное моделирование – искусство и наука. М. : Мир, 1978. • Неуймин Я. Г. Модели в науке и технике. Л. Наука, 1984. • Мышкис А. Д. Элементы теории математических моделей. М. Физматшз, 1994. • Самарский А. А. , Михайлов А. П. Математическое моделирование: идеи, методы, примеры. М. Наука, 1997. • Гультяев А. К. Имитационное моделирование в среде Windows. С. Пб. : Корона. Принт, 1999. Дополнительная и справочная 24. Кулик А. С. , Гордин А. Г. и др. Словарь терминов по системам управления летательных аппаратов. – Х. : ХАИ, 2000. - 224 с. 25. Бранец В. Н. Применение кватернионов в задаче ориентации твердого тела. -М. : Наука, 1973. – 320 с. 26. Бутенин Н. В. , Лунц Я. Л. Курс теоретической механики. - М. : Наука, 1979. 272 с.

Объекты автоматического управления Все то, на что направлена человеческая деятельность, называется объектом. Объект -Object- Объекты автоматического управления Все то, на что направлена человеческая деятельность, называется объектом. Объект -Object- сущность, обладающая некоторым состоянием, хорошо определенным поведением и уникальноcтью. В общем случае объектом может быть любая естественная или искусственная, реальная или воображаемая система. Например: - курс, учебная группа или компьютерная сеть института; - аэропорт или космическая станция на Марсе. Объект управления (ОУ) - часть окружающего мира (среды), выделенная таким образом, что выполняется три условия: 1) на объект можно воздействовать; 2) это воздействие позволяет изменить состояние в желаемом для нас направлении; 3) изменение состояния объекта можно наблюдать. Например: - параметры человека; - технологический процесс изготовления пищи института; - общегородской общественный транспорт; - супермаркет.

Основным объект управления дисциплины будем полагать летательный аппарат (ЛА) на примерах таких ЛА, как: Основным объект управления дисциплины будем полагать летательный аппарат (ЛА) на примерах таких ЛА, как: - самолет, - вертолет, - беспилотный управляемый летательный аппарат (БПЛА), - ракета, - космический летательный аппарат (КЛА). При изучении дисциплин курса Вам чаще всего придется сталкиваться с объектами автоматического управления, которые являются частным случаем ОУ, работают в автоматическом режиме и управляются с помощью автоматических устройств. Объект автоматического управления (ОАУ) - подсистема, для которой выполняются следующие условия: 1) на ОАУ можно воздействовать при помощи сигнала управления; 2) сигнал управления позволяет переводить ОАУ из одного состояния в другое за конечное время; 3) переход ОАУ из одного состояния в другое можно оценивать с помощью измерений. Например: - система управления или система автоматического управления (САУ) самолета; - следящая приборная система указателя типа АГД-1; - привод рулевых поверхностей летательного аппарата; - контроллер бортового вычислителя и т. д.

Система управления самолета МИГ-29 5. - электрогидравлические АРМ-150 К в проводке управления 7. 8. Система управления самолета МИГ-29 5. - электрогидравлические АРМ-150 К в проводке управления 7. 8. 14. – гидроприводы(бустеры) 4. или 2. – Механизмы. Триммерного. Эффекта

Функциональная схема САУ продольным движением самолёта Функциональная схема САУ продольным движением самолёта

Контур контур непосредственного управления подъемной силой с помощью интерцепторов Контур контур непосредственного управления подъемной силой с помощью интерцепторов

Авиагоризонт АГД-1 Кинематическая схема авиагоризонта АГД-1: 1, 14, 16 -двигатель-генератор; 2, 5, 23 коммутаторы; Авиагоризонт АГД-1 Кинематическая схема авиагоризонта АГД-1: 1, 14, 16 -двигатель-генератор; 2, 5, 23 коммутаторы; 3, 5, 10 - рамки; 4, 24 — электродвигатели; 7, 12, 13, 17 — сельсины; 8, 9 — реле; 11 — индуктивный датчик; 15 — катушка; IS — шестерня; 19, 22 — индексы; 20 — шкала; 21 — кремальера; 25 - жидкостной маятниковый переключатель; 26 — контакты выключателя коррекции; 27 — жидкостной выключатель. Функциональная схема следящего привода с электромагнитным усилителем

Функциональная схема гидравлического сервопривода Функциональная схема электромеханического привода рулевой поверхности ЛА Функциональная схема гидравлического сервопривода Функциональная схема электромеханического привода рулевой поверхности ЛА

Контроллеры для систем управления Контроллеры для систем управления

Глобальные и локальные объекты управления. Объект управления – это наблюдаемая часть системы, для достижения Глобальные и локальные объекты управления. Объект управления – это наблюдаемая часть системы, для достижения желаемых результатов функционирования которой в системе формируются управляющие воздействия. Глобальным является тот объект, для обеспечения необходимой работы которого, предназначена система управления в целом. В рассмотренных схемах глобальным объектом управления является ЛА. Система управления включает в себя глобальный и локальные объекты управления, которые взаимодействуют с другими элементами системы. СУ состоит из механической части управления и системы автоматического управления: Л Ручка управления самолетом Пульты и орг. упр. САУ Механич. часть СУП САУ Сервопривод Рулевой привод

Связи САУ с другими бортовыми системами Навигационная система (КС, ИНС ) Система управления доп. Связи САУ с другими бортовыми системами Навигационная система (КС, ИНС ) Система управления доп. оборуд. Системы индикации, приборная доска Аэрометрическая система (ИК ВСП, СВС) САУ РЛС и радионавигацион. системы Система объективного контроля Типовую структуру САУ можно изобразить в виде: датчиков информации, вычислительно-преобразующих устройств, устройств управления и коммутации, устройств индикации и исполнительных устройств. Датчики информа ции Вычислительнопреобразующие устройства Устройства управления и коммутации Устройства индикации Исполнит. устройства

Локальные объекты управления выполняют конкретные задачи, для их функционирования предназначены специальные системы регулирования. Подсистемы Локальные объекты управления выполняют конкретные задачи, для их функционирования предназначены специальные системы регулирования. Подсистемы СУП состоят, как правило из различного рода следящих систем. Механизмы согласования устанавливают в цепи датчиков информации. схема механизма согласования, включенного в цепь сельсинной передачи Схема типового устройства согласования в выходном каскаде канала управления

Структурная схема исполнительного устройства типового канала СУ Uупр Блок ус. РА РМ ОС Ус. Структурная схема исполнительного устройства типового канала СУ Uупр Блок ус. РА РМ ОС Ус. СП ДОС РА Это автоматическая следящая система с отрицательной обратной связью и параллельным соединением звеньев.

ТЕМА 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОБЪЕКТОВ УПРАВЛЕНИЯ 1. 1. Моделирование объектов управления Моделирование — ТЕМА 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОБЪЕКТОВ УПРАВЛЕНИЯ 1. 1. Моделирование объектов управления Моделирование — это замещение одного объекта (оригинала) другим (моделью) и фиксация или изучение свойств оригинала путем исследования свойств модели, производится для получения информации об объекте путем проведения экспериментов с его моделью. Под моделью мы будем подразумевать рассуждения (на любом языке - математическом, графическом, алгоритмическом, разговорном и т. д. ), позволяющие имитировать наблюдаемое явления. Покажем схематично взаимодействие моделируемого объекта со средой, обозначим причину буквой Х, а следствие - Y. Связь между ними запишем условно в виде Y=F(X), где F правило преобразования причины Х в следствие Y. Это и есть модель. Назовем F оператором модели. Задача моделирования сводится к определению оператора F, связывающего вход и выход объекта. Среда X Объект Y Среда F 0 Рис. 1. 1. Взаимодействие объекта со средой.

Под математическим моделированием понимают изучение свойств объекта на математической модели. Основным понятием метода математического Под математическим моделированием понимают изучение свойств объекта на математической модели. Основным понятием метода математического моделирования является понятие математической модели. Для получения математических моделей исследуемого объекта необходимо сформировать его вербальную и наглядную модели, отражающие устройство и принцип объекта. Вербальная (от лат. verbalis – словарный, устный) модель объекта – это модель, описывающая свойства объекта-оригинала на естественном языке. Пример 1: Модель окружности: изогнутая замкнутая линия, равноудаленная от точки, находящейся внутри очерченной ею площади и называемой центром окружности. Наглядная (графическая [греч. graphikos]) модель – модель, использующая графический язык (рисунок, эскиз, фотография, функциональные и структурные схемы, конструктивный чертеж). y Пример 1: Модель окружности: r Рис. 1. 2. x

Математическая модель – это система уравнений или математических соотношений, которая дает информацию о свойствах Математическая модель – это система уравнений или математических соотношений, которая дает информацию о свойствах объекта, т. е. описание основных свойств данного объекта с помощью математических средств. Для построения такой модели используется математический язык (символика), различные математические средства — алгебраическое, дифференциальное и интегральное исчисление, теорию множеств, теорию алгоритмов и т. д. Выделяют следующие виды математических моделей • Аналитические (аналитические решения уравнений) • Алгоритмические (численные решения уравнений) • Информационные (поиск и выборка данных, знаний, сортировка и др. ) • Имитационные, человеко-машинные (эвристические, ассоциативные, творческие задачи) По существу вся математика создана для составления и исследования моделей объектов или процессов. Пример 1: Математическая модель или уравнение окружности (рис. 1. 2): x 2+y 2=r 2 Математическая модель является системой математических уравнений, отражающей сущность протекающих в объекте явлений, для которой может быть определен алгоритм решения, реализованный в форме моделирующей программы. Математическая модель должна рассматриваться в совокупности трех ее аспектов: смыслового, аналитического и вычислительного.

Мы будем изучать тип моделирования, связанный непосредственно с потребностями управления объектом. Действительно, чтобы управлять, Мы будем изучать тип моделирования, связанный непосредственно с потребностями управления объектом. Действительно, чтобы управлять, нужно прежде всего знать, чем управляешь, т. е. иметь модель объекта, на которой можно «разыгрывать» последствия предполагаемого управления и выбрать наилучшее. Поэтому в процессе моделирования такого рода должна быть создана модель, которая прежде всего обязана удовлетворять потребностям управления. Под управлением будем понимать процесс такого целенаправленного воздействия на объект, в результате которого объект оказывается в определенном смысле «ближе» к выполнению поставленных целей, чем до управления. Среда Х Объект Y Среда U Управляющее устройство A Алгоритм Z Цель Рис. 1. 3. Общая схема управления объектом.

1. 2. Этапы моделирования • Формулировка целей. В основе всякой задачи моделирования лежит четкое 1. 2. Этапы моделирования • Формулировка целей. В основе всякой задачи моделирования лежит четкое представление о его цели {Z}. Формулировка цели или достижения конечного результата зачастую происходят на основании довольно приближенных представлений об объекте, но всегда отражают некоторые его свойства. Обычно в задачах моделирования цель достигается путем максимизации или минимизации некоторого критерия, задаваемого в виде целевой функции. • Изучение объекта. При этом требуется понять происходящий процесс, определить границы объекта с окружающей его средой, если таковые имеются. Кроме того, на данном этапе определяются перечень всех входных и выходных параметров объекта исследования и их влияние на достижение целей моделирования. • Описательное моделирование - установление и словесная фиксация основных связей входных и выходных параметров объекта. • Математическое моделирование - перевод описательной модели на формальный математический язык. Цель записывается в виде функции, которую обычно называют целевой. Поведение объекта описывается с помощью соотношений, входные и выходные параметры объекта на данном этапе в зависимости от сложности исследуемой проблемы могут возникать ряд задач чисто математического характера. Такими задачами являются задачи математического программирования, линейной алгебры, задачи дифференциального и интегрального исчисления и многие другие.

 • Выбор (или создание) метода решения задачи. На данном этапе для возникшей математической • Выбор (или создание) метода решения задачи. На данном этапе для возникшей математической задачи подберется подходящий метод или разрабатывается новый. При выборе такого метода необходимо будет обратить внимание на сложность метода и потребляемые вычислительные ресурсы. • Выбор или написание программы для решения задачи на ЭВМ. На данном этапе выбирается подходящая программа, реализующая выбранный метод решения. Если такая программа отсутствует, то необходимо написать такую программу. • Решение задачи на ЭВМ. Вся необходимая информация для решения задачи вводится в память ЭВМ вместе с программой. С использованием подходящей программы производится обработка целевой информации и получение результатов решения задач в удобной форме. • Анализ получаемого решения. Анализ решения бывают двух видов: формальный (математический), когда проверяется соответствие полученного решения построенной математической модели (в случае несоответствия проверяется программа, исходные данные, работа ЭВМ и др. ) и содержательный (экономический, технологический и т. п. ), когда проверяется соответствие полученного решения тому объекту, который моделировался. В результате такого анализа в модель могут быть внесены изменения или уточнения, после чего весь рассмотренный процесс повторяется. Модель считается построенной и завершенной, если она с достаточной точностью характеризует деятельность объекта по выбранному критерию. Только после этого модель можно использовать при расчетах.

1. 3. Математическое моделирование Познание любой системы сводится, по существу, к созданию ее модели. 1. 3. Математическое моделирование Познание любой системы сводится, по существу, к созданию ее модели. Перед изготовлением каждого устройства или сооружения разрабатывается его модель-проект. Любое произведение искусства является моделью, фиксирующей действительность. Человек, прежде чем совершить что-либо, обдумывает возможную последовательность действий или интуитивно руководствуется определенными установившимися апробированными моделями поведения. Особую ценность имеют конструктивные модели, т. е. такие, которые допускают не только фиксацию свойств, но и исследование зависимостей характеристик от параметров системы. С развитием техники нашло широкое применение физическое моделирование сооружений, машин и механизмов. Достижения математики привели к распространению математического моделирования различных объектов и процессов. Подмечено, что динамика функционирования разных по физической природе систем описывается однотипными зависимостями, т. е. может быть представлена одинаковыми моделями.