稳定回路范文（精选5篇）
稳定回路 第1篇
关键词：惯性导航平台,稳定回路,模糊控制,PID控制
模糊控制是一种基于专家知识的控制系统, 美国的L.A.Zadeh教授于1964年率先提出了“隶属函数”的概念, 并创立了模糊集合理论, 从而奠定了模糊数学的基础。经过将近10年的发展, 在1974年, 世界上第一个模糊控制器由英国的E.H.Mamdani研制成功。近几年来模糊控制器得到广泛的应用, 成功应用到生活的多个领域。本文提出了在传统的惯导平台稳定控制回路中引入模糊自适应控制的方案, 并分析引入模糊自适应控制器后惯性导航系统的整体性能, 通过仿真表明, 该模糊控制器有着很好的控制效果。
1 原理分析和组成
1.1 基本原理分析
在惯性导航系统中, 加速度计是固定在三轴稳定框架上的, 陀螺仪的作用是把平台及加速度计稳定在惯性空间, 或者根据导航计算机的指令跟踪地理坐标系。在平台惯导系统稳定回路中, 台体的框架轴一旦受到干扰力矩时, 相应轴的陀螺信号器就会输出相应的信号, 即感应到的进动角速度。此输出信号通过前置放大器、选频网络器、相敏解调器、低通滤波器、校正网络器等必要环节, 再进行一定的功率放大后送至驱动力矩电机, 使之产生相应的力矩, 其大小与作用在台体框架轴上的干扰力矩相等, 方向相反, 进而让平台稳定在惯性空间。
1.2 结构组成
平台稳定回路由六个模块构成, 分别是台体、环架结构、陀螺仪、传感器、力矩电机、控制电路, 其信号流程如图1所示:
2 方案设计
随着信息技术的飞速发展, 智能控制已渗透于各个领域, 智能控制方法简单说就是将经典的PID控制与先进的专家系统相融合一起, 实现系统的最优控制。但计算机存储的经验往往是不易被精确描述的, 即是表现为各个信号量的非定量性, 因此难以精确的确定控制对象模型是该控制方法的缺陷。模糊控制理论的运用则有效的解决了以上问题, 把模糊集作为控制规则的条件和操作, 并把这些模糊控制规则作为知识存储到计算机的知识库中, 然后计算机根据被控制系统的实际响应特性, 进行模糊推理, 实现最佳的PID参数调整, 这就是模糊自适应PID控制。
在惯导系统稳定回路中采用模糊自适应PID控制, 来代替经典的PID控制。模糊自适应PID控制器的输入量有偏差e和偏差变化率ec (即ec=de/dt) 。其中, e为进动角与稳定平台相对惯性空间的角度的差, 即是陀螺仪所感知的敏感输出角, 表达式为 。根据系统输出特性、满足随时间变化的e和ec对被控参数kp、ki、kd自整定的要求, 对输入变量利用模糊控制规则进行模糊推理, 找到与PID参数的模糊关系, 并对PID参数实时修正以适应系统, 由此就构成了自适应模糊PID控制器, 如图2为设计的结构图。
由所控制的稳定平台可知传递函数为:
实际过程中, 变量e和ec是实时变化的, 为此, 在工作过程中模糊控制器总是在检测e和ec, 并根据模糊控制原理确定PID的三个参数与输入量e和ec的模糊关系后进行在线整定, 系统输出特性的不同要求和随机变化的e和ec是一一对应的, 因此满足平台惯导系统的稳定回路良好的动、静态性能需求。
3 平台自适应模糊PID控制规则
该控制器最终是要得到合适的比例系数kp、积分作用系数ki、微分作用系数kd参数, 首先本控制法是以PID算法为基础, 瞬时偏差和偏差变化率为系统的模糊控制输入变量, 采取相应的模糊控制规则, 进行模糊推理, 通过查询模糊规则表的方式, 实时修订PID参数。
定义模糊集:
PS=正小 PM=正中 PB=正大
NS=负小 NM=负中 NB=负大
模糊控制器的输入:模糊子集e、ec, 根据模糊控制原理, 则模糊控制器的输出:△kp, △ki, △kd。
第一步求得各模糊子集的隶属度函数, 定义e, ec和kp、ki、kd等五个模糊变量是服从正态分布的。第二步计算参数。查询各模糊子集的控制规则表, 通过控制模型, 利用模糊推理计算参数。第三步输出。以矩阵表的形式输出。kp、ki、kd参数计算公式:
其中kp、ki、kd为PID参数的初始值, △kp, △ki, △kd为模糊控制器各参数修正量, PID三个控制参数的取值调整是由被控对象的状态所决定, 图3所示为其工作流程图。
表1、表2、表3为PID三个参数的控制规则表, 该模糊控制器是根据平台稳定回路的现状、专家经验, 进行不断的修改完善、归纳总结出来的。
根据上述设计的原理, 对被控对象实施模糊自适应PID控制。为了检验设想正确性, 采用仿真方法, 对设计出来的模糊控制器进行仿真, 采样时间:1ms, 仿真图形如图4和图5所示。
根据参数kp、ki、kd对系统输出特性的影响, 对于随时间变化的e和ec, 进行模糊推理, 就可归纳出系统对参数kp、ki、kd的整定要求, 最后得出模糊控制规则:
4 仿真结果与分析
系统仿真的输入:阶跃函数。对比经典PID控制器和模糊自适应PID控制器, 通过仿真, 得到系统阶跃响应曲线。从图6发现, 图中实线为经典PID控制阶跃响应曲线, 虚线为模糊自适应PID控制阶跃响应曲线。表4为两种控制方式的性能参数比较表。
从表4可以得到结论:与经典PID控制方式相比, 第一模糊自适应PID控制方式无静态误差;第二超调量和调节时间指标明显优越。换句话说, 采取模糊自适应PID控制的平台系统, 具有稳、动态误差小、响应速度快等特点, 在工程上具有良好的应用价值。
5 结论
本文设计了一种以模糊自适应控制为基础的惯导稳定平台稳定回路PID控制器, 该控制器与传统的PID控制器相比, 能够在线实时修改自抗扰参数。通过进行系统仿真, 结果表明, 改进后的模糊自适应PID控制器能使惯导稳定平台随动系统的响应速度更快, 并且自适应能力和抗干扰能力明显有所提高, 具有较好的工程应用价值。
参考文献
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稳定回路 第2篇
【拼音】fēng huí lù zhuǎn
【简拼】fhlz
【近义词】柳暗花明
【感情色彩】褒义词
【成语结构】联合式
【成语解释】峰峦重叠环绕，山路蜿蜒曲折。形容山水名胜路径曲折复杂。
【成语出处】宋・欧阳修《醉翁亭记》：“峰回路转，有亭翼然临于泉上者，醉翁亭也。”
【成语用法】作谓语、定语;指转折点
【例子】叶圣陶《从西安到兰州》：“我们坐在火车里就像坐在江船里一样，峰回路转，景象刻刻变换，让你目不暇接。”
【英文翻译】(of mountain path)serpentine
【谜语】跃上葱茏四百旋
【产生年代】古代
稳定回路 第3篇
1.吊臂变幅液压回路工作原理
吊臂变幅液压回路如图1所示。当换向阀3阀芯处于左位时,定量泵1输出的压力油经换向阀3、平衡阀5到达变幅缸6无杆腔,推动其活塞上移、活塞杆伸出,使吊臂上升。活塞上移的同时,变幅缸6有杆腔中的油液经换向阀3流回油箱。
1.定量泵2.主溢流阀3.手动换向阀4.二次溢流阀5.平衡阀6.变幅缸
1.定量泵2.二次溢流阀3.平衡阀4.变幅缸5.换向阀6.主溢流阀
吊臂在上升过程中,平衡阀5仅起单向阀作用;吊臂在下落过程中,平衡阀5的作用是保证载荷平稳下降、限制下降速度和保护回路安全。
当换向阀3阀芯处于右位时,定量泵1输出的压力油经换向阀3到变幅缸6有杆腔,推动其活塞下移、活塞杆缩回,使吊臂下落。活塞下移的同时,变幅缸无杆腔的油液经平衡阀5、换向阀3流回油箱。
2.仿真分析与试验验证
由吊臂变幅液压回路工作原理可知,变幅缸低频率抖动的原因主要是其无杆腔和有杆腔油压产生低频率波动所致。为此,我们进行了仿真分析与试验验证。
(1)仿真模型的建立
采用AMESim软件搭建仿真模型,采用机构平面库(PLM)模拟吊臂。由于仿真分析注重吊臂在重力作用下回落过程,故对平衡阀进行了简化。变幅液压回路仿真模型如图2所示。
(2)仿真分析
为了获得变幅液压回路在吊臂下落时的动态性能,仿真模拟设定电磁阀信号从0到最大开口为0.5s,即快速操作过程。吊臂在重力作用下下降,忽略摩擦力,换向时间设定为0.5s。变幅缸无杆腔和有杆腔压力变化情况如图3所示。
仿真结果如下:吊臂在38s时开始下落,在55s时完成下落;变幅缸无杆腔最高压力值为21MPa,有杆腔最高压力为15MPa。在此过程中,无杆腔压力最大波动值为2MPa,有杆腔压力最大波动值为3 MPa。
(3)试验验证
在起重吊装机械上实测变幅缸无杆腔和有杆腔压力值变化情况如图4所示。
通过仿真与实测对比可以看出,在忽略摩擦力等条件下,仿真完全反映了压力变化趋势和变幅缸因压力变化产生抖动的情况。
3.二次溢流阀压力值的优化
(1)仿真分析
调节二次溢流阀设定压力,分别在8MPa、9MPa、10MPa、12MPa时进行仿真,得到变幅缸无杆腔压力变化值,如图5所示。
当二次溢流阀设定压力为10MPa时,变幅缸无杆腔压力抖动振幅不明显,可兼顾作业效率及稳定性。
(2)试验验证
根据仿真分析,将二次溢流阀设定压力10MPa时,试验验证吊臂下落过程平稳。因此将变幅回路二次溢流阀压力值设定为10MPa,采集的实测数据(每隔0.004s采集1次)如图6所示。
图6中反映了在吊臂下落过程中,变幅缸有杆腔压力由原来最大振幅5MPa (见图4)降到1MPa,无杆腔压力由2.5MPa降低到0.6MPa(见图5)。此时操作手无明显抖动感觉。
稳定回路 第4篇
本文结合预装式变电站接地回路试验参数 (接地部分) 的基本特点, 根据预装式变电站的额定容量, 按照优选值和实际主开关的极限分断能力进行试验参数的确定和实际应用中主断路器的选定, 同时对保护接地系统的选用原则进行了推导。关于预装式变电站的短路试验Ik、Ip的确定以及接地回路动热稳定试验电流值的确定, 涉及到两个标准中的内容:GB 17467《高压/低压预装式变电站》中4.5条、4.6条、6.6条和GB/T 11022《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》中4.5条、4.6条、4.7条、6.6条、6.6.2条的内容。试验时, 短路试验参数的确定应充分考虑两个标准中相互关联的因素。
1 预装式变电站装置Ik及Ip的确定
预装式变电站中的Ik、Ip应满足GB/T 11022-1999中6.6.2条的规定, 即“试验电流的交流分量原则上应该等于开关设备和控制设备的额定短时耐受电流 (Ik) 的交流分量。峰值电流 (对于三相回路, 在任一边相中的最大值) 不应该小于额定峰值耐受电流 (Ip) ”。
GB/T 11022-1999中的Ik、Ip是针对高压开关设备和控制设备的, 而预装式变电站装置引用此条, 即可理解为是预装式变电站装置的Ik、Ip。虽然GB 7251.1的某些术语与高压 (系列) 标准中的术语不同, 但是预装式变电站的接地系统与高压开关设备的接地回路系统结构上虽有差异, 可具备的性能是一致的, 因此可以理解为预装式变电站装置的Ik、Ip。
按照“试验电流的交流分量原则上等于装置的额定短时耐受电流 (Ik) 的交流分量”, 试验用变电站装置的低压侧主进线开关须满足低压侧额定短路电流条件, 即满足额定短时耐受电流的能力;通过变压器额定容量可以获得变电站装置的额定电流Ie, 按25倍Ie获得变压器 (也是装置的进线端预期短路电流) 最大短路电流, 如此可以确定出GB 17467-2010中6.6条的主回路和接地回路的短时耐受电流值 (Ik) 和峰值耐受电流值 (Ip) 。
2 接地回路动热稳定短路电流值的确定
预装式变电站的接地回路动热稳定短路电流值主要取决于主开关的Ik、Ip值, 其确定的步骤如下。
2.1 确定主开关Icw的数值
依据GB/T 11022-1999中6.6.2条:“试验电流的交流分量原则上应该等于开关设备和控制设备的额定短时耐受电流 (Ik) 的交流分量。峰值电流 (对于三相回路, 在任一边相中的最大值) 不应该小于额定峰值耐受电流 (Ip) ”。同时, 额定短时耐受电流 (Ik) 的标准值应当从GB 762-2002中规定的R10系列中选取, 并应该等于开关设备和控制设备的短路额定值。其中“并应该等于开关设备和控制设备的短路额定值”可理解为一旦选定主开关, 即为主开关本身的Icw, 通常Ics=Icw。而设备的额定短时耐受电流是在有关产品标准规定的试验条件下设备能够无损地承载的短时耐受电流值。
2.2 确定额定电流 (Ir) 及额定短时耐受电流 (Ik) 的数值
根据GB 762-2002标准电流等级选择的一组产品常见的R10系列数值如下:
(1) 额定电流值 (Ir) :系列数值为 :400、500、630、800、1 000、1 250、1 600、2 000、2 500、3 150、4 000、5 000 A等, 此系列数值两头的延伸值由于在变压器容量对应的额定电流中不常见, 故省略。同时标准中还规定, 额定短时耐受电流 (Ik) 的标准值可以是10倍。
(2) 额定短时耐受电流 (Ik) :系列数值为 :4、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100、125 k A等, 此系列数两头的延伸值在变压器容量额定电流中不常见, 故省略。例如:变压器额定容量100 k VA为下限值, 它对应的短路电流为3.6 k A;变压器额定容量3 150 k VA为上限值, 对应的短路电流为113.8 k A, 并且应优选满足短路条件且更为优化的低压固有的值。
2.3 主进线开关的选型
1) 根据变压器的额定容量, 来确定出所相对应的额定电流以及短路电流值, 如表1所示。按照GB/T 6451-2008油浸式变压器容量大于630 k VA时, 阻抗电压额定值为4.5%, 此时计算值如表1所示, 考虑系统阻抗, 其值应低于计算值。干式变压器容量大于630 k VA时, 阻抗电压额定值为6%, 此时计算短路电流更低。综合以上考虑, 应参照GB 7251要求, 额定电流630 A以下Icw按15 k A/1 s考虑, 额定电流为630~1 500 A, Icw按30 k A/1 s考虑, 额定电流为1 500~2 000 A, Icw按40 k A/1 s或50 k A/1 s考虑, 额定电流为2 000~2 500 A, Icw按50 k A/1 s考虑, 额定电流大于2 500 A时见表1。
2) 对主进线开关选型的说明如下:
(1) 优选值中有低压开关接近的并满足其等级的可选, 如备注中加黑字体的部分。两者之间存在一定的差异, 另GB 762-2002的R10指出, 标准电流分级因具体设备的用途或性能不同而有些差异, 在选用数列时应具体考虑。
(2) 电力变压器按规定的阻抗电压额定值 (一般为Ukr=4%, 小于630 k VA为4%, 大于630 k VA为4.5%) 进行设计、制造, 出厂时阻抗电压值每台略有不同, 在其出厂检验报告中和铭牌标识中标出。
(3) 预装式变电站设计时, 其低压侧短时耐受电流能力及峰值耐受能力也是根据变压器的短路电流进行设计的, 主进线开关选型和接地系统设计依据如此。例如:额定容量315 k VA预装式变电站, 设计时正确选型的主进线开关应同时满足主母线额定电流500 A和短路电流12.5 k A (优选值) , 那么开关可选型DW15-630、Ie:500 A、Icw:15 k A。
这里需要考虑一个问题:开关的Ics=Icw的值若选得高, 试验电流是否相应变大, 显然不是。原因是这时装置在实际所承受的短路条件下的电流, 其实仍是变压器阻抗电压的额定值 (Ukr=4%) 对应的短路电流有效值。因此, 试验的Icw的计算值必须源自于变压器的出线端预期短路电流才是正确的选择。只要开关长延时整定值满足主电路要求, 选较大分断能力的开关是可以鼓励的。
(4) 另外, 如开关的型式是塑壳式断路器 (无Icw) , 接地系统的Icw值仍应是预装式变电站装置应能承受的额定短时耐受电流。所以由制造商确定的接地回路系统的额定短时耐受电流值, 应至少是变压器Ie的25倍 (根据实际的阻抗电压) 。
(5) GB 17467-2010中已经没有旧版标准中接地系统中涉及中性点的描述, 因此接地回路的额定短时耐受电流试验值也就不存在按主电路的短路强度试验值的60%考核的问题。预装式变电站高压侧一般为中性点不接地系统, 低压侧一般为中性点接地系统。高压侧接地回路Icw一般为高压侧主回路Icw (或其0.866倍) , 试验时间为2 s;低压侧接地回路应按主电路的短路强度试验值的60%。试验时应综合考虑高压侧接地回路和低压侧接地回路短路强度, 取其最大值。
3 实例说明
预装式变电站产品的铭牌参数如下:YBM-12/0.4-630:Se=630 kV A;Ue=12 kV /0.4 k V;f=50 Hz;防护等级:IP33D, 接地回路:Ik/Ip=10 kA /25 k A, 1 s。
产品铭牌标注的接地回路参数为Ik/Ip=10 k A/25 k A, 1 s。经推导:该规格的产品主回路和接地回路应该考核的电流最小值应为Ik=25 k A/1 s。由此可见Ik/Ip=选值偏小, 铭牌标注不正确。
按额定容量630 k VA推算, 查表1可知, 630 k VA对应的短路电流为22 750 A, 优选值为25 k A。在开关选型时, 应该选择满足Icw为25 k A的开关, 如DW15-1600, Icw为30 k A, 而接地回路参数应标注为Ik/Ip=30 k A/63 k A, 1 s。如果按优选值25 k A选择更贴近此值的开关也是可以的。
4 结语
稳定回路 第5篇
所谓鱼雷的静不稳定性就是指鱼雷的流体动力焦点在质心以前,鱼雷雷体是开环静不稳定的,只要受到干扰如果没有人工稳定控制系统,鱼雷就会发散。但由于具有静不稳定性的鱼雷机动能力和航程要好于静稳定鱼雷,所以设计人员为了提高鱼雷的机动能力和射程,需要把鱼雷设计成静不稳定的,尤其是防空鱼雷。这就需要我们设计的控制系统既能很好地控制鱼雷飞行,同时也要能稳定静不稳定雷体,有良好的抗干扰能力。
近些年由于鱼雷等空中武器飞速发展,对鱼雷的机动能力和射程要求更高,静不稳定设计逐渐成为主流,相应的静不稳定控制技术也逐渐成为研究热点。因此设计出能满足静不稳定鱼雷稳定飞行的控制系统在提高鱼雷的可靠性、飞行特性与操作品质上,有着重大的理论意义与实际价值。
1 鱼雷纵向运动模型
我们选取鱼雷的纵向运动扰动方程[1]来作为研究对象,纵向扰动运动线性化方程表达形式如下:
将纵向扰动运动方程组用矩阵形式表示:
我们可以用一维状态变量的二阶运动方程来近似描述鱼雷纵向小扰动短周期运动。简化后的二阶小扰动运动状态方程如下:
其中:
代入动力学系数得:
令,则纵向运动可以用二阶系统描述如下:
其中A、B同上。
2 基于最优控制理论的纵向通道三回路过载控制
对于静不稳定鱼雷,由于自身雷体没有稳定效应,故需要人工设计稳定控制系统来稳定鱼雷的飞行。通常我们的鱼雷是静稳定的,只要有控制回路一般就能控制鱼雷飞行。但对于静不稳定鱼雷,我们需要在控制系统中加入稳定回路,即我们通常所说的姿态控制回路。三回路过载控制系统就是内回路为姿态控制稳定回路,外回路为过载控制回路的静不稳定鱼雷控制系统。下面从理论上来设计这种控制系统。
因为我们控制的目标是尽可能的跟踪加速度指令,以及控制使用的舵偏能量最少,所以我们用加速度误差平方的积分和舵机偏转速率平方的积分之和作为控制系统设计的最优控制目标。应用最优控制原理建立的控制系统模型[2]如下:
这里如果不引入一个状态估计器的话,需要增加一个测量量,因此我们假设控制偏转是确实可测的,则系统变成:
其中:
令:
其中r=Ayc,这样系统变为:
如果知道Q1、R1矩阵值,就可以通过Matlab中的care命令或lqr求得Kopt。
将uopt代入上面的状态方程中,令输入变量u=Ayc,则变换后的等价方程为:
其中:
故可得到传递函数形式如下:
又因为终态稳态要满足:
所以可以求得:
因为:
所以通过代换可以求得舵偏命令:
如果我们稍微改变以下转换关系,则可以不需要滤波器(上面的表达式中为滤波器)。令:
运用转换关系x2=C1x1,则系统方程变为:
其中:
建立目标函数如下:
所以:
和前面一样,LQR最优解可以通过以下得到:
其中:
则控制律为:
其中:
按照目前的机构,俯仰角加速度是不可测的,注意到最优控制u2实际上是,所以两边同时积分[3]可得:
根据上面的控制律,我们可以得到控制系统框图如图一所示。
3 控制系统仿真
我们选取特征点处的系统矩阵为:
由A中第二行第一列数据为正可以知道,我们选取的控制对象是静不稳定雷体。将上面的系统矩阵写成传递函数形式为:
由于矩阵的选取有较大人为因素,所以控制系统参数我们通过基于SIMULINK的控制参数寻优方法设计出的结果如下:
针对静不稳定雷体控制系统,仿真结果(t=0.1s阶跃)劭图二、图三所示。
由图二和图三可以看出,对于静不稳定雷体,三回路过载控制能较好地跟踪控制指令。
4 结束语
本文针对某型号静不稳定鱼雷,建立了鱼雷纵向运动线性化模型。对鱼雷的俯仰通道进行了基于最优控制的三回路过载控制器设计,并选取特征点对设计的三回路过载控制器进行控制系统仿真。结果表明,三回路过载控制方法能较好地控制静不稳定鱼雷。
参考文献
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