Методология применения качественной устойчивости при проектировании цифровых регуляторов систем с сосредоточенными и распределёнными параметрами

Исследования по данному блоку НИР направлены на разработку новых алгоритмов управления и регуляторов для современных многодвигательных систем с пьезоэлектрическими исполнительными устройствами с учётом их физических особенностей функционирования (наличие гистерезисной статической характеристики, нестабильности характеристик во времени и при воздействии внешних факторов). Потребность в устройствах точного позиционирования в промышленности, научных исследованиях постоянно растет, расширяются области применения пьезоэлектрических преобразователей различного назначения. Одновременно наблюдается и повышение требований к пьезоприводам, особенно к их динамическим и точностным характеристикам.

Анализируя опыт исследований и разработок элементов и устройств пьезотехники, можно выделить два базовых направления развития. Первое заключается в совершенствовании пьезоматериалов (их свойств и характеристик) с целью обеспечения, в конечном итоге, стабильности параметров пьезоэлектрических устройств на их основе. Второе – нацелено на разработку адаптивных алгоритмов управления пьезоэлектрическими устройствами в условиях постоянно изменяющихся параметров и характеристик пьезоматериалов под действием внешних воздействий (температура, давление, механические воздействия). Возросшие требования к улучшению качественных характеристик систем автоматического управления приводят разработчиков к необходимости более точного описания исходного объекта, а также самой системы автоматического управления, другими словами возникает потребность учета изменения параметров во времени и адаптации методов анализа и синтеза подобных систем к этому изменению.

В ходе выполнения данного блока НИР было показано, что в современных прецизионных системах наиболее перспективной является цифровая реализация регуляторов с силовыми каскадами на базе широтно-импульсной модуляции. Такое техническое решение позволяет обеспечивать заданные требования по  точности позиционирования, и создать малогабаритные устройства управления для интегральных мехатронных модулей.

Анализ динамики исполнительных устройств с ШИМ управлением приводит к дискретным моделям с переменными параметрами. Синтез устройств управления для таких объектов связан с трудностями обеспечения качества функционирования систем,  отсутствием соответствующих методик проектирования.

Для решения поставленных задач использовалась теория качественной устойчивости систем управления, распространенная на цифровые многодвигательные системы позиционирования с пьезоактюаторами, которая позволяет определять области допустимых изменений параметров при выполнении требуемых показателей качества динамических процессов.