Этапы и стадии проектирования.
Процесс проектирования систем автоматического управления, как и любой технической системы, можно разделить 916.1, 16.2 НА СЛЕДУЮЩИЕ ЭТАПЫ. 1 ЭТАП- разработка и обоснование технического заданияТЗ на систему, в процессе которой определяется цель и назначение системы управления, задаются характеристики и модель объекта управления, формулируются технические требования к системе и ее технико-экономические показатели. 2 ЭТАП - разработка технического предложения, на этом этапе выбирается один или несколько вариантов построения систем управления и дается оценка выполнимости требований ТЗ. 3 ЭТАП - разработка эскизного проекта, когда осуществляется синтез устройства управления и анализ выполнения требований ТЗ. 4 ЭТАП - техническое проектирование.
На этом этапе, используя выбранные структурные схемы и определенные на третьем этапе параметры, разрабатываются принципиальные электрические электромеханические, кинематические схемы отдельных блоков системы и осуществляется анализ уточненной системы с учетом математических моделей готовых и разрабатываемых блоков под блоками системы понимаются измерительные и исполнительные устройства, средства реализации алгоритма управления, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи и т.п Если результаты такого анализа показывают, что система не удовлетворяет требования ТЗ, то осуществляется уточнение параметров устройства и управления параметрический синтез. 5 ЭТАП - конструкторское проектирование разработка рабочих чертежей.
Здесь на основе принципиальных схем разрабатываются чертежи для изготовления опытного образца создаваемой системы. 6 ЭТАП - технологическое проектирование и изготовление опытного образца. 7 ЭТАП - экспериментальное исследование опытного образца, в результате которого в конструкторскую и технологическую документацию, разработанную на предыдущих этапах, вносятся изменения.
Отметим, что процесс проектирования САУ, как и любого технического устройства, носит характер последовательных приближений к требованиям, сформулированным в ТЗ. Это означает, что каждый этап проектирования может заканчиваться не переходом к следующему, а возвратом к любому из предыдущих этапов, и, таким образом, спроектированная система является результатом целого рядя итераций.
Cодержание 5-го и 6-го этапов проектирования слабо связано со спецификой задач автоматического управления, и поэтому проблемы проектирования на этих этапах решаются в рамках задач проектирования технических устройств электрических, механических, гидравлических и т.п на базе которых строится устройство управления. Центральным и специфически характерным для САУ является 3-й этап проектирования, который будет называться этапом анализа и синтеза системы управления.
Этот этап можно разбить на несколько стадий 16.3 1. Преобразование, анализ и упрощение математической модели объекта ММО. Вначале осуществляется преобразование МО, заданной в произвольной форме, к форме удобной для последующего анализа объекта и синтеза устройства управления.
К числу таких преобразований относятся приведение уравнений к форме Коши, к форме вход-выход, построение передаточной матрицы, построение дискретной модели непрерывного объекта и т.д. Затем осуществляется анализ управляемости, устойчивости, минимально-фазовости и других свойств объекта.
Упрощение ММО включает в себя понижение порядка или числа уравнений объекта, линеаризацию части или всех нелинейных его элементов, пренебрежение малыми изменениями параметров и т.п. 2. Классификация и формализация задачи управления. На этой стадии принимается решение о методе синтеза алгоритма управления алгоритма работы управляющего устройства и осуществляется формализация задачи в соответствии с принятым методом синтеза. 3. Синтез алгоритма управления.
Он осуществляется в соответствии с принятым выше методом синтеза. В качестве таких методов часто выступают изложенные в предыдущих главах методы современной теории управления. 4. Анализ синтезированной САУ. Вначале осуществляется анализ САУ в условиях, при которых она была синтезирована, а затем с учетом факторов, опущенных при упрощении ММО анализ в реальных условиях.
Как процесс проектирования в целом, так и выполнение каждого этапа и, в частности, этапов анализа и синтеза носят итерационный характер результат выполнения определенной стадии может привести как к выполнению последующей, так и к возврату к предыдущей стадии до тех пор, пока не будут выполнены требования ТЗ. 2.1.2 Уровни автоматизации проектирования. Для автоматизации процесса проектирования на 2-7 этапах широко используются ЭВМ. Последующее изложение будет посвящено в основном вопросам использования ЭВМ для автоматизации третьего этапа проектирования, поскольку автоматизация проектирования последующих этапов незначительно зависит от особенностей задач автоматизированного управления.
Кроме того, широкое применение цифровых управляющих машин для реализации алгоритмов управления приводит к тому, что процесс проектирования САУ часто заканчивается четвертым этапом, в течении которого выбирается тип управляющей машины и устройства связи с объектом и осуществляется программирование синтезированного алгоритма управления.
Можно выделить следующие уровни автоматизации 1. уровень уровень отдельных прикладных программ характеризуется автоматизацией отдельных операций стадий анализа и синтеза. Эти операции далее называются элементарными проектными операциями ЭПО. Каждый программный модуль ЭПО позволяет решить с помощью ЭВМ содержательную в терминах ТАУ задачу.
К числу таких задач относятся, например, приведение уравнений объекта к форме Коши, аналитическое конструирование оптимальных регуляторов, анализ устойчивости системы и т.п. 2. уровень уровень пакетов прикладных программ, когда объединение программных модулей ЭПО в пакет прикладных программ позволяет автоматизировать отдельную стадию или весь этап проектирования 3. уровень - САПР САУ. Выделим некоторые признаки, отличающие САПР от предыдущих двух уровней автоматизации.
Комплексность или системность. Этот признак заключается 16.4 в том, что автоматизация проектирования должна пронизывать весь процесс проектирования от завязки проекта САУ разработки технического предложения до выпуска рабочих чертежей деталей системы, обеспечивающих ее изготовление, либо программ для управляющей ЭВМ, если процесс проектирования не содержит пятого этапа. Этот признак подразумевает возможность включения САПР САУ в САПР объекта управления.
Простота общения с ЭВМ. Это означает наличие а технических средств например, дисплея, б входного языка, близкому к естественному профессиональному языку пользователя, в средств вывода информации на ЭВМ в форме, близкой к принятой документальной, г возможности диалога с ЭВМ, в процессе которого пользователь может получать промежуточные результаты, изменять ход дальнейших вычислений, а также исходные промежуточные данные, не повторяя без необходимости проделанных вычислений заново.
Быстродействие, под которым подразумевается достаточно малое время 3-5 мин выполнения ЭВМ каждого этапа проектирования. Это время необходимо для осуществления диалога пользователя специалиста в области ТАУ - на третьем этапе, инженера-электрика или инженера-механика - на четвертом этапе, конструктора - на пятом этапе и технолога - на шестом этапе с ЭВМ в естественном для человека ритме. 2.1.3