Самонастраивающаяся система управления
САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА, УПРАВЛЕНИЯ, содержащая эталонную модель, последовательно соединенные датчик входного воздействия, первый сумматор, настраиваемый усилитель, второй сумматор и регулятор, подключенный выходом к входу объекта управления, последовательно соединенные третий сумматор , первый множительный блок, интегрирующий блок и второй множительный блок, второй вход которого соединен с входом настраиваемого усилителя и первым входом третьего сумматора, а выход - с вторым входом второго сумматора, выход датчика входного воздействия соединен с входом эталонной модели, и выход объекта управления подключен к второму входу первого сумматора, отличающаяся тем, что, с целью повышения динамической точности системы, в нее введены два множительных блока, блок переменного запаздывания и два делительных блока, причем выход датчика входного воздействия подключен к первому входу первого делительного блока , с вторым входом которого соединен выход первого сумматора, вход блока переменного запаздывания соединен с выходом первого делительного блока, а выход - с первым входом третьего множительного блока, второй вход которого соединен с выходом четвертого множительного блока, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом регулятора и выходом второго делительного блока, первым входом подключенного к выходу первого сумматора, а вторым входом - к выходу, второго сумматора, и выход третьего множительного блока подключен к второму входу второго множительного блока.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ÄÄSUÄÄ1109713
3(5g G 05 В 13/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ф, и, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ t
А Т
/3i
К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3542920/18-24 (22) 17.01.83 (46) 23.08.84. Бюл. № 31 (72) С. Т. Ходько (71) Ленинградский ордена Ленина и ордена Красного Знамени механический институт (53) 62-50 (088.8) (56) I. Меданович Ю. В., Кокович П. В.
Некоторые проблемы развития самонастраивающихся систем с использованием оператора чувствительности. В кн.: Труды II Международного симпозиума ИФАК по самонастраивающимся системам. М., «Наука», 1969, с. 200-209.
2. Костюк В. И. Беспоисковые градиентные самонастраивающиеся системы. Киев, <Техника», 1965, с. !9-22 (прототип). (54) (57) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ
СИСТЕМА, УПРАВЛЕНИЯ, содержащая эталонную модель, последовательно соединенные датчик входного воздействия, первый сумматор, настраиваемый усилитель, второй сумматор и регулятор, подключенный выходом к входу объекта управления, последовательно соединенные третий сумматор, первый множительный блок, интегрирующий блок . и второй множительный блок, второй вход которого соединен с входом настраиваемого усилителя и первым входом третьего сумматора, а выход — с вторым входом второго сумматора, выход датчика входного воздействия соединен с входом эталонной модели, и выход объекта управления подключен к второму входу первого сумматора, отличающаяся тем, что, с целью повышения динамической точности системы, в нее введены два множительных блока, блок переменного запаздывания и два делительных блока, причем выход датчика входного воздействия подключен к первому входу первого делительного блока, с вторым входом которого соединен выход первого сумматора, вход блока переменного запаздывания соединен с выходом первого делительного блока, а выход — с первым входом третьего множительного блока, второй вход которого соединен с выходом четвертого множительного блока, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом регулятора и выходом второго делительного блока, первым входом подключенного к выходу первого сумматора, а вторым входом — к выходу, второго сумматора, и выход третьего множительного блока подключен к второму входу второго множительного блока.
1109713
Изобретение относится к области автоматического регулирования, а более конкретно к проектированию самонастраивающихся систем управления методом беспоисковой градиентной настройки.
Известна функциональная схема самонастраивающейся системы управления, осуществляющая настройку по одному или нескольким параметрам градиентным методом с использованием функции чувствительности временных характеристик системы и ее эталонной модели (1).
Принцип работы самонастраивающейся системы. Выходные сигналы с эталонной модели и настраиваемой сравниваются на сравнивающем устройстве. Одновременно выходной сигнал с настраиваемой системы подается на вход модели чувствительности.
Сигналы с выхода сравнивающего устройства и с выхода модели чувствительности поступают на входы блока настройки, на выходе которого пол уч а ются си гнал ы, п ропорциональные требуемым приращениям настраиваемых параметров. Недостатком таких систем является то, что модель чувствительности не является настраиваемой, поэтому точность, быстродействие и надежность самонастройки низки.
Из известных аналогов наиболее близкими к предлагаемому является самонастраивающаяся система, состоящая из собственно настраиваемой системы, эталонной модели, сравнивающего устройства, вычислительного устройства, каналов настройки системы и модели чувствительности. В состав вычислительного устройства входят интегрирующие звенья и множительные устройства, входы которых соединены с выходами соответствующих сравнивающих устройств и выходами модели чувствительности.
Выходы настраиваемой системы и эталонной модели соединены с выходами сравнивающего устройства. На входы эталонной модели и настраиваемой системы одновременно подаются входные воздействия. Сигналы с выходов вычислительного устройства, т.е. с выходов интеграторов, по соответствующим каналам настройки подаются в настраиваемую систему и модель чувствительности для изменения параметров (2).
Недостатками прототипа являются низкая динамическая точность и надежность самонастройки из-за несовпадения параметров системы управления и модели чувствительности и сложность технической реализации самонастраивающейся системы из-за подстройки модели чувствительности по настраиваемому параметру.
Цель изобретения — повышение динамической точности системы.
Поставленная цель достигается тем, что в самонастраивающуюся систему управления, содержащую эталонную модель, последовательно соединенные датчик входного воздействия, первый сумматор, настраива-, емый усилитель, второй сумматор и регулятор, подключенный выходом к входу объекта управления, последовательно соединенные третий сумматор, первый множительный блок, интегрирующий блок и второй множительный блок, второй вход которого соединен с входом настраиваемого усилителя и первым входом третьего сумматора, а выход — с вторым входом второго сумматора, выход датчика входного воздействия соединен с входом эталонной модели, и выход объекта управления подключен к второму входу первого сумматора, введены два множительных блока, блок переменного запаздывания и два делительных блока, причем выход датчика входного воздействия подключен к первому входу первого делительного блока, с вторым входом которого соединен выход первого сумматора, вход блока переменного запаздывания соединен с выходом первого делительного блока, а выход — с первым входом третьего множительного блока, второй вход которого соединен с выходом четвертого множительного блока, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом регулятора и выходом второго делительного блока, первым входом подключенного к выходу первого сумматора, а вторым входом — к выходу второго сумматора, и выход третьего множительного блока подключен к второму входу второго множительного блока.
Обосновать работу устройства можно на основании следующих соображений.
Передаточную функцию разомкнутой системы можно записать как (pi= Kx(jWiit>ЛС), где К вЂ” настраиваемый коэффициент усиления настраиваемого усилителя.
Тогда а
v,(ð,Х) = v (р) + p Ф. (р) 5 i (p>) vj (р )- (1)
Правую и левую части (1) можно разделить на У (рg — изображение по Лапласу выходной переменной усилительного элемента;
Тогда
Qyy «)= y+ Б Ф „ . (p) 6Wj(px) (1») или, учитывая, что (2) (2) приводится к виду: у (р —,.)+: Ф;,(И () . (Р ) в) где Wv
Продифференцируем правую и левую части (3) по параметру с целью получения, допустим, функции чувст вительности ошибки системы к нестабильному параметру. Тогда
„„(P,х} = — ч (р,») = — („, »), »
1109713
Функция (,) имеет вид: лагаемого устроиства. ираж 842 Подписное
ВНИИПИ Заказ 5647/32 Т
Филиал ППП «Патент>, г. У жгород, ул. Проектная, 4 т.е. к (н,(р,х>тк е„ (рчх1гФ ч(ра .
К„Ч,(Р,Х)
Или
1= „,ц„щ (%(Р,x)+ Kf Z,„(P»)- (Р„(Р) к,. Ve Р> v, Учитывая, что 1+(() (р) K,=ô (p) последнее соотношение перепишется в виде
v f (Ð,х)=ю(Я(ч,(Р,х) + к„к„„ (Р, х)).
Тогда
К Z„" „(р,х)О(р)=ч, (р,х)- 7(р)ч,(р.x)=(vf(p," — О (Р)) vf (Р,x) =- y ®х) vf(pух) 10 где У (р,у) — изображение по Лапласу выходной функции переменной части системы управления. Окончательно получаем
K„Z„ „(P,Õ) ef" (P) =- Y,(P x) Ve (Р,Х).
Последнее равенство, записанное в области изображений, соответствует следующему соотношению во временной области при переменных, квазистационарных изменениях вариации М: е
<„)Кк„ () (4-")«=,(Г) f(e- )а .
Последнее интегральное соотношение может выполняться при соблюдении равенства подынтегральных функций, что приводит к следующему соотношению:
vt v)1 e- e) "и (t> й„ув И> ыд.ту"
Беспоисковая градиентная система, самонастраивающаяся для настройки параметров, использует следующий алгоритм:
>(1,кк 3 Q ат — = — г -5>(:— где Q — функция качества работы системы;
К>- настраиваемый параметр;
Ae — коэффициент передачи i-го канала настройки.
Скорость и направление настройки системы i-го параметра определяется величиной и знаком производной — " —" —.
Д,1
q=(v(t,х) — ч,(1) ), где Ч (1Дс)-выходная координата настраиваемой системы;
Vf (1)-выходная координата эталонной системы.
Алгоритм настроаии, с учетом выражения для, имеет вид: нем — = — 2г);(и, ((х) — v, (t) ) 2и ((), или после интегрирования
Х вЂ” г З S (v,(4,X) - v,(Ц) Z"„ „(ЦМ .
Таким образом, величина прйращения
i-го настраиваемого параметра пропорциональна функции чувствительности. Данный алгоритм позволяет одновременно настраивать несколько параметров. Устойчивость 5() параметрической настройки определяется величиной коэффициента Я,.
На чертеже приведена блок-схема самонастраивающейся системы управления.
Система содержит эталонную модель 1, датчик 2 входного воздействия, первый сумматор 3, настраиваемый усилитель 4, второй сумматор 5, регулятор 6, объект управления 7, третий сумматор 8, первый множительный блок 9, интегрирующий блок 10, второй множительный блок 11, третий и четвертый множительные блоки 12 и 13, блок
14 переменного запаздывания, первый и второй делительные блоки 15 и 16.
Система работает следующим образом.
Сигнал входного воздействия поступает на эталонную модель 1, на входы третьего сумматора 8 подается эталонное значение ошибки (напряжение) и ее действительное значение и на входе множительного блока
9 формируется сигнал рассогласования (напряжение) между действительным и эталонным значением ошибки системы управления. Входной и выходной сигналы настраиваемого усилителя 4 поступают на второй делительный блок 16, на выходе которого формируется величина, обратная значению коэффициента усиления настраиваемого элемента. Это значение помножается на величину выхода на четвертом множительном блоке 13 и результат поступает на первый вход третьего множительного блока 12.
Величина ошибки системы управления делится на сигналы входного воздействия в блоке 15, результирующий сигнал задерживается на заданное время в блоке 14 переменного запаздывания, поступая затем на второй вход блока 12. Таким образом, на выходе третьего множительного блока 12 формируется сигнал (напряжение), равный градиенту. Блок настройки перем нож ает сигнал рассогласования на выходе блока 9 и градиент на выходе блока 12 с последующим интегрированием в интегрирующем блоке 10 и домножением результата на постоянный коэффициент. Величина приращения параметра (напряжение) поступает на первый вход второго множительного блока l.
По сравнению с базовой самонастраивающейся системой, в качестве которой принят прототип, у такой системы повышается точность настройки, так как градиент вычисляется точно на всем диапазоне изменения настраиваемых и неизвестных параметров системы, и надежность, так как процесс настройки всегда устойчив, что в прототипе не гарантируется.
Результаты цифрового моделирования показали высокую эффективность использования такой системы управления, так как настройка быстродействующая и точность системы в 3 раза выше, чем без контура настройки. Применение самонастройки в системе управления позволяет уменьшать требования к точности изготовления механических узлов и уменьшить число настроек при эксплуатации, что приведет в свою очередь к экономической эффективности пред
