Квазиоптимальный регулятор

 

КВАЗИОПТИМАЛЬНЬЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий блок задания, логический, блок, блок синхронизации, последовательно соединенные блок задания на-.. чальных условий, подключенньш выходом к входу ключевого элемента, и N каналов , каждый из которых имеет -источник постоянного напряжения, блок вычисления критерия оптимальности и; последовательно соединенньш модель . регулятора, первый ключ и модель объекта, подключенная входом к выходу второго ключа, первый, второй и третий выходы блока синхронизации соединены соответственно с управляющим входом ключевого элемента, управляющими входами первых ключей. и управляющими входами вторых ключей , отличающийся тем, что, с целью повышения точности, , он содержит первый и второй инвёрс- , ные ключи, блок умножения на два, а в каждом из N каналов - блок вычитания , третий ключ и последовательно соединенные инвертор и сумматор, подключенный выходом к входу второго ключа, вход инвертора соединен с выводом источника постоянного напряжения , выход модели объекта соединен с первым входом блока вычитания, подключенного, выходом к первому входу блока вычисления критерия оптимальности и первому входу модели регулятора, выход первого инверсного ключа соединен с вторыми, входами, блоков вычитания, выход логического блока подключен к вторымвходам сумматоров, выходы блоков вычисления критерия оптимальности через третьи ключи соединены с первыми входами логического блока,вторые.. входы которого подключены к выходам источников постоянного напряжения, выход блока задания начальных условий через второй инверсный ключ соединен с вторыми входами моделей регулятора и вторыми входами блока Од 4 Од вычисления критерия оптимальности, первьй выход блока синхронизации соединен с управляющими входами.первого и второго инверсных ключей, о: четвертый выход блока синхронизации 4 соединен с третьими входами блоков вычисления критерия оптимальности и управляющими входами третьих ключей , вход блока задания начальных условий подключен к.входам первого инверсного ключа и блока синхронизации , выход ключевого элемента через блок умножения на два соединен с управляющими входами моделей объекта.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) G 05 В 13/02

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3664192/24-24 (22) 21. 11.83 " (46) 30.06.85. Бюл, № 24 (72) С.Г.Тяпкин (53) 62-50(088.8) (56) Александровский П.M. Элементы теории оптимальных систем автоматического управления. M. Наука, 1969, с. 120, Труды.МЭИ, М., т. 9, 1965 с. 82-102..

Авторское свидетельство СССР . № 646308, кл. С 05 В 17/00, !978 (прототип). (54)(57). КВАЗИОПТИМАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий блок задания, логический. блок, блок синхронизации, последовательно соединенные .блок задания на-.. чальных условий, подключенный выходом к входу ключевого элемента, и N каналов, каждый из которых имеет .источник постоянного напряжения, блок вычисления критерия оптимальности и последовательно соединенные модель регулятора, первый ключ и модель объекта, подключенная входом к выхо- . ду второго ключа, первый, второй и третий выходы блока синхронизации соединены соответственно. с управляющим входом ключевого элемента, управляющими входами первых ключей и управляющими входами вторых ключей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит первый и второй инверс-; ные ключи, блок умножения на два, а в каждом из N каналов — блок вычиÄÄSUÄÄ 1164664 А тания, третий ключ и последовательно соединенные инвертор и сумматор, подключенный выходом к входу второго ключа, вход инвертора соединен с выходом источника постоянного нап-, ряжения, выход модели объекта соединен с первым входом блока вычитания, подключенного. выходом к первому входу блока вычисления критерия оптимальности и первому входу модели регулятора, выход первого инверсного ключа соединен с вторыми входами. блоков вычитания, выход логического блока йодключен к вторым входам сумматоров, выходы блоков вычисления критерия оптимальности через третьи ключи соединены с первыми входами логического блока, вторые . входы которого подключены к выходам источников постоянного напряжения, выход блока задания начальных условий через второй инверсный ключ соединен с вторыми входами моделей регулятора и вторыми входами блока вычисления критерия Оптимальности, первый выход блока синхронизации соединен с управляющими входами первого и второго инверсных ключей, четвертый выход блока синхронизации соединен с третьими входами блоков вычисления критерия оптимальности и управляющими входами третьих ключей, вход блока задания начальных .условий подключен к .входам первого инверсного ключа и блока синхронизации, выход ключевого элемента через блок умножения на два соединен с управляющими входами моделей объекта.

1164664

Изобретение относится к автоматйке и может быть использовано при управлении динамическими объектами.

Цель изобретения — повышение точности регулятора путем учета возмущений, действующих на объект управле ния.не только к мбменту начала интер вала решения задачи выбора управляющего воздействия в виде начальных условий с объекта, но и тех возмущений, которые действуют на объект управления в течение решения задачи выбора управляющего воздействия.

На фиг. i изображена структурная схема регулятора; на фиг. 2-7 — соответственно блок задания начальных условий, модель объекта управления, модель регулятора, блок вычисления критерия оптимальности, логический блок, блок синхронизации.

Квазиоптимальный регулятор (фиг. 1) состоит из объекта 1 регулирования, блока 2 задания начальных условий, моделей 3 объекта, моделей 4 регулятора, блоков 5 вычисления критерия оптимальности, логи- ческого блока 6, блока 7:синхронизации, источников 8 постоянного напряжения, ключевого элемента 9, вторых 10 и первых 11 ключей, задатчика 12 выходной величины, сумматоров 13, блоков t4 вычитания, блока 1 умножения,на два, инверторов 16, третьй ключей 17 и первого 18 и второго 19 инверсных ключей (отличие инверсного ключа от обычного заключается в том, что при подаче сигнала с бло ка синхронизации на обычный ключ, он замыкается, а инверсный размыкается) .

Блок задания начальных условий (фиг. 2) имеет три (в случае трехмерной размерности вектора. фазовых координат} параллельно соединенных регистра 20-22 с потенциальными выходами.

Модель объекта управления (фиг ° 3) для объекта второго порядка включает в себя операционные усилители 23 и 24, имеющие дополнительные входы для записи начальных условий Х и основные входы Ч,, логические элементь1 И-НЕ 25 и 26, логические элементы И 27 и 28, конденсаторы 29 и 30 и активные сопротивления 31-33.

Один из вариантов модели регулятора в случае трехмерного вектора фазовых координат представлен на фиг. 4. Она имеет два общих входа Х и У„, выход с „ и включает в себя инверторы 34-36, сумматоры 37-39; блоки 40-42 умножения на постоянную величину и сумматоры 43 и 44.

Блок вычитания среднеквадратичного критерия оптимальности (фиг.5) для трехмерного вектора координат имеет два общих входа Х, У и I, дУ общий выход Z и состоит из логик ческих элементов И-НЕ 45-50, инверторов 51-53, сумматоров 54-56, блоков 57-59 умножения, сумматоров 60 и 61 и интегратора 62.

Логический блок в случае трехканального регулятора представлен . на фиг. 6. Он имеет две группы общих входов 7„, Е, Е и Ч, Ч, Ч общий выход V и состоит из компараторов 63 и 64, настроенных на выделение минимального иэ двух сравниваемых сигналов, инвертора 65-68, сумматоров 69-72, логических элементов И-НЕ 73-76, логических элементов И 77-79, логического элемента ИЛИ 80 и выходного регистра 81.

ЗО Блок синхронизации (фиг. 7), содержащийся в квазиоптимальном ре5 гуляторе и служащий для выдачи команд х на соответствующие ключи в определенные моменты времени, может работать по жесткой программе и состоять из источника 82 постоянного напряжения, ключа 83, ждущих блокинг-генераторов 84-87, выход предыдущего из них идет на запуск

40 последующего.

Квазиоптимальный регулятор работает сЛедующим образом.

В начальный момент времени при появлении сигнала рассогласования

45 с выхода объекта управления запускается блок синхронизации и выдает сигнал на первыи выход, при этом ключевой элемент 9 замыкается, все, ключи разомкнуты, тем самым сигнал, gO соответствующий начальным условиям, проходя через блок 15 и увеличиваясь в два раза поступает на вход модели 3. После задания начальных условий блок 7 синхронизации выдает сигнал на ключ 10 и снимает сигналы с ключевого элемента 9 и ключей 18 и 19. При этом ключевой элемент 9 размыкается, а инверсные мальности, при этом инверсные ключи 18 и 19 находятся в замкнутом состоянии, а ключи 1 0 и 11 - в разомкнутом состоянии. Через открытый ключ 17 сигнал с блока 5 вычисления критерия оптимальности поступает на вход логического блока 6, куда подаются также сигналы с источников 8 постоянного напряжения и блоков вычисления критерия оптимальности всех имеющихся каналов квазиоптимального регулятора. В логическом блоке 6 происходит выбор управляющего воздействия, соответствующего минимальному значению функционала.

В модели объекта управления после, открьпия ключа 10 по сигналу с блока синхронизации квазиоптимального ре20 гулятора на ее вход поступает сигнал V который закрывает логические элементы И 27 и 28. При этом усилители с заданными начальными условиями, предварительно охваченные обратными связями через активные сопротивления 31,и 32, становятся охваченными емкостными обратными связями и начинают интегрировать входные сигналы. Так модель переходит в режим решения. По мере решения задачи прогноза выходные параметры модели снимаются с выходов интеграторов.

В модели регулятора составляющие сигнала У проходят через инверторы 34-36 и суммируются в сумматорах 37-39 с соответствующими составляющими сигнала Х . Сигналы на выходах сумматоров, проходя через блоки умножения на постоянную величину, выбранную заранее для каждого блока и жестко зафиксированную в нем, суммируются.

В блоке вычисления критерия оптимальности при поступлении на его вход сигнапов У„. и Х их, составляЬ- щие проходят через соответствующие логические элементы И-НЕ, далее составляющие сигнала Х проходят через инверторы и суммируются с составляющими У . Затем полученные составляющие в блоках умножения sosводятся в квадрат, эти результирующие сигналы суммируются и .общий результирующий сигнал поступает на интегратор. С целью обеспечения точности работы блока вычисления критерия оптимальности до начала прог« з 1164664 ., 4 ключи 18 и 19 замыкаются. После а замыкания ключа 10 сигнал U с блоt ка 8 постоянного напряжения через инвертор 16 поступает на сумматор 13, где складывается с сигналом управления, поданным в данный момент на объект 1 управления. С сумматора 13-сигнал управления поступает на: вход модели 3. Модель 3 переходит в режим решения. Выходной сигнал с модели в блоке 14 вычитания постоянно сравнивается с выходным сигналом объекта 1 управления, который проходит через открытый ключ 18.

По истечении заданного времени, которое.выбирается в зависимости от необходимого времени прогноза фазовых координат, ключ 11 замыкается, -в замкнутом состоянии остаются инверсные ключи 18 и 19, остальные ключи разомкнуты, на вход модели 3 объекта через модель 4 регулятора поступает сигнал, равный разности сигналов с выхода модели и объекта управления, на другой вход модели регулятора поступает сигнал, соответствующий желаемому значению вы ходной величины. Все это время, начиная от начала прогноза до конца переходного процесса в модели 3 ЗО объекта, замкнутой моделью регулятора блоки 5 вычисления критерия оптимальности вырабатывают сигналы,. соответствующие значению функционала от фазовых координат, который учитывает. действие возмущений на объект управления в период выбора управляющего воздействия, за счет того, что в блоке 14 вычитания происходит сравнение сигналов с выхода объекта 1 и выхода модели, при условии, что на модель 3 подается сигнал управления, представляющий собой сумму прогнозируемого сигнала управления и сигнала, поданного в данный момент на объект 1 управления. Функционалом может быть среднеквадратичный показатель качества от рассогласования текущих, координат продесса и желаемых, поступающих;с эадатчика 12 выходной величины в блок 5 вычисления критерия оптимальности. По истечении среднего времени переходного про» цесса сигнал с четвертого выхода блока 7 синхронизации замыкает ключ 17 и подает блокирующий сигнал в блок 5 вычисления критерия опти1164664 элементов, на вход которого поступил нулевой сигнал, будет выходной сигнал, а на другом логическом элемен- те, куда пришли оба нулевых сигнала,, выходной сигнал будет нулевым. Вход логического элемента. 73, соответст-. вующего значению функционала по управлению Ч, поступает на один из входов логического элемента И, на

10 вход которого поступает первый прогнозируемый сигнал V . Выход логического элемента 74, соответствующего значению функционала по управлению Ч, поступает на один иэ вхо15 дов логического элемента И 78, на другой вход которого поступает второй прогнозируемый сигнал V . По этому же принципу сравниваются сигналы Z и минимальныи из Z u Z

20 затем устанавливается с помощью логических схем 77-79 однозначное соответствие минимального значения функционала и его управления. Выбранный сигнал управления, проходя

25 через логический элемент ИЛИ 80, запоминается в регистре 81 с потеницальным выходом. ноза в моделях 3 объекта ключи 18 и 19 закрывают вход этого блока. Затем, когда переходные процессы в моделях 3 прекращаются по сигналу I с четвертого выхода блока 7 синхронизации, закрываются логические элементы И-НЕ, а на интегратор 62 поступает сигнал для списывания информации и приведения его в исходное положение.

В логический блок на его входы поступают прогнозируемые сигналы управления Ч, Ч, Ч и соответствующие им полученные в блоках вычисления критерия оптимальности значения функционалов Z„ Z, Z . Задачей логического блока является выбор и подача на вход управляющего воздействия, соответствующего минимальному значению функционала, полученного при анализе движения модели объекта под действием этого управляющего воздействия. Для этого сигналы 2„ и

Z проходят через компаратор,настроенный на выделение минимального сигнала, а также подаются через инверторы 65 и 66 на входы сумматоров 69 и 70, где складываются с минимальным из двух сигналов 2„ или Е который снимается с компаратора 63. щ

В итоге на выходе одного из сумматоров обязательно должен получиться ноль, а на другом каком-то сигнал.

На вторые входы логических элементов И-НЕ 73 и 74 подан минимальный из двух сигналов Е„ или Е с компа-. ратора 63, на одном из логических

С выхода,логического элемента сигнал управления, выбранный в данном цикле решения задачи прогноза, поступает на вход объекта управления, стремясь свести к нулю возникшее рассогласование с более высокой степенью точности. В дальнейшем цикл работы квазиоптимального регулятора повторяется.

1164664

1164664

1164664

Фиг.7

Составитель В.Кузин

Техред И.Кузьма. Корректор И.Эрдейи

Редактор Ю.Ковач

Филиал ППП "Патент",. г.ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4185/43 Тирам 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5