Бинарная система управления

 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования .и управления и выполнено в рамках бинарных систем. Целью изобретения является повьшение надежности и грубости системы управления. Цель изобретения достигается за счет специального способа построения контура координатнооператорной обратной связи. Изобретение предназначено для управления .вынужденным движением нестационарных динамических систем, работающих в условиях неопределенности, обусловленной произвольным неконтролируемым изменением параметров объекта управления и внешних возмущений в извест- . ных диапазонах. Система дополнительно содержит сумматор, усилитель с насыщением , блок деления. Изобретение может быть использовано при автоматизации различных процессов, в частности процессов аглодоменного производства . 1 ил. Ш (Л со о со со со со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (gg G 05 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3915453/24-24 (22) 10.07.85 (46) 15.04,87. Бюл. М - 14 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт системных исследований (72) В.Н.Ахтырский, С.В.Емельянов, С ° К.Коровин, В.И.Сизиков и К.M.Öâåòкова (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1117587, кл. G 05 В 13/00, 1983. (54) БИНАРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике автоматического регулирования .и управления и выполнено в рамках бинарных систем. Целью изобретения является повьппение надежности и грубости

„„SU„„1303993 А1 системы управления. Цель изобретения достигается за счет специального способа построения контура координатнооператорной обратной связи. Изобретение предназначено для управления .вынужденным движением нестационарных динамических систем, работающих в условиях неопределенности, обусловленной произвольным неконтролируемым изменением параметров объекта управления и внешних возмущений в извест- . ных диапазонах. Система дополнительно содержит сумматор, усилитель с на. сьпцением, блок деления. Изобретение может быть использовано при автоматизации различных процессов, в частности процессов аглодоменного производства ° 1 ил. а. (i = 1,п)

1 а. а. (t) < а

1 переменные параметры d „(t) (j = 1,k) нестационарных каналов воздействия на объект внешних возмущений также считаются неизвестными функциями времени, удовлетворяюшими условиям

d Ä. (a Ä, (t) ° d ., + где d, (j = 1,k) — известные константы.25

Рассматриваемая задача управления формулируется следующим образом. Необходимо. обеспечить компенсацию ошибки регулирования х(Е) = у (t) — y(t), 30

S где у (t) = const — задающее воздействие, до заданной величины, т.е. обеспечить выполнение неравенства (х(с)(c g 35 где л — заданная постоянная положительная константа.

Цель изобретения — повышение надежности и грубости системы управления.

На чертеже представлена схема предлагаемой бинарной системы..

Схема содержит объект 1 управления, задатчик 2, вырабатывающий сигнал у (t), блок 3 сравнения, диффе- 45 ренциаторы 4,,...4„ „ первые модульные элементы 5,,...,5„ первые усилители 6,...,6„, первый сумматор 7, блок 8 умножения, вторые усилители

9,,...,9 „ второй сумматор 10, блок

11 деления, усилитель12 с насыщением,, датчики 13,,.. °,13 внешних воздействий, вторые модульные элементы 14,, ..., 14 „, третьи усилители 15,, ..., 15, к четвертые усилители 16,,...,16, тре- 55 тий сумматор 17, инерционный фильтр

18, четвертый сумматор 19.

Представим способ функционирования предлагаемой системы управления. Сиг40! 13039

Изобретение относится к автоматическому регулированию и управлению и предназначено для управления вынужденным движением нестационарных динамических объектов, описываемых уравнением

1 у"(t) + a„(t)y (t) + ... +

+ a,(t)y(t) = d,(t) f, (t) + ... +

+ d (t) f „(Е) + u(t), Предполагается, что параметры объекта 1р

a;(t) (i = 1,n) меняются произвольным неконтролируемым образом в известных диапазонах, определяемых константами

93

2 нал y(t), поданный с объекта 1 управления, сравнивается с сигналом у (t), выработанным задатчиком 2 в блоке 3 сравнения. Полученная ошибка x(t) поступает непосредственно на вход первого модульного элемента 5,, а на входы остальных (5 „ ...,5„) — через дифференциаторы 4,,...,4 „ соответствующих порядков. Сигналы, полученные на выходе первых модульных элементов 5,,...,5„,поступают через соответствующие первые усилители 6„, ...,6„ на вход первого сумматора 7 и с его выхода — на вход блока 8 умножения. Сигналы ошибки регулирования

x(t) и ее производных, полученных на вь1ходе дифференциаторов 4,,...,4» поступают через вторые усилители 9,, ...,91,.на вход второго сумматора 10, .с выхода которого сигнал поступает на первый вход (делимое) блока 11 деления, а с выхода последнего сигнал поступает на вход усилителя 12 с насыщением, своим выходом подключенного к входу инерционного фильтра 18. Величины внешних воздействий, полученные на датчиках

13,...,13, поступают последователь1 но на вторые модульные элементы 14,, ...,14„, а с их выхода на третьи 15<, ...,15 „ и четвертые 16,,...,16„ усилители, выходами подключенные соответственно к первому 7 и третьему 17 сумматорам. С выхода третьего сумматора 17 сигнал подается на второй вход инерционного фильтра 18, соединенного выходом с вторым входом блока 8, на выходе последнего формируется сигнал управления u(t), подаваемый на объект 1 управления. На второй вход блока деления (делитель), на выходе которого формируется сигнал ошибки координатно-операторного контура, сигнал подается с выхода .четвертого сумматора 19, на вход которого поступают сигналы с выходом первых усилителей 6,,...,6„ . В предлагаемой системе по сравнению с известной иной способ образования контура координатно-операторной обратной связи. В предлагаемой схеме он образуется вторыми усилителями 9,,...,9„, вторым сумматором 10, четвертым сумматором 19, блоком 11 деления, усили" телем 12 с насыщением,, четвертыми усилителями 16 „ ...,16„, третьим сумматором 17 и инерционным фильтром 18.

Регулятор описывается следующими со-. отношениями: п() =p(t) (k I x(t) + е I f (t) f;

Цар()Ц с с ехр(— Б (t i)) э с., о > 0 — «nst

/ д1а1 > j, o l (c +8 ) ) и (е) l е 7 мака sup +; (1)

Ы(fig (c - g< I о о мака sup р (l(c 1&а )а(t)l +

: 177,t.

+ ((с +S )l 1са) где ф (t с ) — матрица Коши уравнения х =Ах, и

ll>„(t)fll = d exp(-a(t — t.)), 1

d,à >Π— const.

При выполнении соотношения на коэффициенты усиления (1) существует конечный момент времени t > t такой, что

35

Ы>макс sup д (t (c f8 )d(t)/ +

1 а 1(f)g

+ 1 с+3иЗ/ е ).

1. .i@1 а$ ll х Ц+ А, тогда, переписав первое уравнение из (4) в интегральной форме, получим оценку при t Ъ1

Дх (С)Ц а с (/ х (t)/I ехр(- б (с

Динамика управляемых процессов x(t) в системе полностью определяется выбором коэффициентов с вторых усилителей

9„,...,9„, и при этом справедлива следующая оценка:

t )) + с зпр llh„Í (8/(х() +

45 1

: И х()й 4 М(P x(t,-)(/ ехр(-S(t — t.)) +а, (2) + л ) ехр (- 6 (t -i) ) d Е +

+ с, d I ехр(-Я (t =i.))ехр(-а(t

-) И-., из которого по лемме Гронуолла-Белма-. на следует приведенная оценка (2).

50 где М иà — положительные константы, а величина К> 0 может быть сделана сколь угодно малой соответствующим выбором параметров Регулятора.

Из последнего неравенства следует, что данная система является диссипа-. тивной и ее траектории погружаются за

Приведем иллюстративный пример.

Дан управляемый объект, заданный в канонической форме:

3 1303993 4

j(t)= - p (t)psst(p(t)) (Р+Ы) (()1); конечное время в заданную окрестность

;1(t)=O(t)/(Цx(t) 1+i) G(t)=cx(t), упри обеспечении заданной динамики переходного процесса. где u(t),P(t),g(t) - сигналы различ-. Покажем справедливость последней ных контуров 5 оценки на х(). Перепишем исходное системы, уравнение относительно ошибки регулиk,е, w, Ы и с — коэффициенты уси- рования x(t) = у (t) — y(t) ления блоков 6,, 1( (3)

16, 9,,9, матрицы A(t) и D(t) состоят из пара Е 1 ° ° ° Ю Э

10 и 11 соответ- метров а,-(t) (i = 1,n), d...(t) (j ственно, опреде- = 1,k). Уравнение (3) в координатах ляемые требовани- (х,5), х 6 R примет вид: ями к качеств 15

=А +h6+D f (х = „х+ „+ регулирования в . + 11 + 1.. + С системе.

= а х

Как следует из приведенных соотно- где А „,h„,D„,às,h,dg-и с - связаны с шений, при стремлении к нулю ошибки параметрами a;(i = 1,n)d„(j = 1,k) регулирования x(t) сигнал управления 20 Ьчевидным образом. Соответствующим

u(t) уменьшается до некоторсй малой ве- выбором вектора с можно обеспечить личины, оставаясь при этом все время выполнение следующих неравенств: гладкой функцией. Параметры регулято-. ра являются конечными величинами, выбираемыми исходя из соотношений:

Формула

5 13039 х г< аэ (С ) х <+ ад, (Й ) х Ф+ d < (t ) f g +

+ y t)f q+ 1а () э+ Uå параметры которого меняются в диапа эонах4

à,(t)e(O,fg; а (ИЕ(-1,01;

d< (tel. 1э01э d (t)F (-1э5э 0 ° 5);

d (t)E 1-0,5;ð Оэ5 .

Пусть стоит задача обеспечения диссипативности системы в области а= 1 и чтобы переходный процесс имел показатель периодичности 0,75. Поскольку показатель в оценке (2) имеет следую. щий вид:

f5

6=8 -6 (1 + макс с (s sup h

1aarih i а 1 х кс /(1 — Я) ! видно, чтобы обеспечить заданный показатель апериодичности необходимо выбрать параметры 6 0,2, с (1,1).

Из соотношений (1) выбираем осталь-. ные параметры регулятора Е = (2; 4);

Й (2э3,1); д- (54,81,24); ot 22.

Таким образом, приведенный пример показывает, что предлагаемая система позволяет решить поставленную задачу управления. и э о б р е т е н и я

Бинарная система управления; содержащая последовательно соединенные пер93 6 вый сумматор, блок умножения,.вторым . входом подключенный к выходу инерционно. го фильтра, объект управления, блок сравнения, второй вход которого подклю чен к выходу задатчика, а-выход — к входам дифференциаторов, выходы которых и выход блока сравнения через после;.. довательно соединенные первые модульные элементы и первые усилители соединены с входом первого сумматора и через соответствующие вторые усилители — с входом второго сумматора, датчики. возмущений, выходы которых через соответствующие последовательно соединенные вторые модульные элементы и третьи усилители. соединены с входом пер-, вого сумматора и через последовательно соединенные вторые модульные элементы и четвертые усилители — с входом третьего сумматора, выход которого подключен к входу инерционного фильтра, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и грубости системы, она содержит четвертый сумматор, усилитель с насыщением и последовательно соединенные блок деления, первый и второй вход которого подключены соответственно к выходам второгоон четвертого .сумматора, к вхо" ду которого подключены выходы первых усилителей; а выход усилителя с насыщением подключен к второму входу инерционного фильтра.

1303993

Составитель А.Лащев

Редактор M.Ïåòðîâà Техред H.Ïoïîâè÷ Корректор С.Шекмар

За@аз 1310/48

Тираж 864 Подписно

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам, изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r,Óæãîðoä, ул.Проектная, 4