Устройство терминального управления

 

Изобретение Относится к управлению динамическими объектами, конечное (терминальное) состояние которых в общем случае определяется К-мерной заданной координатой. Устройство обеспечивает перевод многомерного объекта управления из произвольного начального состояния в произвольнозаданное конечное состояние. Причем ГхГ Хг л,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU 1332262 А1 (51) 4 С 05 В 19/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4034315/24-24 (22) 07.03.86 (46) 23,08.87, Вюл, Р 31 (71) Московский авиационный институт им, Серго Орджоникидзе (72) В, С, Пешков (53) 62.50(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1120285, кл. G 05 В 19/04, 1984..

Кванерноок Х., Сиэан Р, Линейные оптимальные системы управления, M.: Мир, 1977, с, 470 475, рис. 5 7. (54) УСТРОЙСТВО ТЕРМИНАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к управлению динамическими объектами, конеч- . ное (терминальное) состояние которых в общем случае определяется К-мерной заданной координатой, Устройство обеспечивает перевод многомерного объекта управления из произвольного начального состояния в произвольнозаданное конечное состояние, Причем

133226 время перевода может быть жестко заданным, ограниченным или свободным, Изобретение может быть также использовано в системах слежения за многомерной эталонной переменной. Устройство содержит блок 1 задатчиков, суммирующие усилители 3, 3

2 блок 2 координат объекта управления, блок 4 элементов выборки-хранения, интеграторы 6 со схемой сброса, сумматоры 7, ключи 8 и 9, переключатель 5, элемент ИЛИ 12, шины 10 и li управляющих сигналов и выходную шину 13 устройства, 1 ил, Изобретение относится к системам автоматического управления, предназначено для управления объектами, тер,минальное (конечное) состояние которых описывается К-координатами (К

1,2,3 ), а время достижения этого состояния задано или ограничено, и может быть также использовано в системах слежения за К-мерной входной координатой.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения перевода объекта управления из произвольного начального соСтояния в произвольное конечное состояние, при котором К-мерный вектор выходных координат объекта управления принимает заданное значение, причем время перевода может быть как заранее заданным, так и жестко не фиксироваться, I

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство терминального управления содержит блок 1 К задатчиков, 1 и шин 2 координат объекта управления, К суммирующих усилителей 3-1, 3-2...,, З-К, блок 4 элементов выборки-хранения, переключатель 5, К-1 интеграторов 6-1, 6-2,... ...,6-(К-1), снабженных схемой сброса, К-l сумматоров 7-1, 7-2, 7-(K-1), первый 8 и второй 9 ключи, шину 10 Старт-стоп, шину l! переключения режима работы, элемент

ИЛИ 12 и выходную шину 13, причем выходы блока 1 К задатчиков и и шин

2 координат объекта управления подключены к входам всех К суммирующих усилителей 3, выходы которых соединены с первой группой входов переключателя 5 и через блок 4 элементов выборки-хранения с второй группой входов переключателя 5, выходы с первого по (К-!)-й которого подключены к первым входам одноименных сумматоров, вторые входы с второго

5 по (К-!)-й сумматор подключены к выходу одноименного интегратора, вход (К-1)-го интегратора 6-(К-1) соединен с К-м выходом переключате-!

ð ля 5, а вход каждого из остальных интеграторов соединен с выходом предшествующего сумматора, выход первого интегратора 6-1 через первый ключ 8 соединен с вторым входом пер вого сумматора, выход которого через второй ключ 9 подключен к выходной шине 13 устройства, управляющие входы блока 4 элементов выборки-хране- . ния, управляющие входы схем сброса всех интеграторов и первого ключа, а также первый вход элемента ИЛИ 12 подключены к шине 10 "Старт †ст", управляющий вход переключателя 5 и второй вход элемента ИЛИ !2 подклю25 чены к шине 11 переключения режима работы, а выход элемента ИЛИ 12 соединен с управляющим входом второго ключа 9.

Устройство терминального управления работает следующим образом.

Объект управления описывается системой дифференциальных уравнений

x(t) = Ax(t) + Bu(t); (l)

y(t) = Cx(c) + Du(t), (2)

35 где x(t) — n-мерный вектор состояния (координаты объекта); п() — скалярное управление, y(t) — К-мерный выходной вектор

40 (выходные координаты объекта);

А,В,С,D — соответственно (пхп)-, (пхl) вЂ, (kxn) — и (kxl)мерные числовые матрицы.

1332 (4) (3) как жест15

В исходном состоянии по команде

"Стоп с шины 10 (логический нуль) интеграторы 6-1, 6-2 ... разряжены, блок 4 работает в режиме слежения за сигналами U„ (t), U (t), U „(t) 20 с выходов К суммирующих усилителей

3-1, 3-2,..., 3-К, ключ 8 разомкнут> переключатель 5 по команде с шины 11 (логический нуль) подключает на вход сигналы блока 4, ключ 9 разомкнут, 25 а на выходной шине 13 сигнал управления отсутствует. По сигналу "Старт" с шины 10 в условно начальный момент времени T=O фиксируются блоком

35 где

0000...0

0100...0

0010 ° ..О

О 100... О

0010...О

А>

° ° ° °

0000... О

° ° ° ° °

0000...1 х (С) (6) Оn nк(8) (9) где

55 С = (С, РОк,к-2) (10)

Предполагается, чтр объект управления (1) полностью управляем, Целью управления является пере-вод объекта (1) из произвольного начального состояния x(0)=х в условно начальный момент времени t=:0 в такое конечное состояние х(Т), чтобы выходной вектор у(Т) принял требуемое (заданное) значение у, т,е, Зад чтобы у (Т) =Сх (Т) +Du (t) =у

Время перевода Т может быть строго задано (a-режим), так и ко не фиксировано (6-режим) °

4 выборки-хранения значения U„(0), U (О)...,, U (О), интеграторы переводятся в режим интегрирования, ключи 3 и 9 замыкаются и на выходной шине 13 формируется сигнал управле ния u(t)=Z „(г.)+Ц„ объектом (1), где

Вводя расширенный вектор состояния

А, ВО

А .1= В

Ок-,п А2 (индексами обозначены размерности нулевых и единичной I подматриц, входящих в состав блочных матриц

А", В ).

Выходной вектор (выходные координаты) у(t) в расширенном пространстве состояний (6) вместо (2) запишется следующим образом:

262 4

Е,(t) — выходной сигнал первого интегратора 6-1.

В соответствии с чертежом имеем

U„(0) = F„x(0) + P, у

Б (О) = F,x(0) + Р у

U (О) — F „х(0) + Р„у,„, ...,Р „) — коэффициенты передач, установленные по соответствующим входам i-го суммирующего усилителя 3-i

i=1 К.

Сигналы начального состояния х(0)=(х „(О), х (О),..., xÄ(0)) и текущего x(t), поступающие на и шин 2 координат объекта управления, формируются с помощью соответствующих датчиков или с помощью наблюдающего устройства, например, по типу фильтра Калмана.

Коэффициенты передач (4) заранее рассчитываются и устанавливаются по соответствующим входам суммирующих усилителей 3-1, 3-2,...,3-К на основании следующего °

Рассматривая U=(U„, Ц ...,,Б„) в качестве внешнего вектора управления, а входные сигналы интеграторов 6-1 6-2,... Е-- (Е„, Е,...,Е,,) в качестве дополнительного вектора

Е

Z(t)=A Z(t) + В U(t), (5) представим уравнения (1) и (5) в стандартном виде х+(t)=A+x(t) + В U(t), (7) где в соответствии с (5) и (6) В

l

ОК-1, q k-1, k-a

y(t)=C х (t)+D U(t), 5 13 а следовательно, полностью управляема и система, описываемая уравнениями (7) и (9), Полагая U(t)

const=U(0) t e (O,T), для состояния системы (7) в момент времени Т имеем

32262 б . У(Т) =у за заданное время (a-peSaP жим 1, при этом управление u (t) является функцией времени и в соответствии с чертежом

u(t) = z, (t.) + v„(o) . () 6) где где х (т) =Ф(т,о) х1е(0)+Н (т,o) U (О), (11) Ф(Т,О) = ехр(А" Т), т

Н(Т,O) =(1 ехр(А )d 7)B, (17) о

Так как целью управления является выполнение условия (3), т,е, у(Т) =у, то в соответстнии с (9) и

Зал (11) имеем

С Ф(т, О) х+(О)+С Н(Т,O) U(n) +

=в+и(о) = y..,. откуда находим

U(o)= -(с н(т,о)+

+D" 1 С Ф(Т,О)х (О)+ (С Н(Т,O)+D ) у (13)

Существование обратной матрицы обеспечивается управляемостью системы (7 ) и сонпадением размерностей векторов Б и у „ ° Так как дополнительные переменные Z„, Z „...,Z „, предварительно обнуляются (сбрасываются в нулевое состояние интеграторы 6-1, 6-2...,,6-(К-1)), то в соответствии с (10) С e (ò, О) х (О) = СФ„„(т, О) х(О), (1 4) где Ф (Т,О ) =ехр (А Т) — подматрица

11 матрицы

Ф(Т,, O) i, соответствующая в (8) клетке, содержащей А, С учетом (14) вместо соотношения (13) имеем

U(O) = Fx, + Ру,„, (15a) F= — (С"н(т,о)+Р 3 сФ,(т,o);3

Р = (с н(т,o)+D"1- . (15б) Первые строки матрицы F, Р соответствуют F,, Р„в соотношениях (4), вторые строки соответствуют F, Р и Tap,å

Таким образом, выбором постоянной величины U(0) из соотношений (15) обеспечивается перевод объекта управления (1) из произвольного на— чального состояния х в произвольное о заданное состояние, обеспечивающее

Если время Т заранее жестко не фиксировàíî (б-режим), то устройство позволяет реализовать замкнутый закон уравнения, gas этого по команде с шины 11 (логическая единица) переключатель 5 подключает свой выход непосредственно к выходу суммирующих усилителей 3-1, 3-2.. .3-К, а по команде с шины lo (логическая единица) осуществляется размыкание ключа 8 и обнуление интеграторов

6-1, 6-2,. °,,6-(К-l), т,е. реализуется обычный закон упранления с обратной связью u(t) = U(1)=F,x(t)+

+Р„у„, В процессе функционирования объекта управления указанные режимы работы устройства могут чередоваться, т.е, может осуществляться замкнуто-разомкнутый принцип управления, Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство терминального управления, содержащее блок К задатчиков, п шин координат объекта управления, выходную шину устройства, первый суммирующий усилитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены со второго по К-й суммирующий усилитель, блок элементов выборки-хранения, К-1 интеграторов, снабженных схемой сброса, переключатель с шиной переключения режима работы, К-1 сумматоров, два ключа, элемент ИЛИ и шину нСтартстоп, к которой подключены управляющие входы схемы сброса всех ин— теграторов, управляющие входы блока элементов выборки-хранения и первого ключа, а также первый вход элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к шине переключения режима работы, выходы блока К задатчиков и и шин координат объекта управления подключены к входам всех К суммирующих усилителей, выходы которых соединены с первой группой входов переключателя и через блок элементов выборки-хранения — с второй группой входов переключателя, выходы с первого по (К-1)-й которого соединены с первыми входами одноименных сумматоров, 1332262

Составитель В. Хромов

Редактор И. Николайчук Техред И.Попович Корректор В, Гирняк

Заказ 3830/42 Тираж 863

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 вторые входы с второго по (К-1)-й сумматоров подключены к выходу одноименного интегратора, вход (К-1)-го интегратора соединен с К-м выходом переключателя, а вход каждого из остальных интеграторов соединен с входом предшествующего по номеру сумматора, выход первого интегратора через первый ключ соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого

5 через второй ключ подключен к выходной шине устройства, а выход элемента ИЛИ соединен с управляющим входом втОрого ключа.