Бинарная система управления объектами с запаздыванием

 

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и предназначено для автоматического управления свободными колебаниями линейных динамических объектов с суще-, ственно нестационарными параметрами, меняющимися неконтролируемым образом в ограниченных пределах и переменньм временем запаздьшания в каналах управления . Цель изобретения - обеспе

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9(SU (и( (S3) 4 G 05 В 13 О?

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -

М А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4122150/24-24 (22) 14.07 ° 86 (46) 23 ° 03.88. Бил.¹ 11 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт системных исследований

Госплана СССР и АН СССР (72) С.В.Емельянов, С.К.Коровин, Д.С.Маланьин, В.И.Сизиков и К.М,Цветкова (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1126927, кл. G 05 В 13/02, 1984. (54) БИНАРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ОГЬЕКТАМИ С ЗАПАЗД11ВАНИЕМ (57) Изобретение относится к автоматическому управлении и регулированив и предназначено для автоматического управления свободными колебаниями линейных динамических объектов с суще-, ственно нестационарными параметрами, менявщимися неконтролируемым образом в ограниченных пределах и переменным временем запаздывания в каналах уп-. равления. Цель изобретения — обесне1383294

: (t) = у (1) — у(1) чение возможности регулирования объектов с запаздыванием, повышение помехоустойчивости, грубости к реализации элементов и надежности системы управления. Устройство содержит объ" ект 1 управления, блок 2 сравнения, задатчик 3, дифференциаторы 4„-4 „, соответствующих порядков, модульные элементы 5,-5» 16 сумматоры 6,9,11, 17,23,28, усилители 7,Я, -8„, 13, 20,22,26,27, релейные элементы 18,12, 10,умножители 15,19,24, источник 21 постоянного напряжения, интеграторы

14, 25. Предполагается, что динамика управления описывается уравнением: у(1 + а(1) (" ... () ° — u(t — : (t) ), где, а; (С) — переменные

Изобретение относится к области автоматического управления и регулирования и предназначено для автоматического управления свободными коле5 баниями линейных динамических объектов с существенно нестационарными параметрами, меняющимися неконтролируемым образом в ограниченных пределах и переменным временем запаздыва- 10 ния в каналах управления.

Предполагается, что динамика объекта управления описывается уравнением у + а„(1)у + ... + а,(t )ó =

:= и(t. — (t)1, где a;(t), — переменные параметры объекта, меняющиеся в известных предедах а; а;(1) .а+,, i = 1,..., п; а; и а; — известные константы; () — переменное запаздывание по времени в канале.управления, удовлетворяющее условию 0 б ((t) .„, где с, — известная константа.

Задача управления состоит в сведении к нулю ошибки регулирования параметры объекта, меняющиеся в известных пределах а; < а;(t ) а, 1, ... n, а;, а, — известные

+ константы; ь(С) — переменное запаздывание по времени в канале управления, удовлетворяющее условию: 0 с (t) с,, где с — известная константа. Задача управления состоит в сведении к нулю ошибки регулироваS ния x(t) =: у (t) — y(t) (далее считается у (t) = const = О) при любом начальном состоянии и при обеспечении условий малой зависимости свойств управляемых процессов в замкнутой системе от параметров объекта управления и величины запаздывания в канале регулирования. 1 ил. (далее остается у (t) = const = О) при любом.начальном состоянии и при обеспечении условий малой зависимости свойств управляемых процессов в замкнутой системе от параметров объекта управления и величины запаздывания в канале регулирования.

Цель изобретения — обеспечение возможности регулирования объектами с запаздыванием, повышение помехо— устойчивости, грубости к реализации элементов и надежности системы управления.

На чертеже представлена схема системы автоматического управления, реализующая предлагаемый ниже подход для объектов с запаздыванием.

Бинарная система включает объект

I управления, блок 2 сравнения, задатчик 3, дифференциаторы 4,,4

4 „, соответствующих порядков, первые модульные элементы 5lt 5, ..., 5„, первый сумматор 6, первый усилитель

7, вторые усилители 8„, 8, ..., 8„, второй сумматор 9, первый релейный элемент 10, третий сумматор ll второй релейный элемент 12„ третий усилитель 13, первый интегратор 14, первый умножитель 15, второй модуль" ный элемент 16, четвертый сумматор

17, третий релейный элемент 18, второй умножитель 19, четвертый усили1383294

-1(1)), R > и 0;

20 — начальний момент времени.

В рамках рассматриваемой структурной схеми должны бить выполнены следующие условия на коэффициенты усиле25 ния блоков 7,27,13:

- ; = p„() + с„)с

-К р (1 + с )(1 + . 1

2 М м д -d )., -(h,-Jl . ) о(. - 2Q/() — Я ) где р„= max Qa, (t)l;

mmax(a;, -е; (С)() 30

cö = шах

ia(... (l-( б

Я = d + (р„+ (к,I е )" )"

40 к()+с )()3(- ) + IK j e "о

Ро

Константы с и 1, определяются по известной методике таким образом, что: для переходной матрицы (Р (1,t ) сис- 45 темы дифференциальных уравнений

x; = х;„, i = 1,2...n-2 и-( хо, "- сх

)= справедлива оценка fl(f) (t, t ))1

< cîe для всех

-оо () ( о

R, g ° d — — параметры алгоритма вью 55 бираемые на основании требований, предъявляемых к системе.

При выполнении указанных собтношео о нии для К,, К, ос рассматриваемая

50,тель 20, истпчник ?1 постоянного напряжения, пятый усилитель 22, пятый сумматор 23, третий умножитель 24, второй интегратор ?5, шестой усили5 тель 26 ° седьмой усилитель 27, mecтой сумматор 28.

Предлагаемое изобретение получено в рамках следующего подхода. В систему управления введены элементы, обес- )0 печивающие выполнение неравенства

IK(t) I — g (t) при t t y где 5(1) = с,х, (t) + ... + (сл-(х (-((4) + х(l(t) 1 )5

9 () = g(t)l(t);

) (1 )= g, = const > 0;

R-d R+d

Г= -2- 2 sgn(IC(t)I— система управления обеспечивает следующую оценку íà x(t): и (l х;(1)1 М (x;(t,) е

i=I

М = const, О, а, следовательно, и решение поставленной задачи управления.

Бинарная система работает следующим образом.

Сигнал у (t) с выхода задатчика 3 сравнивается с сигналом y(t) с вихода объекта 1 управления в блоке ? сравнения. Полученный сигнал ошибки x(t) поступает непосредственно на вход . второго усилителя 8, и на вход первого модульного элемента 5,, а на входы вторых усилителей 8,8,.. °, 8 и первых модульных элементов 5,5 ... °

5(, поступает через дифференциатори соответствующих порядков 4„, 4, ° ° .,4 „,.Сигналы с выходов первых модульных элементов 5(,5,...,5 „ подаются на входы первого сумматора

6. Сигналы с выходов вторых усилителей 8,, 8, ..., 8„ подаются на входы второго сумматора 9, полученная на выходе второго сумматора 9 линейная комбинация сигнала ошибки и (n-1)-й ее производной являются ошибкой Я(1) контура координатно-параметрической обратной связи; она подается на вход первого релейного элемента 10, выходной сигнал которого последовательно е проходит третий сумматор 11, второй релейный элемент 12, третий усилитель

13 и первый интегратор 14. Сигнал, полученный на выходе первого интегратора 14, подается на.вход первого умножителя 15 и второй вход третьего сумматора 11„ Выходной сигнал второго сумматора 9 преобразуется вторым релейным элементом 16 и подается на вход четвертого сумматора 17, а с его выхода — через третий релейный элемент 18 поступает на вход второго умножителя 19. На второй вход второго умножителя 19 подается выходной сигнал четвертого усилителя 20, входным сигналом для которого служит вырабатывае(ый блоком 21 сигнал, величина которого равна единице. Выходной сигнал блока 21 также подается через пятый усилитель 22 на вход пятого сумматора 23, на второй вход которого подается выходной сигнал второго умножителя 19. Выходной сигнал пятого б сумматора 23 подается на вход треть-, 1383294

В11ИИПИ Заказ 1296/45 Тираж 866 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 его умножителя 24, выход которого соединен с входом второго интегратора 25. Выходной сигнал второго интегратора 25 подается на второй вход третьего умножителя ?4, на вход шестого усилителя 26 и на вход седьмого усилителя ?7. Выходной сигнал шестого усилителя 26 подается на второй вход четвертого сумматора 17. Выход седьмого усилителя 27 подключен к входу шестого сумматора 28, на второй вход которого подается выходной сигнал первого сумматора 6, пропущенный через первый усилитель 7. Выходной сигнал шестого сумматора 28 служит вторым входным си налом для первого умножителя 15, на выходе которого вырабатывается сигнал упраВления u(t ), подаваемый на объект 1. 20

В предлагаемой системе контур координатной обратной связи образован блоком ?,.сравнения, дифференциаторами 4,, 4,..., 4„,, первыми модульными элементами 5 „5, ° ...5„, первым сумматором 6, первым усилителем 7, шестым сумматором 28, первым умножителем 15, вторыми усилителями

8,,8,...,8„, вторым сумматором 9, вторым модульным элементом 16, четвертым сумматором 17, третьим релейным элементом 18, вторым умножителем

19, источником ?.1 постоянного напряжения ., четвертым 20 и пятым 22 усилителями, пятым сумматором 23, третьим умножителем 24, вторым инте35 гратором 25, шестым 26 и седьмым 27 усилителями.

Контур координатно-параметрической обратной связи образован первым ре- 40 лейным элементом 10, третьим сумматором 11, вторым релейным элементом

12, третьим усилителем 13 и первым интегратором 24.

Формула изобретения

Бинарная система управления объектами с запаздыванием, содержащая последовательно соединенные первый умножитель, объект управления и блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика, а выход с входами дифференциаторов, выходы которых и выход блока сравнения подключены через соответствующие первые модульные элементы к входам первого сумматора, а через соответствующие вторые усилители — к входам второго сумматора, выход которого подключен к входу первого релейного элемента, выход которого через последовательно соединенные третий сумматор, второй релейный элемент и третий усилитель с подключен к второму входу третьего сумматора и к входу первого умножителя, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения возможности регулирования объектами с запаздыва" нием, повышения помехоустойчивости, грубости к реализации элементов и надежности системы управления, она содержит второй модульныи элемент, вход которого подключен к выходу второго сумматора, а выход — к входу четвертого сумматора, выход которого через третий релейный элемент подключен к входу второго умножителя, второй вход которого соединен с выходом четвертого усилителя, входом подключенного к выходу источника постоянного напряжения, а выход второго умножителя соединен с входом пятого сумматора, второй вход которого соединен с выходом пятого усилителя, входом п6дключенного к выходу ис- точника постоянного напряжения, а выход пятого сумматора подключен к входу третьего умножителя, выход котс рого подключен к входу второго интегратора, выход которого соединен с вторым входом третьего умножителя, а через шестой усилитель — с вторым входом четвертого сумматора, выход второго интегратора соединен с входом седьмого усилителя, выход которого подключен к входу шестого сумматора, вторым входом присоединенного к выходу первого усилителя, входом подключенного к выходу первого сумматора, а выход шестого сумматора соединен с вторым входом первого умножителя.