Система управления инерционным экстремальным объектом

 

Изобретение относится к области систем автоматического управления и может быть использовано для управления устройствами, имеющими экстремальную зависимость выходной величины от одной переменной. Цель изобретения - повышение быстродействия системы. Систбма позволяет определять неизвестные параметры линейной части. объекта. С помощью блока 9 вьзделения гармоник выделяют ортогональиые гармонические составляющие сигиалы пробного воздействия. Умножая их на выходной сигнал с последующим осреднением , на фильтрах 12 получают сигналы , пропорциональные произведению частной производной экстремальной характеристики нелинейной части объекта . В дальнейшем, сдвигая каждую ия составляющих с помощью фазовращателей 10, формируют соотношения для определения искомых параметров. Искомые настройки формируются с помощью блока 13 решения линейных уравнений. 3 ил. (/} с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

15 4 G 05 В 13/02

3П:.:;."; ., -, . цтг.;

° ° . )!

E.. -

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКСМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4119072/24-24 (22) 16.09.86 (46) 07,02.89. Вюл. М- 5 (71) Институт проблем управления (автоматики и телемеханики) (72) М.И.Черкашин (53) 62-50 (088,8) (56) Авторское свидетельство ГССР

Ф 1034015, кл. Г1 05 В 13/02, 1983.

Растригин Л,А. Системы экстремального управления. М.: Наука, 1974, с.225.

Корн Г, Кори Т. ;. ктронные моделирующие устройства. N.: Изд-во иностранной литературы,1955,с.126-128. (54) СИСТРМА УПРАВЛЕНИЯ ИНВРЦИОНН11М

ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ . ОФ)ЕКТОМ (57) Изобретение относитсл к области систем автоматическor о управления и может быть использовано для управления устройствами, имеющими экстре„.SU» 345693Î А1 мальную зависимость выходной величины от одной переменной. Цель изобретения — повышение быстродействия системы. Система позволяет определять неизвестные параметры линейной части. объекта. С помощью блока 9 выделения гармоник выделяют ортогональные гармонические составляющие сигналы пробного воздействия. Умножая их на выходной сигнал с последующим осреднением, на фильтрах 12 получают сигналы, пропорциональные произведению частной производной экстремальной характеристики нелинейной части объекта. В дальнейшем, сдвигая каждую ия составляющих с помощью фазовращатее лей 10, формируют соотношения для определения искомых параметров. Искомые настройки формируются с помощью д, ® блока 13 решения линейных ураВнений, 3 ил.

Ю

1456930

Изобретение относится к области автоматического управления, в частности к устройствам управления динамическими объектами с неизвестными параметрами, имеющими экстремальную зависимость выходной величины от одной переменной.

Цель изобретения — повьппение быстр од ей с тви я си с т еми . 10

На фиг.1 приведена структурная схема системы; на фиг. 2 —, схема фильтра низкой частоты с запоминанием состояния; на фиг. 3 — схема блока прерывания. !5

Система содержит генератор 1 прямоугольных пробных воздействий, сумматор 2, объект 3 управления, состоящий из линейной части 4 с передаточной функцией N(ja) и нелинейной час- 20 ти 5 с экстремальной характеристикой Р(х), умножитель 6, фильтр 7 ус1 реднения, интегратор 8, блок 9 выделения М гармоник пробного сигнала, М фазовращателей 10 2М дополнительных умножителей 11, 2М фильтров 12 усреднения, блок 13 рещения линейных уравнений, К ключей

14, К фильтров 15 низкой частоты с запоминанием состояния, блок 16 прерывания и модель 17 линейной части, объекта, Каждый из выходов блока 9 выделения гармоник пробного сигнала непосредственно и через фазовращатели

10 - 10,„ подключен к первым входам умножителей 11, - 11,„, к вторым входам которых подключен выход нелинейной части 5 объекта. Выходы умножи- 40 телей 11, — 1 1 через усредняющие на периоде пробного воздействия фильтры

12 „- 12 подключены к соответствую. щим входам блока 13, который производит вычисление параметров модели линейной части объекта. Выходы блока

13 через аналоговые ключи 14, — 14„ и фильтры низкой частоты 15, — 15 с запоминанием состояния подключены к соответствующим входам параметрическои коррекции модели нелинейной

50 части 5 объекта. Здесь индекс kчисло неизвестных параметров модели.

Управляющие входы ключей 14.: — 14к и управляющие входы фильтров 15 — 15к, к 55 низких частот с запоминанием состояния, на которые (входы) подаются сигналы управления, переводящие фильтры в режим запоминания состояния, подключены через блок 16 прерывания к выходу фильтра 7.

Фильтр 15 низкой частоты с запоминанием состояния (фиг.2) состоит из интегратора 18, в обратной связи которого включен масштабирующий блок 19, управляемый выходным сигналом блока 16 прерывания. При замкнутом состоянии блока 19 фильтр 15 представляет собой инерционное звено с постоянной времени, определяемой величиной коэффициента усиления блока 19. При разомкнутом состоянии блока 19 и при отсутствии сигнала на входе фильтра (при разомкнутом состоянии ключа 14) выходной сиг нал интегратора IR остается неизменным, т.е. на интеграторе запоминается то состояние, в котором он находился в момент размыкания блока 19.

Блок 16 прерывания (фиг.3) состоит из последовательного соединения блока 20 модуля, выходной сигнал которого равен абсолютной величине входного сигнала, сумматора 21, к второму входу которого подключен источник 22 напряжения, триггера

Шмидта 23, фазосдвигающего звена. ?4, ключа 25, сумматора 26, триггера 27 со счетным входом. Выходы триггера

Шмидта 23 и триггера 27 со счетным входом соединены с соответствующими входами логического элемента И-НЕ 28, выход которого соединен с управляющим входом ключа 25. Выход триггера

27 подключен к управляющему входу ключа 29, включенного между выходом генератора 30 импульсов и входом счетчика 31, выход последнего разряда которого соединен с вторым входом сумматора 26. Выход триггера п1мидта

23 соединен с управляющим входом обнуления (сброса) счетчика 31 импульсов. Выход триггера 27 через логический элемент НЕ (логический инвертор) 32 соединен с управляющими входами ключей 144 - 14„ и ключей фильтров 15, — 15„ низкой частоты с запоминанием состояния.

Блок 13 решения линейных уравнений представляет собой известный аналоговый решающий блок, Система работает следующим образом. Сигнал с генератора 1 прямоугольных пробных воздействий через сумматор 2 поступает на вход объекта 3 управления, состоящий из линейной части 4 и нелинейной части 5 с экстремальной ха145 рактеристикой, а также на вход модели 17 с переменными параметрами линейной части объекта управления.

При синхронном детектировании выходного сигнала объекта с помощью синхронного детектора, состоящего из последовательного соединения умножителя 6 и усредняющего на периоде пробного воздействия фильтра У,величина выходного сигнала синхронного детектора тем больше, чем меньше фазовый сдвиг между выходным сигналом объекта и опорным сигналом сикх ронного детектора, В предлагаемой системе опорным сигналом синхронного детектора является выходной сигнал модели 17 линейной части объекта, поэтому величина выходного сигна. ла синхронного детектора максимальна при равенстве передаточных функций линейной части объекта и ее модели (т.е. при совпадении их частотных характеристик, когда W()a)

= M(J )).

Вычисление неизвестных параметров линейной части объекта производится следующим образом.

С помощью блока 9 выделения гармоник выделяют ортогональные гармонические составляющие сигнала пробного воздействия. Умножая их на выходной сигнал объекта управления с последующим усреднением на периоде пробного воздействия, на выходе фильтров 17, — !2м получают сигна- . лы Z;(i = 1 — М), пропорциональные произведению частной производной экстремальной характеристики нели-. нейной части 5 на значение действительной части частотной характеристики линейной части 4 объекта 3 на частотах гармонических составляющих сигнала пробного воздействия, т,е.

z; = - -„-"- Rz(%(ы))И = I, .. °,N). где Р и х — соответственно выходной и входной сигналы нели- нейной части 5 объекта; — номер гармоники сигнала пробного воздействия.

Сдвигая каждую из гармонических ,составляющих сигнала пробного воздействия фазовращателями 10, - 10> на угол %)2, умножая их на выходной сигнал объекта с последующим усреднением на периоде пробного воздействия, на выходе фильтров 12ж„5930

4 !

? ц получают сигналы Е,„„(1

1,...,М), пропорциональные произведению частной производной экстремальной характеристики нелинейной части 5 на значение мнимой части частотной характеристики линейной части 4 объекта на частотах гармонических составляющих сигнала пробного

Е0 воздействия, т,е.

z„„= "- т.(w(ga))

Э я (i = 1.. °,,М).

Приравйнвая полученные значения сигналов 7,;, 7. „ к выражениям для действительной и мнимой частей частотной характеристики модели линей20 ной части 4 объекта с неизвестными параметрами, получают систему уравнений вида

R,(w(,1à, ) j = z,:

25 ""+ (i = !...,,М), решив которую, находят неизвестные параметры линейной части объекта 3 °

Статический коэффициент усиления модели, полученный таким образом, связан со статическим коэффициентом линейной части объекта следующим соотношением: л

К = ====ß- ° К, 35 Зх л где К и К вЂ” значения истинного коэффициента усиления и его модели ,соответственно, 4р Параметры модели 17 линейной. части объекта устанавливают в соответствии с вычисленными значениями. Знак устанавливаемого в модели статического коэффициента усиления должен

45 быть неизменным, так как полученная оценка k пропорциональна частной производной - --, по знаку которой

Эя х выбирается направление движения к экстремуму. Если знак статического коэффициента усиления не фиксировать, то система теряет работоспособность.

Дпя объекта управления с линейной

55 частью 1-го и 2-го порядков можно получить в явном виде формулы для вычисления неизвестных параметров.

Например, параметры модели, описываемой передаточной функции W(P) 56930 6 следующим образом

5 14

h 1

= К/(Р + Ы.), вычисляются путем решения системы уравнений вида

К /2(+а ) = Z, Ко/2(+а ) = К

< =(Z /2; К = 2У(Е, + Х )/Е

При приближении к экстремуму,ког »1 Ц, Ф да — — — -> 0 значение К-+ О, Сигна3х лы Х,, Е, уменьшаясь по абсолютной величине, могут вызвать увеличение ошибок вычислений. Поэтому при приб3Q лижении — — к нулю в устройстве

Гх предусмотрено отключение блока 13 от модели линейной части объекта 17 с и амощью ключ ей 4» — 1 4 к, з ап оминание вычисленных значений параметрон на фильтрах 15, — 15ц с заноьжнанием состояния и фиксации указанного состояния системы в течение заданного времени, Эти. операции осуществляет блок 16 прерывания (фиг.3).

На вход блока 20 модуля блока 16 прерывания подают сигнал с выхода фильтра 7 пропорциональный -=-, На

3Я

Э а сумматоре 21 выходной сигнал суммируется с выходным сигналом источника 22 напряжения, определяющим то пороговое напряжение выходного сигнала блока 20 модуля, при котором срабатывает триггер Шмидта 23, При уменьшении выходного сигнала блока

20 модуля ниже порогового значения срабатывает триггер Шмидта 23, на его выходе появляется логическая

" 1". В исходном состоянии на выходе триггера 27 сигнал соответстнует логическому "0", а следовательно, на выходе логического элемента И-НЕ 28"1", и ключ 25 замкнут, Сигнал с выхода триггера Шмидта 23, соответствующий логической ".1", обнуляет .l счетчик 31 импульсов и пройдя че9 рез фазосдвигающее звено 24, замкнутый клич 25, сумматор 26, перебрасывает триггер со счетным входом 27 в другое устойчивое состояние, при котором на его .выходе будет сигнал, соответствующий логической "1". Выходным сигналом триггера 27 oTKpblBG ется ключ 29, который подключает генератор 30 ю»пульсов к счетчику 31

40, импульсов. Одновременно через логический инвертор 32 с триггера 27 проходит сигнал на размыкание кличей

14» — 14 и ключей фильтров 15, 15„c запоминанием состояния (Фиг.2). Если система находится в области экстремума (сигнал на выходе триггера Шмидта 23 соответствует

"1"), то счетчик 31 импульсов не считает, так как на его обнуляищем входе. "1", При выходе системы из окрестности экстремума. в любую сторону

Э с Вп (--- — (0 или — -"- > О) сигнал на ах Зх выходе блока 20 модуля увеличивает.ся. При превышении порога срабатывания триггера Шмидта 23 на его выходе поянляется логический "О", и начинается счет импульсов в счетчи ке 31. Частотой генератора 30 импульсов и разрядностью счетчика 31 определяется время, через которое в последнем разряде счетчика 31 появляется "1". В течение всего этого времени ключи 14, — 14 и ключи Фильтров разомкнуты, Если в течение этого времени произойдет смещение системы в окрестность экстремума, а следовательно, сработает триггер Шмидта 23 (на его выходе "1"), то счетчик 31 импульсов вновь обнулится выходным сигналом триггера Шмидта 23, но триггер 27 останется в том же состоянии, так как выходной сигнал логического элемента И-НЕ 28 разомкнет клич 25 раньше, чем импульс "1" пройдет через Фазосдвигающее звено 24. Таким образом, счет импульсов в счетчике

31 (отсчет времени) производится от последнего выхода системы из обпасти экстремума.

Если время, в течение которого система находится вне окрестности экстремума, превышает время появления "1" в последнем разряде счетчика 31 импульсов, то этот сигнал ("1" последнего разряда), поступая через сумматор 26 на счетный вход триггера 27, перебрасывает его н другое устойчивое состояние, когда на его выходе будет сигнал, соответствуюшдй логическому "0", Выходной сигнал триггера 27, пройдя через логический инвертор 32 на упранляящие

I входы ключей 14» - 14„ключей фильтров, замыкает их. После этого про1456930 теля.

° ||

|| должается коррекция параметров моде— ли 17 линейной части объекта, Таким образом, коррекция параметров модели 17 производится в устрой5 стве только тогда, когда система находится вне заданной окрестности экстремума статической характеристики нелинейной части 5 объекта больше заданного времени. 3 области экстремума коррекция параметров вообще лишена смысла, так как целью изобретения является увеличение быстродействия поиска экстремума.

Формула из обрет ения

Система управления инерционным экстремальнйм объектом, содержащая последовательно соединенные генератор прямоугольных пробных воздейст- 2п вий и сумматор, подключенный выходом к входу объекта управления, выход которого подключен к первому входу умножителя, выход которого через фильтр усреднения соединен с входом 25 интегратора, подключенного выходом к. второму входу сумматора, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повьннения быстродействия системы,. в нее введены блок выделения M гар- о моник пробного сигнала, M фазовращателей, 2М дополнительных умножителей, 2М дополнительь х фильтров усреднения, блок решения линейных уравнений, модель линейной части объекта, К ключей по числу искомых параметров модели линейной ча- объекта, К фильтров низкой час-ты с запоминанием состояния и блок прерывания, причем выход генератора прямоугольных пробных воздействий подключен к входу блока выделения M гармоник пробного сигнала, i é выход (i = 1,2,...,М) которого соединен с входом i-го фазовращателя и с первым входом 1-го дополнительного умножителя, выход i-го фазовращателя сое/ ° динен с первым входом i,i+M)-ro дополнительного умножителя, вторые входы ?М дополнительных умножителей соединены с выходом объекта управления, выход каждогo из 2Г1 дополнительных умножителей соединен через дополнительный фильтр усреднения с соответствующим входом блока решения линейных уравнений, К выходов которого соединены соответственно с входами К ключей, выход каждого i-ro (i

1,2,...,К) ключа соединен с входом

i-.ro фильтра низкой частоты с запоминанием состояния, выходы фильтров низкой частоты с запоминанием состояния соединены с соответствующими вхо. дами настройки модели линейной части объекта, управляющие входы каждого ключа и фильтра низкой частоты с запоминанием состояния подключены к выходу блока прерывания, вход которого соединен с.выходом фильтра усреднения, выход генератора прямоугольных пробных воздействий подключен к информационному входу модели линейной части объекта, выход .которого соединен с вторым входом умножи1456930

Составитель Нефедова . Редактор В.Данко Техред А.Кравчук Корректор О,Кравцова

"Заказ 7552/46 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

133035, Москва, -Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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