Адаптивная система управления

 

Изобретение относится к автоматическим самонастраивающимся системам управления и может быть использовано при построении адаптивных систем управления с компенсацией контролируемых и неконтролируемых возмущений. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия. Система управления содержит источник 1 опорного сигнала, сумматор 2, исполнительный орган 3, объект управления 4, датчик 5, блок 6 полосовых фильтров, блок 7 оптимального управления, блок 8 управления тактовой частотой, цифроаналоговый преобразователь 9. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51}5 6 05 В 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4443639/24-24 (22) 16,05 ° 88 (46) 23 ° 12,90, Бюл» М 47 (71) Тульский политехнический инс», титут (72) .А,М Мелай, .0 ЮМельников и:В С,Лысенко (53) 62 50(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 8157)3, кла G 05 В 13/02, 1981 °

Авторское свидетельство СССР .9 996995 кл ° 6 05 ф 13/62, 1983 °

„„SU„„1615675 А 1

2 (54} АДАПТИВНАЯ CHCTEMA УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к авто матическим самонастраивающимся сис темам управления и может быть исполь зовано при построении адаптивных систем управления с компенсацией контролируемых и неконтролируемых возмущений ° Цель изобретения повы шение точности и быстродействия Сис» тема управлений содержит источник 1 опорного сигнала, сумматор 2, испол нительный орган 3, объект управле ния 4, датчик 5, блок 6 полосовых фильтров, блок 7 оптимального управ ления, блок 8 управления тактовой частотой, цифроаналоговый преобра зователь.9 ° 3:залпа ф-лы 4 Hei

l 6 l 5675

Изобретение относится к автоматиЧеским самонастраивающимся системам у правления и может быть использовано

njya построении адаптивных систем уп

5 равления с компенсацией контроли руемых и неконтролируемых возмущений, !

Цель изобретения повышение точ сти и быстродействия.

На фиг,l представлена функциональ lð я схема системы управления; на

r,2 функциональная схема суббло к блока оптимального управления; на

r.3 функциональная схема блока у равления; на фиг 4 блок коррек и апнроксиматора, Система управления содержит ис» точник 1 опорного сигнала, сумматор

2, исполнительный орган 3, объект 4 у равления, датчик 5, блок 6 полосов х фильтров, блок 7 оптимального у равления, блок 8 управления такто в и частотой и цифроаналоговый пре о раз ователь . 9, Субблок блока 7 оптимального уп- 25 рРвления (фиг.2) содержит элементы

1 и 11 сравнения, интегратор 12, усилитель 13, аналого-цифровой прео разователь 14, коммутатор 15, эле м нт 16 памяти, блок 17 аппроксима ц и, блок 18 прогнозирования, эле м нты 19-22 памяти, коммутаторы 23

2, блок 26 коррекции аппроксиматора, б ок 27 сравнения, элемент 28 па м ти, блок 29 сравнения и элемент 30.

35 з держки.

Блок 17 аппроксимации содержит с бтракторы 31, сумматор 32, элемент

3 деления, сумматор-субтрактор 34, Блок 8 управления тактовой часто 10 той (фиг.З) содержит элемент ИЛИ 35, источник 36 опорного напряжения, ком мутатор 37, первый сумматор 38, ис тФчник 39 опорного напряжения, элемент 40 сравнения, блок 41 коммута тйров, дифференциальный усилитель 42, второй сумматор 43 н управляемый генарратор 44 частоты, Блок 26 коррекции аппроксиматора (фиг.4) содержит элементы 45 48, эле- 50 манты И 49, элементы ИЛИ 50, ревер сь1вный счетчик 5l первый элемент 52 памяти, субтракторы 53 55, пятый эле

MflHT 56 сравнения, коммутаторы 57 и

58, элемент 59 сравнения, коммутато ры 60 и 61, седьмой элемент 62 срав нения и второй элемент 63 памяти, Система управления работает сле ( дующим образом

На объект 4 управления действует входное воздействие Z, задаваемое источником 1 опорного сигнала и передаваемое через сумматор 2 и исполнительный орган 3, и неконтролируемая с неизвестным законом изменения, помеха F. Результатом воздействия величин Z и Р на объект 4 управления является выходная величина Y которая поступает на вход датчика 5. Преобразованная датчиком 5 информация о величине Y поступает на вход блока 6 полосовых фильтров, разбивающих суммарный сигнал на N спектральных составляющих, количество которых опре деляется конкретными условиями эксплуатации системы управления 11 частотных составляющих с выходов блока

6 полосовых фильтров подаются на входы отдельных субблоков:7 ° 1,» ° °,7,Н, блока 7 оптимального управления ° Субблоки:7,1;;...7И, анализируя характер изменения выходной величины У, прогнозируют ее поведение на несколь ко тактов работы схемы вперед. В слу» чае приближения величины У к одной из границ поля допуска вырабатывается команда, поступающая на вход блока 8 управления тактовой частотой, который увеличивает тактовую частоту, по вышая быстродействие системы управле ния, Когда спрогнознрованное в блоке

7 оптимального управления значение величины Y выходит за границу поля допуска, блоком 7 вырабатывается команда, подаваемая в цифроаналоговый преобразователь 9 с таким расчетом, чтобы, учитывая инерционность последующих блоков, корректирующее воз действие дошло до объекта 4 управления к такту, предыдущему такту выхода величины Y за пределы допуска, На выходе цифроаналогового преобразователя 9 формируется корректирующая величина Х, поступающая на вход

1 сумматора 2, образуя на его выходе сигнал Z = Х+ Х ° который, поступая на вход исполнительного органа

3, образует сигнал Z, поступающий на вход объекта 4 управления и отводящий величину Y от границы поля допуска, Сигналы с выходов блока 6 полосо вых фильтров поступают на входы блока 7 оптимального управления. В каж» дом отдельном блоке.7,1, °,7N сигнал поступает на элемент 10 сравнения, где из него вычитается выходной

5 161567 сигнал интегратора 12 о среднем эна» чении величины входного к блоку 10 сигнала ° Выходной сигнал элемента 10 сравнения поступает на вход интегра» тора 12. От интегратора сигнал .посту5 пает на вход элемента 11 сравнения, где вычитается из начального сигнала.

На выходе элемента 11 сравнения по» лучается информация об отклонении

10 сигнала блока 6 от средней величины, т,е ° чистый переменный сигнал В случае, если этот субблок блока 7 обрабатывает постоянную составляющую суммарного сигнала элементы 10-12 в нем отсутствуют.

От элемента ll сигнал поступает в усилитель 13, где приводится к необходимому масштабу. После этого, отмасштабированный сигнал поступает в 20 аналого-цифровой преобразователь 14, одновременно сигналы от усилителей

13 всех субблоков блока 7 оптимального управления поступают в сумматор

38 блока 8 ° С выхода аналого-цифрово- 25 го преобразователя 14 сигнал поступает в коммутатор 15, тактируемый от блока 8 управления тактовой частотой

От коммутатора 15 информация поступает в элемент 29 сравнения, элемент 30

16 памяти, блок 18 прогнозирования и блок 26 коррекции аппроксиматора

Элемент памяти запоминает поступившее в него число, одновременно с записанными ранее

На фиг,2 представлен случай, ког35 да элемент 16 памяти хранит 5 чисел

Работа элемента 16 памяти тактируется сигналами от блока 8 управления тактовой частотой. Числа из элемента

16 памяти поступают в блок 17 аппрок» симации,где субтракторы 31 ° 1 31 ° 4, количество которых определяется количеством чисел в элементе 16 памяти, вычисляют разницу между соседними 45 числами, а сумматор 32 элемента 33 деления вычисляет среднее значение разницы в этих числах, Сумматор-суб» трактор 34 прибавляет или вычитает из этого среднего значения число, 50 задаваемое блоком 26 коррекции аппро ксиматора Это скорректированное среднее значение поступает в блок 18 прогнозирования, где в сумматорах прибавляется несколько раз к изме ренному текущему значению, поступаю щему от коммутатора !5, образуя несколько прогнозов на последующие такты (на фиг.2 представлен случай, ког5 6 да формируются 4 прогноза) ° Эти п,.огнозы поступают в элемент 19 памяти.

Одновременно один из прогнозов (какой именно - зависит от инерци1пности объекта управления) поступает в эле» мент 27 сравнения Из элемента 19 ближайший прогноз поступает в блок 26 коррекции аппроксиматора.

При поступлении тактового импуль са в коммутатор 23 эти прогнозы перейдут в элемент 20 памяти, затем через коммутатор 24 — в элемент 21 памяти, затем в элемент 22 памяти, а предыдущие элементы памяти заполняются новыми прогнс:зами ° Первый прогноз из элемента 19, второй из элемента 20, третий из элемента 21 и четвертый из элемента 22 поступают в блок 26 коррекции аппроксиматора.

Таким образом, в блок 26 поступают прогнозы, относящиеся к одному и то» му же такту.

В блоке 26 коррекции аппроксима тора (фиг ° 4) прогнозы поступают в элементы 45-48 сравнения и в суб» тракторы 53-55 В элементах сравне ния прогнозы сравниваются с измеренным текущим значением, поступающим от коммутатора 15. Результаты сравнения поступают в элементы И 49 и

ИЛИ 50 В случаях, если все прогнозы больше или все прогнозы меньше те» кущего значения, срабатывает один из этих блоков, посылая импульс в ре» версивный счетчик 51, который прибавляет либо вычитает ециницу из числа, которое посылается для коррекции в блок 17 аппроксимации. Элемент 52 памяти служит для установки знака этого числа В субтракторах 53-55 вычисляется разница между прогнозами.

Результаты двух вычислений поступают в элемент 56 сравнения. В зависимос ти от результата сравнения подается сигнал на коммутатор 57 или 58, че рез который проходит максимальная нз двух величин разница между про» гнозами

Аналогично выбирается максимальная величина из результата промежуточного сравнения и результата третьего вычитания субтрактора 55 прн помощи элемента 59 сравнения и коммутаторов 60 и 61 ° Максимальная раз» ница между прогнозами поступает на элемент 62 сравнения, где сравнивается с величиной, записанной в элементе 63 памяти. Если разница в про16)5675 гнозах превышает эту величину, то от элемента 62 сравнения поступает сиг нал в элемент ИЛИ 35 блока:8 °

Поступивший в элемент 27 сравнения прогноз сравнивается с числом из элемента 28 памяти и, в случае превы шения его посылается сигнал в элемент

30 задержки, Туда же подключен выход

| от элемента 29 сравнения, где сравнивается число из элемента 28 памяти

1 и измеренное текущее значение от ком мутатора 15 ° В элементе 30 задержки, по поступлении входного импульса, !, :отсчитав количество тактовых импуль-!, сов, определяемое глубиной прогно:зирования и запаздыванием в объекте ! управления, блок формирует на выходе, сигнал управления

1

Сигналы от элементов 30 задержки блоков оптимального управления по, ступают s цифроаналоговый преобразо, ватель 9, на выходе которого формируется сигнал Х, поступающий в сум матор 2 °

Сигналы, поступившие в сумматор

,38 и в элемент ИЛИ 35 (фиг,З) блока

IS, служат для управления частотой

1 следования гактирующих импульсов, При попадании одного из входных сиг налов в элемент ИЛИ 35 сигнал с его выхода поступает на вход коммутатора

37, разрешая прохождение сигнала от источника Зб опорного напряжения на вход сумматора 43, увеличивая напря жение на входе управляемого генера тора 44, и, соответственно, его час тоту генерирования, Напряжения, поступающие на вход сумматора 38, складываются и посту пают на вход элемента 40 сравнения и на вход блока 41 коммутаторов, В элементе 40 сравнения это напряжение сравнивается с сигналом от источника 39 опорного напряжения, который также поступает на блок 47 коммута торов. Элемент 40 сравнения в зави симости от соотношения входных вели чин производит переключение блока 41 коммутаторов так, что при поступ лении этих величин на дифференциаль ный усилитель 42, Hà его выходе обра уется напряжение, пропорциональное 1

Модулю разности входных к блоку 40

Величин. Это напряжение поступает на сумматор 43 и далее на управляемый генератор 44, управляя его частотой генерирования, 5

10 l5

Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я.1 ° Адаптивная система управления, содержащая последовательно соединенные сумматор, исполнительный орган, объект управления, датчик, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности, введены источник опорного сигнала, блок полосовых фильтров, блок оптимального управления, блок управления тактовой частотой и цифроаналоговый преобразователь, выход источника опорного сигнала соединен с первым входом суммато ра, к второму входу которого подклю чен выход цифроаналогового преобразователя, группа входов которого соединена с группой выходов блока оптимального управления, первая группа информационных входов которого соединена с выходами блока полосовых фильтров, вход которого соединен с выходом датчика, вторая и третья группы информационных выходов блока оптимального управления соединены соответственно с входом разрешения коррекции частоты и информационным входом блока управления тактовой частотой, подключенного выходом к тактовому входу блока оптимального управления, :2i Система по.п 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что блок управления тактовой частотой содержит два цилиндра, два источника опорного напряжения, элемент сравнения, блок коммутаторов, дифференциальный усилитель, коммутатор, эз;емент ИЛИ и управляемый генератор частоты, выход первого сумматора соединен с входом элемента сравнения, а также с первым и третьим информационными входами блока коммутаторов, подключенного вторым и четвертым информационными вхо дами к выходу первого источника опор» ного напряжения и второму вхо у элемента сравнения, выход которого соединен с управляющим входом блока коммутаторов, подключенного первым и четвертым выходами к первому, а вторым и третьим выходами - к второму входам дифференциального усилителя, выход которого через второй сумматор соединен с вхсдом управляемого гене» ратора частоты, выход элемента ИЛИ подключен к управляющему входу коммутатора, соединенного информационным

1615675 входом с выходом второго источника —— опорного напряжения, а выходом - с вторым входом второго сумматора, входы первого сумматора и элемента

ИЛИ являются соответственно информационным входом и входом разрешения коррекции частоты, а выход управляемого генератора .частоты выходом блока управления тактовой частотой .3. Система по.п,1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок оптимального управления состоит из субблоков, каждый из которых содержит четыре элемента сравнения, шесть элементов памяти, четыре коммутатора, интегра« тор, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, элемент задержки, блок аппроксимации, блок прогнозирования и блок коррекции аппроксиматора, выход первого элемента сравнения через последовательно соединенные генератор, второй элемент сравнения, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, первый коммутатор, первый элемент памяти, блок аппроксимации, блок прогнозирования, второй элемент памяти, второй коммутатор, третий элемент памяти, третий коммутатор, четвертый элемент памяти, четвертый коммутатор, подключен к адресному входу пятого элемента памяти, выход первого коммутатора соединен с вторым информационным входом блока прогнозирования и первым входом блока коррекции аппроксиматора, входы ко» торого с второго по пятый подключены к выходам соответственно элементов памяти с второго по пятый, а первый информационный выход - к второму информационному входу блоков аппрокси мации, выход шестого элемента памяти соединен через третий элемент сравнения с входом элемента задержки, подключенного вторым входом к выходу четвертого элемента сравнения, первый и второй входы которого соединены со ответственно с выходом первого коммутатора и с входом третьего элемен та сравнения, подключенного вторым входом к выходу блока прогнозирова ния, вход первого элемента сравнения соединен с вторым входом второго элемента сравнения, подключенного первым входом к второму входу первого элемента сравнения, тактовый вход блока оптимального управления соединен с управляющими входами коммутаторов субблоков, входы первых

45 тора, подключенного информационным

35 элементов сравнения субблоков обр»зуют группу информационных входов блока оптимального управления, BLlxo» ды элементов задержки субблоков образуют первую группу информационных выходов блока оптимального управления, выходы усилителей его вторую группу информанионных выходов, а выходы блоков коррекции аппроксимато» ра - третью группу информационных выходов .4. Система по.п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок коррекции апцроксиматора содержит семь элемен» тов сравнения, три субтрактора, четыре коммутатора, два элемента памяти, элемент И, элемент ИЛИ, и ревер» сивный счетчик, первый вход блока коррекции аппроксиматора соединен с первыми входами элементов сравнения с первого по четвертый, вторые входы которых подключены к входам блока коррекции ап роксиматора со второго по пятый, а выходы - к входам элемента И и элемента ИЛИ, соединенных выходами с входами реверсивного счетчика, первые входы субтракторов с первого по третий подключены соответственно к вторым входам элементов сравнения с третьего по первый, вы ход первого субтрактора соединен с информационным входом первого комму татора и первым входом пятого элемен та сравнения подключенного вторым входом к выходу второго субтрактора и информационному входу второго коммутатора, а выходом - к управляющим входам первого и второго коммутато« ров, выходы которых соединены с первым входом шестого элемента сравне» ния и через третий коммутатор с первым входом седьмого элемента сравнения и выходом четвертого коммутавходом к выходу третьего субтрактора и второму входу шестого элемента сравнения, выход которого соединен с управляющими входами третьего и чет» вертого коммутаторов, выходы реверсивного счетчика за исключением стар» шего разряда являются значащими разрядами первого выхода блока коррекции аппроксиматора, старший разряд выхода реверсивного счетчика через первый элемент памяти подключен к знаковому разряду первого выхода блока коррекции аппроксиматора, выход второго элемента памяти соединен с

ll

li, 1615675 торым входом седьмого элемента срав ения, выход которого является вто рым выходом блока коррекции аппроксиматора, Э

1615675

Фиг.k.

Составитель: ВБашкиров

Техред М.Дидьис. Корректор Э Лончакова

Редактор . А,Шандор

Тираж 662

Заказ 3986

Подпи сно е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 10!