Бинарная система управления

 

Изобретение относится к области автоматического регулирования и управления и выполнено в рамках бинарных систем. Предлагаемая система управления предназначена для регулирования неопределенными динамическими объектами, а также для обеспечения малой зависимости динамики управляемых процессов от изменяющихся параметров объекта и для обеспечения требуемого качества переходных процессов. Цель изобретения - повышение точности системы - достигается тем, что система дополнительно содержит группу блоков сравнения, группу модульных элементов , сумматор, умножитель, эталонные модели. 1 йл.

СО ОЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 05 В 13/00

; ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

)ВЕДОМСТВО СССР ! (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

3А6В®1".. -.

1 lliIEIEIN-Шй""

БИВЛИОТ :

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1(21) 4617072/24 ! (22) 09.11,88 (46) 30.08,93. Бюл. М 32

1(71) Всесоюзный научно-исследовательский, институт системных исследований АН СССР

1(72) В,Н. Ахтырский, С.В. Емельянов, С.К. Ко, ровин, В.И. Сизиков и К.M. Цветкова (56) Авторское свидетельство СССР

: М 1126927, кл. 6 05 В 13/02, 1984.

; (54) БИНАРНАЯ .СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, (57) Изобретение относится к области авто, матического регулирования и управления и

: ;выполнено в рамках бинарных систем.

Изобретение относится к области авто, : матического управления и предназначено

: ;для управления неопределенными динами: :ческими объектами, описываемыми уравне: нием следующего вида у"(т)+а,(т)у" "()+...+à t(t)y(t)=U(t). (1)

Считается, что параметры a<(t) 0=1,n) ме, няются неконтролируемым образом в изве: стных диапазонах

ai a;(t) ai+, ; где ai (i-1,n) — известные константы.

Задача управления состоит в сведении, :к нулю ошибки регулирования x(t)=y(tjy (t), где у (t) — задающее воздействие, т.е. выполнение выражения llm, I I x(t) I I = О, а

tw <4, также обеспечение малои зависимости ди: намики управляемых процессов от изменя; ющихся параметров объекта и требуемого качества переходных процессов.

Близкой к предлагаемому решению поставленной задачи является система управления с координатно-параметрической

: обратной связью, содержащая последовательно соединенные первый сумматор, ум„„ „„1837254 А1

Предлагаемая система управления предназначена для регулирования неопределенными динамическими объектами, а также для обеспечения малой зависимости динамики управляемых процессов от изменяющихся параметров объекта и для обеспечения требуемого качества переходных процессов. Цель изобретения — повышение точности системы — достигается тем, что система дополнительно содержит группу блоков сравнения, группу модульных элементов, сумматор, умножитель, эталонные модели. 1 йл. ножитель, первый блок сравнения, объект управления и второй блок сравнения;-второй вход которого соединен с выходам:. за- ф датчика, а выход — со . вхадами дифференциаторов, выходы которых и вы- .ход первого блока сравнения соединены че-.: рез соответствующие первые усилители со входами второго сумматора и со входами ф вторых усилителей, выходы которых соединены с соответствующими входами первого сумматора, выход второго сумматора соединен со входом релейного элемента, к вы- О ходу которого подключен инерционный ( фильтр, выходом подключенный ко второму входу умножителя. К недостаткам описанной схемы следует отнести отсутствие тре- (1 буемого качества регулирования на начальной фазе переходного процесса и значительные энергетические затраты на управление на этом этапе.

С целью повышения точности и качества работы регулятора в систему управления, содержащую последовательно соединенные: первый умножитель, объект управле1837254 ния, первый блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика, а выход — со входами дифференциаторов, выходы которых и выход блока сравнения через последовательно соединенные модульный элемент первой группы и усилитель первой группы соединены со входом первого сумматора, введены эталонные мо- дели. выходы которых через последовательно соединенные блоки сравнения второй группы, вторым входом которых служат выходы дифференциаторов и первого блока сравнения, и усилители второй группы соединены со входом второго сумматора, а также через последовательно соединенные модульные элементы третьей группы и усилители четвертой группы — со входом первого сумматора: второй модульный элемент, подключенный своим входом к выходу второго сумматора, а выходом — ко входу второго умножителя, последовательно соединенного с третьим сумматором, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, а выход — ка входу релейного элемента, последовательно соединенного через третий усилитель со входом инерционного фильтра, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго умножителей.

На чертеже представлена схема системы автоматического управления, реализующая предлагаемый подход и являющаяся предметом настоящего изобретения. На чертеже приняты следующие обозначения:

1 — объект управления; 2 — задатчик; 3— первый блок сравнения; 4,...,4n-> — дифференциаторы соответствующего порядка;

51, 5n — модульные элементы первой группы; 61„„.6л — усилители первой группы; 7— первый сумматор; 8 — первый умножитель;

9 „...9n — усилители второй группы; 10- второй сумматор; 11 — второй модульный элемент; 12 — второй умножитель; 13 — третий сумматор; 14 — релейный элемент; 15 — третий усилитель; 16 — инерционный фильтр;

17i,...,17n — блоки сравнения второй группы;

18i,...,18n — эталонные модели, реализующие сигналы Si(t),...,Sn(t); 19),...,19л — модульные элементы третьей группы;

201, „20n — усилители четвертой группы.

Изобретение выполнено в рамках методологической конструкции, изложенной в (1). Получение дополнительного качества переходных процессов возможно в предлагаемой системе вследствие введения в схему функциональных блоков 18),...,18л, выходом которых являются сигналы

S)(с),...,Sn(t), играющие роль эталонных сигналов для управляемых процессов

x)(t)...,.,xn(t), Эталонные траектории

40 стройки всей системы.

Остальные контуры предлагаемой систе45

55

S(t)=(S)(t)„...Sn(t)) могут быть наделены на этапе синтеза системы требуемыми свойствами, например, желаемым показателем экспоненциальной устойчивости cJM, т.е.

I IS(t) I ! IS(to) I I ехр(ттм(мо) для

acex t to, (2) где I ! — знак октаэдрической нормы в

R", Реализация эталонной модели со свойством вида (2) возможно, если, например, в фУнкциональных блоках 181„...,18л пРисУтствуют дифференцирующие звенья, охваченные отрицательной обратной связью с коэффициентом передачи о ц. Кроме указанных свойств в блоках 18t,...,18n происходит согласование начальных условий на эталонной модели и объекте управления при включении системы регулирования. Та кое согласование может быть реализовано с помощью устройства, отвечающего следующей совокупности соотношений;

S(t)t AM(t)S(t)

S(t)=r (t)S(t)+(1- rg (t))x(t);

g(t)= sgn(1- !фт)!);

p (t)= Я I c((xcS> I) (((д Я(Я t+ I xx S> I) )-, i=1 (=1 где Ам EIR — матрица эталонной модели; дс (i=1,п) — указаны далее. Приведенный алгоритм обеспечивает при включении соотношение I x(to)-S(t(g) I I пд и, выбрав соответствующим образом параметр д всегда гарантируется требуемая близость начальных условий на объекте и эталонной модели, Еще одной важной особенностью предлагаемой системы является то, что функциональные блоки 181....,18n в процессе работы легко могут быть перенастроены на новые динамические свойства без перенамы построены так, чтобы обеспечить асимптотическое стремление управляемых процессов

x(t) к эталонным траекториям S(t) или выполнению равенства Ilm I х(т)3(1) ! =-О, где x(t)=(x(t)„...х (t)) QR

Предложенный регулятор описывается следующими соотношениями

U(t)= u (t) (g (K>" x (t) )+ g (Kit) S;It) ):

i=1 i=1

p(t)=-a xgc(g c;(x;(t)-S;(t)+ (=1

ttt(t) g I c>(xiIt)-S

i=1 где U(t) и / (т) — выходные сигналы первого умножителя 8 и инерционного фильтра 16, соответственно; а К(", K), c;(!=1,ï) и а — коэффициенты усиления, реализуемые на уси1837254 ли ельных блоках 61,...,6п, 201,".20п, 91 9п и 5, Как видно из приведенных соотношен й, функция управления остается все врем гладкой, а коэффициенты усиления— к нечными, выбираемыми из следующих 5 с отношений: (c1- д)к)" > su р (с)+ д )а((т); (с1- д)к) р(с)+д)д (, д адептах f (ñ)+ д)гпах (К1", K) )); l=1,ï, 1=1,п 10 г е д — некоторая константа, удовлетворяю ая неравенству 0 < д < min lcl, 1)

i=1,п.

П кажем, что рассматриваемый регулятор р шает поставленную задачу управления, 15

П еобразуем исходный объект управления (1 к матричному виду

x(t)=A(t)x(t)+ U(t), r е элементами последней строки матрицы

А ) GR""" являются параметры ai(t), 1=1,п. 20

P ссмотрим также дифференциальное у авнение относительно новой переменной я t)=x(t)-S(t). я FAIR":

e (t)=A(t) е (t)+(A(t)-Ам1 S(t)+U(t), (3) г e AM F(R — постоянная матрица урав- 25 н ния S(t)=AnS(t), отвечающего условию (2).

Введя в рассмотрение еще одну перег

П м нную а= с) c(можно преобразовать

)=1

30 (3 к виду е (т)=А e(t)+(А -А.,е )S(t)+H а; и (gз - (р

O(t)=A: К (t)+(A -AM. S(t)+H;X+

+I)(q), (4)

ГдЕ К = (e1,.„e,n-1) И ПараМЕтрЫ (4) НЕк торым образом связаны с (3). Известно, ч о соответствующим выбором с), l=1,п сися г т му e=A. (с) в можно сделать асимптот чески устойчивой. Кроме того, функция 40 у равления U(t), реализуемая описанным в ше регулятором обеспечивает справедл вость выражения

la 1 (д (11е I I + I IS I I ).

Таким образом, можно сделать вывод о 45 т м, что траектории эсимптотически устойч вы и справедлива оценка из (2)

1хП 5 I I хО 11 ехр(-д (t-1„)), t >тО (5) показатель -д > 0 определяется парамет1 р ми д, c;(l=1,п) и д 4, причем соответств ющим д м можно добиться требуемого хррактера переходногО процесса, при этом в системе требуется перенастроить лишь оки 181, 18п не сменяя контуров управлрния. Оценка (5) доказывает, нто предложенная система автоматического управления решает поставленную задачу. !

Предлагаемая система функционирует г

S федующим образом. Сигнал у (t) поступает с выхода задатчика 2 и сравнивается с сигналом y(t) — выходом объекта управления 1 в блоке сравнения 3, Полученный сигнал ошибки х(т) поступает нэ вход первого усилителя 6 через модульный элемент 51 и через дифференциаторы соответствующего поРЯДка 41„...4n-1 на вхоДы Усилителей пеРвой гРУппы 62,...,6n чеРез моДУльные элементы пеРвой гРУппы 52...Д5п, Сигналы с выходов эталонных моделей 181,...18, поступают на входы модульных элементов третьей группы 191,...,19, и усилителей четвеРтой гРУппы 201,.Д,20п. а также сРавниваются в блоках сравнения второй группы

171„.„17n с сигналами с выходов блока сравнения 3 и дифференциаторов. Результаты сравнения через вторые усилители nQступают во второй блок суммирования 10, который формирует сигнал координатно-параметрической обратной связи о(t) как линейную комбинацию разности x(t) и его производных с эталонными сигналами

S2(t)...Sn(t), С выхода блока 10 сигнал c7(t) подается на вход второго модульного элемента 11, последовательно соединенного со вторым умножителем 12, а также на вход третьего сумматора 13, на вход которого подается сигнал со второго умножителя 12.

Сигнал с третьего сумматора 13 через релейный элемент 14 и третий усилитель 15 подается в инерционный фильтр 16, выход которого — сигнал p(t) поступает на входы первого 8 и второго 12 умножителей. На второй вход первого умножителя 8 поступает сигнал с первого сумматора 7, на который, в свою очередь, подаются сигналы с выхоДов Усилителей пеРвой 61,. 6п и четвеРтой 201,...,20n гРУпп. Выходом пеРвого умножителя является сигнал управления

U(t), который поступает на вход объекта управления 1, Таким образом, блоки

2,3.,51...,5п, 61...,.,6n, 7, 8, 1 91,...,19п;

201, 20п составлЯют контУР кооРДинатной обратной связи, координатно-параметрическая обратная связь включает блоки

171. ".17п, 91,...,9n; 10, 11. 12; 13: 14: 15: 16.

Технико-зкономический эффект и редлагаемой системы автоматического управления заключается в том. что она обеспечивает экономию энергетических затрат на управление на этапе переходных процессов, атакжедает возможность создания унифицированных регуляторов, обеспечивающих управление в широком диапазоне требований к качеству уп равляемых процессов, Формула изобретения

Бинарная система управления, содержащая последовательно соединенные пер183Т254

Составитель В.Ахтырский

Техред M,Mîðãåíòàë Корректор М,Шароши

Редактор

Заказ 2864 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035 Мссква Ж-35 Paóøñêàÿ на5. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 вый сумматор, 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 соединены через соответствующие последовательно соединенные модульный элемент первой группы и усилитель первой группы с соответствующими входами первого сумматора, выходы усилителей второй группы соединены с входами второго сумматора, а выход релейного элемента соединен через последовательно соединенные первый усилитель и инерционный фильтр с вторым входом первого умножителя, о т л и.ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности системы, она содержит группу блока сравнения, второй умножитель, модульный элемент, третий сумматор, эталонные

5т модели, вторую группу модульных элементов и третью группу усилителей, выходы которых соединены с соответствующими входами первого сумматора, выход первого блока сравнения и выходы дифференциаторов через соответствующие блоки сравне5 ния группы соединены с входами соответствующих усилителей второй группы, а через соответствующие последовательное соединение эталонную модель и модульный элемент второй группы — с вхо10. дами соответствующих усилителей третьей группы, выходы эталонных моделей соединены.с вычитающими входами соответствующих блоков сравнения группы, - выход второго сумматора через носледо15 вательно соединенные модульный элемент, второй блок умножения и третий сумматор соединен с входом релейного элемента и с входом третьего сумматора непосредственно, а выход инерционного

20 фильтра соединен с вторым входом вто. рого умножителя.