Способ и устройство автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения

Изобретение относится к способу и устройству автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения. Технический результат - упрощение реализации, расширение области применения. Устройство 1 автоматической регулировки сконфигурировано с возможностью приема входного сигнала отклика объекта 4 управления в системе 2 управления с обратной связью, перед которой расположен блок 5 управления FF. Ступенчатый отклик на ступенчатую целевую величину Х получают в состоянии, в котором блок 5 управления FF выключен, и степень избыточного отклика на ступенчатое воздействие α вычисляют из максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие, соответствующего максимальной величине ступенчатого отклика, и значения предоставленной ступенчатой целевой величины. Время возрастания ступенчатого отклика вычисляют из времени от момента, когда предоставлена ступенчатая целевая величина, до момента, когда достигнут максимум избыточного отклика на ступенчатое воздействие. Подают команду в блок 5 управления FF, чтобы вывести многошаговый ступенчатый сигнал S, составленный из ступенчатого сигнала первого шага, который равен (1-(α/(1+α))^1/n), умноженному на входную ступенчатую величину Х, и следующего ступенчатого сигнала, приращение которого уменьшается в α/(1+α)^1/n раз после каждого истечения времени возрастания ступенчатого отклика. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения, которые используют для автоматической регулировки составляющей прямой связи при подавлении избыточного отклика на ступенчатое воздействие от ступенчатой целевой величины с помощью обеспечения управления с прямой связью для системы, которая имеет характеристики сходимости к ступенчатой целевой величине, после того как происходит избыточный отклик на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения от ступенчатой целевой величины.

Уровень техники

Обычно системы управления широко классифицируют на управление с обратной связью и управление с прямой связью. Что касается управления с PID (пропорционально-интегральная производная), которое широко используют в качестве управления с обратной связью, известны различные способы автоматической регулировки (см., например, патентную литературу (PTL) 1).

С другой стороны, что касается управления с прямой связью, традиционно предложен способ задания объекта управления и автоматической регулировки составляющей прямой связи с использованием подробной модели объекта управления в системе управления с двумя степенями свободы (см., например, PTL 2).

Широко известно, что, когда ступенчатую целевую величину вводят (предоставляют) в качестве цели управления, система управления с обратной связью или объект управления, включающий в себя вибрационный элемент, такой как элемент, управляющий давлением текучей среды, демонстрирует характеристики сходимости ступенчатого слежения к фиксированной величине, соответствующей ступенчатой целевой величине, после того как происходит избыточный отклик на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения от ступенчатой целевой величины.

Список ссылок

Патентная литература

PTL 1: выложенная японская патентная публикация № Н11-161301;

PTL 2: японский патент № 3545006.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема

В соответствии со способом, описанным в PTL 1, автоматическая регулировка может быть выполнена без использования подробной модели объекта управления. Однако этот способ ограничен управлением PID, которое является управлением с обратной связью.

Способ, описанный в PTL 2, является способом автоматической регулировки, связанным с управлением с прямой связью. Однако этот способ требует подробной модели объекта управления. Для того чтобы создать подробную модель объекта управления, требуется задать физические характеристики объекта управления на стадии проектирования, что требует времени и усилия.

Ввиду этого изобретатели вывели и обнаружили, что при выполнении управления с прямой связью для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие в системе, которая имеет характеристики сходимости ступенчатого слежения к фиксированной величине, соответствующей ступенчатой целевой величине, после того как происходит избыточный отклик на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения от ступенчатой целевой величины, введенной в качестве цели управления, как упомянуто выше, составляющая прямой связи для управления с прямой связью может быть автоматически отрегулирована без требования подробной модели. В результате, изобретатели создали настоящее изобретение, основанное на двух основных свойствах, а именно линейности и инвариантности времени, которые приближенно существуют во многих системах управления, таких как механические системы и электрические станции.

Следовательно, настоящее изобретение имеет целью предоставление способа и устройства автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения, которые дают возможность, при подавлении избыточного отклика на ступенчатое воздействие от ступенчатой целевой величины с помощью обеспечения управления с прямой связью для системы, которая имеет характеристики сходимости ступенчатого слежения к ступенчатой целевой величине, после того как происходит избыточный отклик на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения от ступенчатой целевой величины, введенной в качестве цели управления, составляющей прямой связи быть автоматически регулируемой с использованием двух основных свойств, т.е. линейности и инвариантности времени, и отклика системы.

Решение проблемы

Для того чтобы решить проблему, указанную выше, настоящим изобретением, в соответствии с п.1, является способ автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения в структуре, в которой блок управления с прямой связью расположен перед системой, которая имеет характеристики сходимости ступенчатого слежения к ступенчатой целевой величине, после того как происходит избыточный отклик на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения от входной ступенчатой целевой величины, причем способ автоматической регулировки содержит: получение ступенчатого отклика системы на ступенчатую целевую величину в состоянии, в котором блок управления с прямой связью выключен, затем аппроксимацию ступенчатого отклика в приближенный отклик с помощью установки точки, соответствующей максимальной величине ступенчатого отклика, как максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие, определение степени избыточного отклика на ступенчатое воздействие α на основе величины максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие и значения ступенчатой целевой величины, установку прошедшего времени от момента, когда предоставлена ступенчатая целевая величина, до момента, когда достигнут максимум избыточного отклика на ступенчатое воздействие в ступенчатом отклике, как времени запаздывания ступенчатого отклика и времени возрастания ступенчатого отклика, и установку приближенного отклика таким образом, чтобы он линейно сходился от максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие до ступенчатой целевой величины за время сходимости, равное времени возрастания ступенчатого отклика, и после этого автоматическую регулировку блока управления с прямой связью таким образом, что блок управления с прямой связью выводит ступенчатый сигнал первого шага, который равен (1-(α/(1+α)) $${}^{1/n}$$ ) раз ступенчатой целевой величины, введенной в блок управления с прямой связью в качестве цели управления, а затем выводит ступенчатый сигнал n-го шага, приращение которого на шаг уменьшается в (α/(1+α)) $${}^{1/n}$$ раз после каждого истечения времени, которое равно 1/n раз времени возрастания ступенчатого отклика, где n - положительное целое число.

Кроме того, время запаздывания ступенчатого отклика устанавливают во время от момента, когда ступенчатая целевая величина предоставлена в систему, до точки возрастания отклика, а время возрастания ступенчатого отклика устанавливают во время от точки возрастания отклика до максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие в ступенчатом отклике, где точка возрастания отклика является точкой, в которой величина, полученная с помощью применения вторичного дифференциального фильтра к ступенчатому отклику системы на ступенчатую целевую величину, является максимальной.

Кроме того, система является системой управления с обратной связью или объектом управления.

Кроме того, настоящим изобретением, в соответствии с пунктом 4, является устройство автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения в структуре, в которой блок управления с прямой связью расположен перед системой, которая имеет характеристики сходимости ступенчатого слежения к ступенчатой целевой величине, после того как происходит избыточный отклик на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения от входной ступенчатой целевой величины, причем устройство автоматической регулировки содержит: функциональный блок для получения ступенчатого отклика системы на ступенчатую целевую величину в состоянии, в котором блок управления с прямой связью выключен, функциональный блок для аппроксимации ступенчатого отклика в приближенный отклик с помощью установки точки, соответствующей максимальному значению ступенчатого отклика, как максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие, определения степени избыточного отклика на ступенчатое воздействие α на основе величины максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие и значения ступенчатой целевой величины, установки прошедшего времени от момента, когда предоставлена ступенчатая целевая величина, до момента, когда достигнут максимум избыточного отклика на ступенчатое воздействие в ступенчатом отклике, как времени запаздывания ступенчатого отклика и времени возрастания ступенчатого отклика, и установки приближенного отклика таким образом, чтобы он линейно сходился от максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие до ступенчатой целевой величины за время сходимости, равное времени возрастания ступенчатого отклика, и функциональный блок для автоматической регулировки блока управления с прямой связью с помощью подачи в блок управления с прямой связью команды, чтобы вывести ступенчатый сигнал первого шага, который равен (1-(α/(1+α)) $${}^{1/n}$$ ) раз ступенчатой целевой величины, введенной в блок управления с прямой связью в качестве цели управления, а затем вывести ступенчатый сигнал n-го шага, приращение которого на шаг уменьшается в (α/(1+α)) $${}^{1/n}$$ раз после каждого истечения времени, которое равно 1/n раз времени возрастания ступенчатого отклика, где n - положительное целое число.

Полезные эффекты изобретения

В соответствии с настоящим изобретением, могут быть получены следующие отличные полезные эффекты.

(1) Способ и устройство для составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения в структуре, в которой блок управления с прямой связью расположен перед системой, которая имеет характеристики сходимости ступенчатого слежения к ступенчатой целевой величине, после того как происходит избыточный отклик на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения от входной ступенчатой целевой величины: получают ступенчатый отклик системы на ступенчатую целевую величину в состоянии, в котором блок управления с прямой связью выключен, аппроксимируют ступенчатый отклик в приближенный отклик с помощью установки точки, соответствующей максимальной величине ступенчатого отклика, как максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие, определяют степень избыточного отклика на ступенчатое воздействие α на основе величины максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие и значения ступенчатой целевой величины, устанавливают прошедшее время от момента, когда предоставлена ступенчатая целевая величина, до момента, когда достигнут максимум избыточного отклика на ступенчатое воздействие в ступенчатом отклике, как время запаздывания ступенчатого отклика и время возрастания ступенчатого отклика, и устанавливают приближенный отклик таким образом, чтобы он линейно сходился от максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие до ступенчатой целевой величины за время сходимости, равное времени возрастания ступенчатого отклика, и автоматически регулируют блок управления с прямой связью таким образом, что блок управления с прямой связью выводит ступенчатый сигнал первого шага, который равен (1-(α/(1+α)) $${}^{1/n}$$ ) раз ступенчатой целевой величины, введенной в блок управления с прямой связью в качестве цели управления, а затем выводит ступенчатый сигнал n-го шага, приращение которого на шаг уменьшается в (α/(1+α)) $${}^{1/n}$$ раз после каждого истечения времени, которое равно 1/n раз времени возрастания ступенчатого отклика, где n - положительное целое число. Таким образом, составляющая прямой связи как содержание управляющего сигнала блока управления с прямой связью, расположенного перед системой, которая имеет характеристики сходимости ступенчатого слежения к ступенчатой целевой величине, после того как происходит избыточный отклик на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения от входной ступенчатой целевой величины, может быть автоматически отрегулирована с использованием двух основных свойств, т.е. линейности и инвариантности времени, и отклика системы без требования подробной модели системы.

(2) Кроме того, автоматически регулируемый блок управления с прямой связью дает возможность управления с прямой связью таким образом, что отклик системы быстро отслеживает ступенчатую целевую величину в состоянии, в котором подавлен избыточный отклик на ступенчатое воздействие.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - блок-схема, изображающая первый вариант осуществления способа и устройства автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2 - блок-схема, изображающая ситуацию, в которой устройство автоматической регулировки на Фиг. 1 получает ступенчатый отклик из системы управления с обратной связью в состоянии, в котором блок управления FF выключен.

Фиг. 3 - диаграмма, изображающая изменение времени ступенчатого отклика на Фиг. 2.

Фиг. 4 - диаграмма, изображающая приближенный отклик, установленный с помощью аппроксимации ступенчатого отклика на Фиг. 3.

Фиг. 5 - диаграмма, изображающая приближенный отклик на входную величину, установленную ниже, чем ступенчатая целевая величина, для того чтобы устранить избыточный отклик на ступенчатое воздействие от ступенчатой целевой величины.

Фиг. 6 - диаграмма, изображающая приближенный отклик в случае, когда сделан ввод из двух шагов для того, чтобы компенсировать избыточный отклик на ступенчатое воздействие от ступенчатой целевой величины, связанной со сходимостью в приближенном отклике на Фиг. 5.

Фиг. 7 - диаграмма, изображающая приближенный отклик в случае многошаговой входной величины.

Фиг. 8 - диаграмма, изображающая отклик объекта управления на ту же многошаговую входную величину, что и на Фиг. 7.

Фиг. 9 - блок-схема, изображающая второй вариант осуществления способа и устройства автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 10 - блок-схема, изображающая третий вариант осуществления способа и устройства автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением.

Осуществление изобретения

Последующее описывает варианты осуществления для выполнения настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.

Фиг. 1-8 - диаграммы, изображающие первый вариант осуществления способа и устройства автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением.

Этот вариант осуществления предоставляет обзор примера применения в случае подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие от ступенчатой целевой величины с помощью управления с прямой связью для системы, как системы управления с обратной связью, которая имеет характеристики сходимости ступенчатого слежения к ступенчатой целевой величине, после того как происходит избыточный отклик на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения от входной ступенчатой целевой величины.

Этот вариант осуществления описан ниже.

Как изображено на Фиг. 1, система управления, к которой применен способ и устройство автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения, в соответствии с настоящим изобретением, имеет структуру, в которой блок управления с прямой связью (далее в настоящем документе упомянутый как блок управления FF) 5 является автоматически регулируемым с помощью устройства 1 автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения, в соответствии с настоящим изобретением (далее в настоящем документе упомянутого просто как устройство 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением) расположен перед системой 2 управления с обратной связью, сформированной с помощью последовательного соединения блока управления с обратной связью (далее упомянутого в настоящем документе как блок управления FB) 3 и объекта 4 управления.

Устройство 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, которое применено к системе управления вышеупомянутой структуры, сконфигурировано с возможностью приема входного сигнала отклика (выходной величины) Y, выведенного из объекта 4 управления, управляемого с обратной связью с помощью системы 2 управления с обратной связью. Устройство 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, также имеет функциональный блок для управления блоком 3 управления FB и блоком 5 управления FF и функциональный блок для подачи в блок 5 управления FF команды, определенной с помощью нижеупомянутого процесса на основе отклика Y после ввода отклика Y из объекта 4 управления, управляемого с обратной связью.

Блок 5 управления FF имеет функциональный блок для вывода многошагового ступенчатого сигнала S, как изображено с помощью линии F на Фиг. 8, описанного позже, в ответ на ввод ступенчатого целевого сигнала Х в качестве цели управления.

Блок 3 управления FB может использовать любой тип способа линейного управления, такой как управление PID, оптимальное управление регулятора или управление с бесконечностью Н, который используют для обычного управления с обратной связью.

Управление с бесконечностью Н, упомянутое в настоящем документе, является способом управления оценки производительности системы управления с помощью индекса, названного “нормой бесконечности Н”, и оптимальной установки параметра управления с обратной связью (таким образом, чтобы минимизировать норму бесконечности Н). Этот способ управления является подходящим для устойчивого к ошибкам управления (управления, которое имеет дело с неопределенным объектом управления).

Последующее описывает функции устройства 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, в соответствии с процедурой в устройстве 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением.

Сначала устройство 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, регулирует блок 3 управления FB в состоянии, в котором блок управления 5 FF выключен, то есть в состоянии, в котором ступенчатую целевую величину Х в качестве цели управления непосредственно вводят в систему 2 управления с обратной связью, составленную из блока 3 управления FB и объекта 4 управления, как изображено на Фиг. 2.

В настоящем документе блок 3 управления FB может быть отрегулирован с помощью метода проб и ошибок. В случае, когда способом управления блока 3 управления FB является управление PID, блок 3 управления FB может быть отрегулирован с использованием существующего способа автоматической регулировки.

После завершения регулировки блока 3 управления FB, как описано выше, устройство 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, предоставляет ступенчатую целевую величину Х в систему 2 управления с обратной связью, включающую в себя отрегулированный блок 3 управления FB, и получает ступенчатый отклик Ya только системы 2 управления с обратной связью в состоянии, в котором блок 5 управления FF выключен. Поскольку система 2 управления с обратной связью имеет характеристики сходимости ступенчатого слежения к ступенчатой целевой величине, после того как происходит избыточный отклик на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения от входной ступенчатой целевой величины Х, ступенчатый отклик Ya, например, является таким, как изображено с помощью сплошной линии на Фиг. 3. Пунктирная линия на Фиг. 3 изображает ступенчатую целевую величину Х в качестве цели управления (то же самое применимо к Фиг. 4-9, описанным далее).

Затем устройство 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, аппроксимирует полученный ступенчатый отклик Ya для того, чтобы вычислить приближенный отклик (аппроксимированный ступенчатый отклик) Yb, как изображено на Фиг. 4.

Более подробно аппроксимацию выполняют следующим образом. Как изображено на Фиг. 4, точку, соответствующую максимальной величине в ступенчатом отклике Ya, устанавливают как максимум избыточного отклика на ступенчатое воздействие А, и степень α избыточного отклика на ступенчатое воздействие определяют на основе величины максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие А и уровня (величины) х данной ступенчатой целевой величины Х, таким образом, что величина максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие А равна х(1+α).

Кроме того, прошедшее время Т от момента, когда ступенчатую целевую величину Х предоставляют в систему 2 управления с обратной связью, до момента, когда ступенчатый отклик Ya достигает максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие А, делят на время запаздывания ступенчатого отклика Т $${}_0$$ и время возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ . Приближенный отклик Yb устанавливают таким образом, чтобы он линейно возрастал до максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие А во время возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ после того, как проходит время запаздывания ступенчатого отклика Т $${}_0$$ , с момента, когда ступенчатую целевую величину Х предоставляют в систему 2 управления с обратной связью, а затем линейно сходился к ступенчатой целевой величине Х во время сходимости Т $${}_2$$ (Т $${}_2$$ =Т $${}_1$$ ), равное времени возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ .

В настоящем документе время запаздывания ступенчатого отклика Т $${}_0$$ и время возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ предпочтительно определяют таким образом, что время запаздывания ступенчатого отклика Т $${}_0$$ равно времени от момента, когда ступенчатую целевую величину Х предоставляют в систему 2 управления с обратной связью, до точки возрастания отклика В, а время возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ равно времени от точки возрастания отклика В до максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие в ступенчатом отклике Ya, где точка возрастания отклика В является точкой, в которой величина, полученная с помощью применения вторичного дифференциального фильтра [1, -2, 1] к ступенчатому отклику Ya, является максимальной.

Вторичный дифференциальный фильтр [1, -2, 1] является операцией свертки данных временной последовательности цифрового сигнала и [1, -2, 1] и является процессом фильтрации аппроксимации вторичного дифференциального коэффициента сигнала.

Таким образом, время запаздывания ступенчатого отклика Т $${}_0$$ и время возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ могут быть вычислены автоматически, и может быть получен приближенный отклик Yb, который лучше отражает изменение ступенчатого отклика Ya.

После того как приближенный отклик Yb определен вышеупомянутым способом, устройство 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, вычисляет величину входного сигнала, которая является необходимой для того, чтобы изменить приближенный отклик Yb, чтобы отслеживать ступенчатую целевую величину Х без избыточного отклика на ступенчатое воздействие, с помощью следующего принципа получения.

На основе того факта, что величина максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие А, соответствующего максимальной величине в приближенном отклике Yb в случае ввода ступенчатой целевой величины Х, упомянутой выше, равна х(1+α) (см. Фиг. 4), входную величину ступенчатого входного сигнала устанавливают в х·(1-α/(1+α)), которая меньше чем фактическая целевая величина Х, как изображено с помощью линии С на Фиг. 5. Приближенный отклик Yc системы 2 управления с обратной связью в этом случае имеет избыточный отклик на ступенчатое воздействие от входной величины (х/(1+α)) после того, как проходит время запаздывания ступенчатого отклика Т $${}_0$$ и время возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ от ввода входной величины (х/(1+α)), как изображено на Фиг. 5. Однако максимальная величина, соответствующая этому избыточному отклику на ступенчатое воздействие, равна (1+α) раз входной величины, вследствие линейности системы 2 управления с обратной связью, как в случае Фиг. 4. Таким образом, максимальная величина приближенного отклика Yc соответствует фактической ступенчатой целевой величине Х.

Однако после достижения максимальной величины при избыточном отклике на ступенчатое воздействие приближенный отклик Yc сходится к входной величине (х/(1+α)) во время сходимости Т $${}_2$$ , как изображено на Фиг. 5. То есть, после того как время сходимости Т $${}_2$$ проходит от избыточного отклика на ступенчатое воздействие, возникает недостаточный отклик на ступенчатое воздействие от фактической ступенчатой целевой величины Х. Величина недостаточного отклика на ступенчатое воздействие от фактической ступенчатой целевой величины Х в приближенном отклике Yc равна х-х/(1+α)=х·α/(1+α).

Ввиду этого, после того как та же входная величина х/(1+α), что и на Фиг. 5, введена в качестве входной величины первого шага, величину, полученную с помощью добавления х·α/(1+α)² к входной величине первого шага, вводят в качестве ступенчатого сигнала второго шага, когда время, соответствующее времени возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ , проходит от ввода входной величины первой фазы, как изображено с помощью линии D на Фиг. 6. В этом случае, вследствие инвариантности времени системы 2 управления с обратной связью, ступенчатый отклик на ступенчатый сигнал второго шага начинает возрастать, когда время запаздывания ступенчатого отклика Т $${}_0$$ проходит от ввода ступенчатого сигнала второго шага, т.е. когда ступенчатый отклик на входную величину первого шага достигает того же максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие, что и на Фиг. 5, как изображено с помощью цепочной линии с двумя пунктирами Е на Фиг. 6. В настоящем документе ступенчатый отклик на ступенчатый сигнал второго шага линейно возрастает до максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие, который равен (1+α), умноженному на значение х·α/(1+α)² данного ступенчатого сигнала второго шага, т.е. максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие х·α/(1+α) по величине, во время возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ , вследствие линейности системы 2 управления с обратной связью. Таким образом, возрастание ступенчатого отклика на ступенчатый сигнал второго шага компенсирует избыточный отклик на ступенчатое воздействие от фактической ступенчатой целевой величины Х, возникающей, когда ступенчатый отклик на входную величину первого шага сходится во время сходимости Т $${}_2$$ (Т $${}_2$$ =Т $${}_1$$ ) после достижения максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие.

Следовательно, в приближенном отклике Yd в этом случае, величина от момента, когда ступенчатый отклик на сигнал первого шага на линии D достигает максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие, до момента, когда ступенчатый отклик на сигнал второго шага достигает максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие, соответствует фактической ступенчатой целевой величине Х, как изображено на Фиг. 6.

Однако после того как ступенчатый отклик на сигнал второго шага достигает максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие, возникает недостаточный отклик на ступенчатое воздействие от фактической ступенчатой целевой величины Х.

Ввиду этого, таким же образом, как в ступенчатом сигнале второго шага, входную величину делают многоступенчатой, как изображено с помощью линии F на Фиг. 7, таким образом, что недостаточный отклик на ступенчатое воздействие от фактической ступенчатой целевой величины Х, возникающий, когда ступенчатый отклик на ступенчатый сигнал одного шага сходится во время Т $${}_2$$ сходимости после достижения максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие, может быть скомпенсирован посредством возрастания, до избыточного отклика на ступенчатое воздействие, ступенчатого отклика на сигнал следующего шага, который вводится после прохождения времени, соответствующего времени возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ . Приближенный отклик Ye в этом случае отслеживает фактическую ступенчатую целевую величину Х без избыточного отклика на ступенчатое воздействие и почти без недостаточного отклика на ступенчатое воздействие.

Было найдено, что когда многошаговый ступенчатый сигнал (линия F), вычисленный, как изображено на Фиг. 7, вводится в систему 2 управления с обратной связью, составленную из блока 3 управления FB и объекта 4 управления, как изображено на Фиг. 2, то получают отклик Yf почти без избыточного отклика на ступенчатый сигнал, как изображено на Фиг. 8.

Таким образом, на основе вычисленной выше степени избыточного отклика на ступенчатое воздействие α и времени возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ устройство 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, выдает команду в блок 5 управление FF, в который введена ступенчатая целевая величина (ступенчатый сигнал) Х в качестве цели управления, чтобы сначала вывести ступенчатый сигнал первого шага, который равен 1-α/(1+α)=(1/(1+α), умноженному на ступенчатую целевую величину Х, затем вывести ступенчатый сигнал второго шага, увеличенный в величину α/(1+α) $${}^2$$ , умноженную на первоначальную ступенчатую целевую величину Х, после прохождения времени возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ , вычисленного, как изображено на Фиг. 4, затем вывести ступенчатый сигнал третьего шага, увеличенный в величину α $${}^2$$ /(1+α) $${}^3$$ , умноженную на первоначальную ступенчатую целевую величину Х, после следующего прохождения времени возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ , а затем также вывести ступенчатый сигнал h-го шага (h - целое число, большее или равное 4), увеличенный в величину α $${}^{h-1}$$ /(1+α) $${}^h$$ , умноженную на первоначальную ступенчатую целевую величину Х, после каждого следующего прохождения времени возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ .

То есть в системе управления, изображенной на Фиг. 1, включающей в себя устройство 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, имеющим вышеупомянутую структуру, когда ступенчатую целевую величину Х в качестве цели управления вводят в блок 5 управления FF, блок 5 управления FF автоматически регулируется на основе команды из устройства 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, таким образом, что блок 5 управления FF выводит многошаговый ступенчатый сигнал S, составленный из ступенчатого сигнала первого шага, который равен 1/(1+α) раз ступенчатой целевой величины Х, и следующего ступенчатого сигнала i-ого шага (i - целое число, большее или равное 2), увеличенного в величину α $${}^{i-1}$$ /(1+α) $${}^i$$ раз первоначальной ступенчатой целевой величины Х, т.е. ступенчатого сигнала i-го шага, приращение которого на шаг уменьшается в α/(1+α) раз после каждого прохождения времени возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ .

В результате, система 2 управления с обратной связью, в которую вводится многошаговый ступенчатый сигнал S, выведенный из блока 5 управления FF, выводит отклик Y объекта 4 управления в состоянии, в котором подавлен избыточный отклик на ступенчатое воздействие, как изображено на Фиг. 8 в отклике Yf.

Таким образом, с помощью способа автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения, в соответствии с настоящим изобретением, и устройства 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, составляющая прямой связи как содержание управляющего воздействия блока 5 управления FF, расположенного перед системой 2 управления с обратной связью, которая имеет первоначальные характеристики ступенчатого слежения, характеристики сходимости ступенчатого слежения к ступенчатой целевой величине Х, после того как происходит избыточный отклик на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения к ступенчатой целевой величине Х, введенной в качестве цели управления, может быть автоматически отрегулирована с использованием двух основных свойств, т.е. линейности и инвариантности времени, и отклика системы 2 управления с обратной связью без необходимости подробной модели системы 2 управления с обратной связью. Это дает возможность отклику Y объекта 4 управления в системе 2 управления с обратной связью быстро отслеживать ступенчатую целевую величину Х в состоянии, в котором подавлен избыточный отклик на ступенчатое воздействие.

Разность между многошаговым ступенчатым сигналом S, выведенным из блока 5 управления FF на основе команды из устройства 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, и первоначальной ступенчатой целевой величиной Х уменьшается, когда увеличивается число шагов. В состоянии, в котором разность от первоначальной ступенчатой целевой величины Х является малой, даже когда происходит избыточный отклик на ступенчатое воздействие, отклонение от первоначальной ступенчатой величины Х является малым. Ввиду этого число шагов многошагового ступенчатого сигнала S, выведенного из блока управления FF, может быть заранее установлено в требуемое число шагов, в соответствии с допустимым диапазоном избыточного отклика на ступенчатое воздействие отклика Y объекта 4 управления.

В варианте осуществления, изображенном на Фиг. 1-8, устройство 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, автоматически регулирует блок 5 управления FF таким образом, что в качестве многошагового ступенчатого сигнала S блок 5 управления FF сначала выводит ступенчатый сигнал первого шага, который равен 1/(1+α) раз ступенчатой целевой величины Х, введенной в блок 5 управления FF, а затем выводит ступенчатый сигнал i-го шага (i - целое число, большее или равное 2), увеличенный в величину α $${}^{i-1}$$ /(1+α) $${}^i$$ раз первоначальной ступенчатой целевой величины Х, т.е. ступенчатый сигнал i-го шага, приращение которого на шаг уменьшается в α/(1+α) раз, после каждого прохождения времени возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ . Однако число шагов многошагового ступенчатого сигнала S может быть дополнительно увеличено.

Фиг. 9 - блок-схема, изображающая второй вариант осуществления способа и устройства автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением.

Например, в случае установки интервала времени каждого шага (ступени) многошагового ступенчатого сигнала S, выведенного из блока 5 управления FF в половину (T $${}_1$$ /2) времени возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ , приращение ступенчатого сигнала на шаг может быть уменьшено с помощью более низкую степени, как изображено с помощью линии G на Фиг. 9.

Подробно, блок 5 управления FF может быть автоматически отрегулирован таким образом, что в качестве многошагового ступенчатого сигнала S, блок 5 управления FF сначала выводит ступенчатый сигнал первого шага, который равен (1-(α/(1+α)) $${}^{1/2}$$ ) ступенчатой целевой величины Х, введенной в блок 5 управления FF в качестве цели управления, а затем выводит ступенчатый сигнал, приращение которого на шаг уменьшается в (α/(1+α)) $${}^{1/2}$$ раз после каждого прохождения половины (T $${}_1$$ /2) времени возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ .

С помощью этого, кроме тех же преимущественных результатов, что и вариант осуществления, изображенный на Фиг. 1-8, может быть получен более плавный отклик Yg объекта управления, как изображено на Фиг. 9. Это способствует более эффективному подавлению избыточного отклика на ступенчатое воздействие отклика Yg объекта управления.

В качестве альтернативы, интервал времени каждого шага (каждой ступени) многошагового ступенчатого сигнала S, выведенного из блока 5 управления FF, может быть установлен в 1/3, 1/4, … времени возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ , хотя не изображено.

В случае установки интервала времени каждого шага (каждой ступени) многошагового ступенчатого сигнала S в 1/j (j - положительное целое число, большее или равное 3) времени возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ , блок 5 управления FF может быть автоматически отрегулирован таким образом, что блок 5 управления FF сначала выводит ступенчатый сигнал первого шага, который равен 1-(α/(1+α)) $${}^{1/j}$$ раз ступенчатой целевой величины Х, введенной в блок 5 управления FF в качестве цели управления, а затем выводит ступенчатый сигнал, приращение которого на шаг уменьшается в (α/(1+α)) $${}^{1/j}$$ раз после каждого прохождения 1/j времени возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ .

С помощью этого отклик Y (см. Фиг. 1) объекта 4 управления может быть дополнительно сглажен. Ожидается, что это способствует более эффективному подавлению избыточного отклика на ступенчатое воздействие.

Фиг. 10 - блок-схема, изображающая третий вариант осуществления способа и устройства автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением.

Этот вариант осуществления предоставляет обзор примера применения в случае подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие от ступенчатой целевой величины с помощью управления прямой связью для объекта 4А управления в ситуации, в которой сам объект 4А управления имеет характеристики сходимости ступенчатого слежения к ступенчатой целевой величине, после того как происходит избыточный отклик на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения от входной ступенчатой целевой величины.

Этот вариант осуществления описан ниже.

В той же структуре, что и на Фиг. 1, блок 5 управления FF, автоматически регулируемый с помощью устройства 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, расположен перед самим объектом 4А управления вместо системы 2 управления с обратной связью. Устройство 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, сконфигурировано с возможностью приема входного сигнала отклика (выходной величины) Y, выведенного из объекта 4А управления. В настоящем документе допускают, что объект 4А управления имеет линейность и инвариантность времени относительно управляющего воздействия.

Причем это имеет место в той же процедуре, что и изображена на Фиг. 2-8, устройство 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, сначала вычисляет ступенчатый отклик Ya (см. Фиг. 3) при предоставлении ступенчатой целевой величины Х в объект 4А управления в состоянии, в котором блок 5 управления FF выключен, и вычисляет приближенный отклик Yb с помощью определения максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие А, степень избыточного отклика на ступенчатое воздействие α, время запаздывания ступенчатого отклика Т $${}_0$$ , время возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ и время сходимости Т $${}_2$$ (Т $${}_2$$ =Т $${}_1$$ ), равное времени возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ в ступенчатом отклике Ya (см. Фиг. 4).

Затем на основе вычисленной выше степени избыточного отклика на ступенчатое воздействие α и времени возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ устройство 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, выдает команду в блок 5 управления FF, в который введена ступенчатая целевая величина (ступенчатый сигнал) Х в качестве цели управления, чтобы вывести многошаговый ступенчатый сигнал S, составленный из ступенчатого сигнала первого шага который равен 1/(1+α) раз ступенчатой целевой величины Х, и следующего ступенчатого сигнала i-го шага (i - целое число, большее или равное 2), приращение которого на шаг уменьшается в 1/(1+α) раз после каждого прохождения времени возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ .

В результате, объект 4А управления, в который введен многошаговый ступенчатый сигнал S, выведенный из блока 5 управления FF, выводит отклик Y объекта 4А управления в состоянии, в котором подавлен избыточный отклик на ступенчатое воздействие, как в отклике Yf системы 2 управления с обратной связью, изображенной на Фиг. 8.

Таким образом, в соответствии с этим вариантом осуществления, составляющая прямой связи как содержание управляющего воздействия блока 5 управления FF, расположенного перед объектом 4А управления, который имеет в качестве первоначальных характеристик ступенчатого слежения характеристики сходимости ступенчатого слежения к ступенчатой целевой величине Х, после возникновения избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения к ступенчатой целевой величине, введенной в качестве цели управления, может быть автоматически отрегулирована с использованием двух основных свойств, т.е. линейности и инвариантности времени, и отклика объекта 4А управления без требования подробной модели объекта 4 управления. Это дает возможность отклику Y объекта 4А управления быстро отслеживать ступенчатую целевую величину Х в состоянии, в котором подавлен избыточный отклик на ступенчатое воздействие.

Настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления, описанными выше, и применимо к любой системе 2 управления с обратной связью и объекту 4А управления, пока они имеют характеристики сходимости ступенчатого слежения к ступенчатой целевой величине, после возникновения избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения к ступенчатой целевой величине, введенной в качестве цели управления.

Если приближенный отклик Yb, изображенный на Фиг. 4, может быть установлен на основе ступенчатого отклика Ya, полученного в состоянии, в котором блок 5 управления FF выключен, таким образом, что время возрастания ступенчатого отклика Т $${}_1$$ до максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие А и время сходимости Т $${}_2$$ равны друг другу, время запаздывания ступенчатого отклика Т $${}_0$$ может быть изменено по сравнению со случаем, в котором время запаздывания ступенчатого отклика Т $${}_0$$ равно времени от момента, когда предоставлена ступенчатая целевая величина Х, до точки возрастания отклика В, где точка возрастания отклика В является точкой, в которой величина, полученная с помощью применения вторичного дифференциального фильтра [1, -2, 1] к ступенчатому отклику Ya, является максимальной.

В варианте осуществления, изображенном на Фиг. 1-8, функциональный блок для автоматической регулировки блока 3 управления FB может быть не включен в устройство 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением. В этом случае блок 3 управления FB может быть заранее автоматически отрегулирован с помощью другого устройства, до того как устройство 1 автоматической регулировки, в соответствии с настоящим изобретением, начнет автоматическую регулировку блока 5 управления FF.

Следует понимать, что различные другие изменения также могут быть сделаны без отклонения от объема настоящего изобретения.

Список ссылочных обозначений

1 - устройство автоматической регулировки

2 - система управления с обратной связью (система)

3 - блок управления с обратной связью (блок управления FB)

4, 4А - объект управления

5 - блок управления с прямой связью (блок управления FF)

α - степень избыточного отклика на ступенчатое воздействие

А - максимум избыточного отклика на ступенчатое воздействие

В - точка возрастания отклика

Х - ступенчатая целевая величина

Ya - ступенчатый отклик

Yb - приближенный отклик

S - ступенчатый сигнал

Т $${}_0$$ - время запаздывания ступенчатого отклика

Т $${}_1$$ - время возрастания ступенчатого отклика

Т $${}_2$$ - время сходимости

1. Способ автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения в структуре, в которой блок управления с прямой связью расположен перед системой, которая имеет характеристики сходимости ступенчатого слежения к ступенчатой целевой величине, после возникновения избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения от входной ступенчатой целевой величины, причем способ автоматической регулировки содержит этапы, на которых:
получают ступенчатый отклик системы на ступенчатую целевую величину в состоянии, в котором блок управления с прямой связью выключен,
затем аппроксимируют ступенчатый отклик в приближенный отклик с помощью установки точки, соответствующей максимальной величине ступенчатого отклика, как максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие, определяют степень избыточного отклика на ступенчатое воздействие α на основе величины максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие и значения ступенчатой целевой величины, устанавливают прошедшее время от момента, когда предоставляют ступенчатую целевую величину, до момента, когда достигнут максимум избыточного отклика на ступенчатое воздействие в ступенчатом отклике, как время запаздывания ступенчатого отклика и время возрастания ступенчатого отклика, и устанавливают приближенный отклик таким образом, чтобы он линейно сходился от максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие до ступенчатой целевой величины за время сходимости, равное времени возрастания ступенчатого отклика, и
после этого автоматически регулируют блок управления с прямой связью таким образом, что блок управления с прямой связью выводит ступенчатый сигнал первого шага, который равен (1-(α/(1+α)) $${}^{1/n}$$ ) раз ступенчатой целевой величины, введенной в блок управления с прямой связью в качестве цели управления, а затем выводит ступенчатый сигнал n-го шага, приращение которого на шаг уменьшается в (α/(1+α)) $${}^{1/n}$$ раз после каждого истечения времени, которое равно 1/n раз времени возрастания ступенчатого отклика, где n - положительное целое число.

2. Способ автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения по п.1, в котором время запаздывания ступенчатого отклика устанавливают во время от момента, когда ступенчатую целевую величину предоставляют в систему, до точки возрастания отклика, а время возрастания ступенчатого отклика устанавливают во время от точки возрастания отклика до максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие в ступенчатом отклике, где точка возрастания отклика является точкой, в которой величина, полученная с помощью применения вторичного дифференциального фильтра к ступенчатому отклику системы на ступенчатую целевую величину, является максимальной.

3. Способ автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения по п.1 или 2, в котором система является системой управления с обратной связью или объектом управления.

4. Устройство автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения в структуре, в которой блок управления с прямой связью расположен перед системой, которая имеет характеристики сходимости ступенчатого слежения к ступенчатой целевой величине, после возникновения избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения от входной ступенчатой целевой величины, причем устройство автоматической регулировки содержит:
функциональный блок для получения ступенчатого отклика системы на ступенчатую целевую величину в состоянии, в котором блок управления с прямой связью выключен,
функциональный блок для аппроксимации ступенчатого отклика в приближенный отклик с помощью установки точки, соответствующей максимальному значению ступенчатого отклика, как максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие, определения степени избыточного отклика на ступенчатое воздействие α на основе величины максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие и значения ступенчатой целевой величины, установки прошедшего времени от момента, когда предоставлена ступенчатая целевая величина, до момента, когда достигнут максимум избыточного отклика на ступенчатое воздействие в ступенчатом отклике, как времени запаздывания ступенчатого отклика и времени возрастания ступенчатого отклика, и установки приближенного отклика таким образом, чтобы он линейно сходился от максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие до ступенчатой целевой величины за время сходимости, равное времени возрастания ступенчатого отклика, и
функциональный блок для автоматической регулировки блока управления с прямой связью с помощью подачи в блок управления с прямой связью команды, чтобы вывести ступенчатый сигнал первого шага, который равен (1-(α/(1+α)) $${}^{1/n}$$ ) раз ступенчатой целевой величины, введенной в блок управления с прямой связью в качестве цели управления, а затем вывести ступенчатый сигнал n-го шага, приращение которого на шаг уменьшается в (α/(1+α)) $${}^{1/n}$$ раз после каждого истечения времени, которое равно 1/n раз времени возрастания ступенчатого отклика, где n - положительное целое число.