Устройство терминального управления на основе вариационных принципов



Устройство терминального управления на основе вариационных принципов
Устройство терминального управления на основе вариационных принципов
Устройство терминального управления на основе вариационных принципов

 

G05B19/00 - Системы программного управления (специальное применение см. в соответствующих подклассах, например A47L 15/46; часы с присоединенными или встроенными приспособлениями, управляющими какими-либо устройствами в течение заданных интервалов времени G04C 23/00; маркировка или считывание носителей записи с цифровой информацией G06K; запоминающие устройства G11; реле времени или переключатели с программным управлением во времени и с автоматическим окончанием работы по завершению программы H01H 43/00)

Владельцы патента RU 2613623:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) (RU)

Устройство терминального управления на основе вариационных принципов содержит блок отношения, пять блоков сумматоров, четырнадцать блоков умножения, блок вычисления производной, блок линии задержки, вход эталонного сигнала, блок хранения констант, соединенных определенным образом. Обеспечивается повышение точности управления. 5 ил.

 

Изобретение относится к области автоматических систем управления и может быть использовано для решения задач приведения динамических систем в заданную точку фазового пространства за заданное время.

Наиболее близкими по технической сущности к заявленному изобретению являются решения, реализующие алгоритмы «мягкого» терминального управления в статье Разоренова Г.Н. «Метод синтеза законов «мягкого» и «сверхмягкого» управления конечным состоянием систем» /Г.Н. Разоренов //Изв. РАН. Теория и системы управления. – 2013. – №2. – С. 3 – 17. Их недостатком является эффект резкого увеличения управляющей силы в терминальной точке. Это связано с особенностью решения в конечный момент времени. Данное обстоятельство хорошо изучено и для борьбы с ним разработаны различные приемы устранения такой особенности. Однако непосредственное использование таких решений приводит к тому, что в конечный момент времени управляемая динамическая система находится в некоторой окрестности терминального состояния, что является недостатком.

Цель изобретения – повышение точности управления за счет устранения эффекта резкого возрастания управляющей силы в терминальной точке.

Техническим результатом является снижение ошибки управления в терминальной точке, что достигается устройством терминального управления, которое содержит блок отношения 1, блоки сумматоров 2, 5, 7, 6, 19, блоки умножения 3, 4, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 20, 21, 22, блок 11 вычисления производной, блок 18 линии задержки, вход эталонного сигнала, блок хранения констант 23.

Сущность изобретения поясняется фигурой 1, где представлено устройство терминального управления, при этом вход устройства соединен со входом блока 18 линии задержки и входом 2 блока 19 формирования суммы, выход блока 18 соединен со входом блока 11 формирования производной, выход блока 11 соединен со входом 1 блока 6 формирования суммы, выход которого соединен со входом 1 блока 3 формирования произведения, выход которого соединен со входом 1 блока 2 формирования суммы, выход которого соединен со входом 1 блока 1 формирования отношения, выход которого является выходом устройства, первый выход блока 23 хранения констант соединен со входом 1 блока 21 формирования произведения, выход которого соединен со входом 1 блока 19 формирования суммы, выход которого соединен со входом 2 блока 8 формирования произведения, выход которого соединен со входом 1 блока 5 формирования суммы, выход которого соединен со входом 2 блока 1 формирования отношения, выход 2 блока 23 соединен со входом 1 блока 14 формирования произведения, входом 2 блока 4 формирования произведения и входами 1, 2 блока 20 формирования произведения, выход которого соединен со входом 1 блока 13, выход которого соединен со входом 1 блока 8, выход 3 блока 23 соединен со входом 2 блока 14 и входом 2 блока 12 формирования произведения, выход 4 блока 23 соединен со входом 3 блока 14 и входом 2 блока 13 формирования произведения, выход 5 блока 23 соединен со входом 1 блока 9 формирования произведения, входом 1 и 2 блока 15 формирования произведения и входами 1, 2, 3 блока 16 формирования произведения, выход которого соединен со входом 2 блока 17 формирования произведения, выход которого соединен со входом 1 блока 7 формирования суммы, выход которого соединен со входом 2 блока 5, выход 6 блока 23 соединен со входом 1 блока 4 и входом 1 блока 22 формирования произведения, выход которого соединен со входом 1 блока 17 и входом 2 блока 10 формирования произведения, выход которого соединен со входом 3 блока 2, выход блока 4 соединен со входом 2 блока 3, выход 7 блока 23 соединен со входом 2 блока 22, входом 2 блока 21 и входом 1 блока 12, выход которого соединен со входом 2 блока 6, выход блока 14 соединен со входом 2 блока 2 и со входом 2 блока 9, выход которого соединен со входом 2 блока 7, выход блока 15 соединен со входом 1 блока 10.

Пояснить работу устройства позволят следующие выкладки.

Структура оптимального закона управления как функции обобщенных координат имеет вид:

(1)

где - время начала управляемого процесса, - время окончания управляемого процесса, - заданное время перевода в терминальное состояние, q - обобщенная координата, - скорость.

Устройство работает следующим образом. В момент времени на вход блока 18 линии задержки подается значение и на вход 2 блока 19 формирования произведения, с выхода блока 18 на следующий такт значение поступает на вход блока 11 формирования производной, с выхода блока 11 значение поступает на вход 1 блока 6 формирования суммы, с выхода блока 6 значение поступает на вход 1 блока 3 формирования произведения, с выхода блока 3 значение поступает на вход 1 блока 2 формирования суммы, с выхода блока 2 значение поступает на вход 1 блока 1 формирования отношения, с выхода блока 1 значение поступает на выход устройства. С выхода 1 блока 23 хранения констант значение D поступает на вход 1 блока 21 формирования произведения, с выхода блока 21 значение –D поступает на вход 1 блока 19, с выхода блока 19 значение поступает на вход 2 блока 8 формирования произведения, с выхода блока 8 значение поступает на вход 1 блока 5 формирования суммы, с выхода блока 5 значение поступает на вход 2 блока 1, с выхода 2 блока 23 значение А поступает на вход 2 блока 4 формирования произведения, на вход 1 блока 14 формирования произведения и на входы 1 и 2 блока 20 формирования произведения, с выхода которого значение А2 поступает на вход 1 блока 13 формирования произведения, с выхода которого значение 6А2 поступает на вход 1 блока 8, с выхода 3 блока 23 значение С поступает на вход 2 блока 14 и на вход 2 блока 12, с выхода которого значение –С поступает на вход 2 блока 6, с выхода 4 блока 23 значение 6 поступает на вход 2 блока 13 и на вход 3 блока 14, с выхода которого значение 6АС поступает на вход 2 блока 9 формирования произведения и на вход 2 блока 2, с выхода 5 блока 23 значение В поступает на входы 1 и 2 блока 15 формирования произведения, входы 1, 2 и 3 блока 16 формирования произведения и на вход 1 блока 9, с выхода которого значение 6АВС поступает на вход 2 блока 7 формирования суммы, с выхода которого значение поступает на вход 2 блока 5, с выхода 6 блока 23 значение 2 поступает на вход 1 блока 22 формирования произведения и на вход 1 блока 4, с выхода которого значение 2А поступает на вход 2 блока 3, с выхода 7 блока 23 значение -1 поступает на вход 1 блока 12, на вход 2 блока 21 и на вход 2 блока 22, с выхода которого значение -2 поступает на вход 1 блока 17 формирования произведения и на вход 2 блока 10 формирования произведения, с выхода которого значение поступает на вход 3 блока 2, с выхода блока 15 значение поступает на вход 1 блока 10, с выхода блока 16 значение поступает на вход 2 блока 17, с выхода которого значение поступает на вход 1 блока 7.

Заявленный технический результат достигается за счет выбора .

Рассмотрим конкретный пример решения задачи терминального управления. Результаты получены на основе математического моделирования.

Пусть и функция Гиббса имеет вид

,(2)

тогда уравнения Аппеля записываются в следующей форме:

(3)

где – управляющие силы.

Требуется синтезировать в аналитическом виде закон оптимального управления динамической системой (2), переводящий ее из начального состояния в состояние покоя из условия минимума целевого функционала:

;(4)

пусть время задано в безразмерных единицах: .

В соответствии с (2), (3)

Решение этого уравнения имеет вид:

(6)

Постоянные интегрирования определяются из краевых условий (1). Исключение времени t1 из (6) позволяет получить структуру закона управления (1).

Оценка эффективности предлагаемого решения проводится на основе сравнения с оптимальным законом терминального «мягкого» управления

(7)

Эти решения имеют особенность в конечный момент времени.

На фигуре 2 изображен закон изменения координаты, на фигуре 3 изображен закон изменения скорости. Решения формул (7) и (1) визуально совпадают.

На фигуре 4 приведены управляющие силы, где сплошной линией обозначены кривые, полученные с использованием формулы (1), а пунктирной линией - на основе формулы (7).

На фигуре 5 представлен фазовый портрет в конечный момент времени. Расчеты показали, что в конечный момент времени (1) обеспечивается точное попадание в точку (7) в точку . Таким образом, из примера следует, что ошибка управления прототипа по координате больше, чем у предлагаемого решения, что обусловлено эффектом резкого возрастания управляющей силы в терминальной точке.

Результаты, приведенные в примере, позволяют сделать заключение о достижении заявленного технического результата.

Устройство терминального управления на основе вариационных принципов содержит блок отношения 1, блоки сумматоров 2, 5, 7, 6, 19, блоки умножения 3, 4, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 20, 21, 22, блок 11 вычисления производной, блок 18 линии задержки, вход эталонного сигнала, блок хранения констант 23; при этом вход устройства соединен со входом блока 18 линии задержки и входом 2 блока 19 формирования суммы, выход блока 18, соединен со входом блока 11 формирования производной, выход блока 11 соединен со входом 1 блока 6 формирования суммы, выход которого соединен со входом 1 блока 3 формирования произведения, выход которого соединен со входом 1 блока 2 формирования суммы, выход которого соединен со входом 1 блока 1 формирования отношения, выход которого является выходом устройства, первый выход блока 23 хранения констант соединен со входом 1 блока 21 формирования произведения, выход которого соединен со входом 1 блока 19 формирования суммы, выход которого соединен со входом 2 блока 8 формирования произведения, выход которого соединен со входом 1 блока 5 формирования суммы, выход которого соединен со входом 2 блока 1 формирования отношения, выход 2 блока 23 соединен со входом 1 блока 14 формирования произведения, входом 2 блока 4 формирования произведения и входами 1, 2 блока 20 формирования произведения, выход которого соединен со входом 1 блока 13, выход которого соединен со входом 1 блока 8, выход 3 блока 23 соединен со входом 2 блока 14 и входом 2 блока 12 формирования произведения, выход 4 блока 23 соединен со входом 3 блока 14 и входом 2 блока 13 формирования произведения, выход 5 блока 23 соединен со входом 1 блока 9 формирования произведения, входом 1 и 2 блока 15 формирования произведения и входами 1, 2, 3, блока 16 формирования произведения, выход которого соединен со входом 2 блока 17 формирования произведения, выход которого соединен со входом 1 блока 7 формирования суммы, выход которого соединен со входом 2 блока 5, выход 6 блока 23 соединен со входом 1 блока 4 и входом 1 блока 22 формирования произведения, выход которого соединен со входом 1 блока 17 и входом 2 блока 10 формирования произведения, выход которого соединен со входом 3 блока 2, выход блока 4 соединен со входом 2 блока 3, выход 7 блока 23 соединен со входом 2 блока 22, входом 2 блока 21 и входом 1 блока 12, выход которого соединен со входом 2 блока 6, выход блока 14 соединен со входом 2 блока 2 и со входом 2 блока 9, выход которого соединен со входом 2 блока 7, выход блока 15 соединен со входом 1 блока 10.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к средствам планирования графиков расписания. Технический результат – обеспечение средств создания и изменения графика расписания для устройств различного типа.

Информационно-управляющий комплекс автоматизированной системы управления (ИУК АСУ) подготовкой двигательных установок (ПДУ) и технологическим оборудованием (ТО) ракет космического назначения (РКН) на техническом и стартовом комплексах (ТК И СК) содержит автоматизированные рабочие места операторов (АРМ), блок управления связи и коммутации (БУСК) с устройствами коммутации локальной вычислительной сети (КЛВС), шлюз связи с комплексом единого времени (ШСЕВ), блоки ввода-вывода измерительной информации и сигналов управления (БВВИ), табло коллективного пользования (ТКП), блоки кабельных соединений (БКС), блоки соединений датчиков и исполнительных механизмов (БСД), четыре двунаправленные шины данных, исполнительные механизмы БКН, соединенные определенным образом.

Изобретение относится к технологиям для управления компонентами, ассоциированными с комнатой для совещания, с использованием мобильного телефона. Технический результат - управление ассоциированными с комнатой компонентами с использованием мобильного телефона.

Изобретение относится к управлению деятельностью организационных систем. Предметная область - системы управления объектами наблюдения в контролируемом пространстве и во внешней среде, включая информационные системы и сети, робототехнические объекты, которые оказывают влияние на состояние деятельности организационных систем.

Изобретение относится к способу (варианты) и системе для машинной резки заготовки материала на части и машиночитаемому носителю. В процессе лучевой резки нескольких частей (31, 32, 33, 34) из заготовки материала осуществляют управление резкой с использованием набора регулирующих правил и переменных для резки двумерных форм или шаблонов.

Изобретение относится к системам аналитического контроля пульповых продуктов, растворов или суспензий в потоке, применяемых в горно-обогатительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области автоматических устройств, а именно к цифровому оборудованию систем контроля и управления технологическими процессами. Техническим результатом является повышение надежности.

Изобретение относится к робототехнике. Технический результат заключается в обеспечении многоальтернативной оптимизации моделей за счет автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов, повышении эффективности ориентации в окружающей среде и надежности работы создаваемых мехатронных устройств.

Изобретение относится к робототехнике. Технический результат заключается в создании мехатронно-модульного робота с многоальтернативной оптимизацией моделей их структурного синтеза для ориентации в окружающей среде.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к робототехнике, и может быть использовано при создании мехатронно-модульных роботов. Технический результат заключается в создании мехатронно-модульного робота, применение которого позволит ускорить процесс синтеза, а также повысить эффективность ориентации в окружающей среде и надежность работы создаваемых мехатронных устройств, преимущественно мехатронно-модульных роботов.
Наверх