Самонастраивающееся устройство с эталонной моделью

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

328433

Союз Соеетскиз

Сецизлистичесниз

Респеблив

Зависимое от авт. свидетельства ¹ 261519

МПК G 05Ь 17/02

Заявлено 15Х!.1970 (№ 1457502i18-24) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 02.11.1972. Бюллетень № 6

Дата опубликования описания 10.IV.1972

Комитет оо делом изобретений и открытий ори Совете Министров

СССР

УД К 621.396.662.6 (088.8) Авторы изобретения

К. А. Пупков, Б. И. Прокопов и В. С. Синяков

Московский институт электронного машиностроения

Заявитель

САМОНАСТРАИВАЮЩЕЕСЯ УСТРОЙСТВО

С ЭТАЛОННОЙ МОДЕЛЬЮ

Изобретение относится к технической кибернетике H может быть использовано в система.; с широким, априори неизвестным диапазоном изменения обобщенных параметров объекта и возмущающих воздействий таких, например, как система стабилизации летательного аппарата или система автоматической на,стройки электронной аппаратуры и т. п.

Известное устройство кроме основного контура содержит контур самонастройки в виде мостовой схемы. В плечи моста включены ,основная система, содержащая регулятор и ,объект регулирования, и эталонная модель основной системы. Диагональ моста состоит лз последовательно соединенных сумматора, квадратичного детектора, сглаживающего фильтра, делительного устройства и корректирующего фильтра, подключенного к регулятору основной системы. При этом делителем устройства является выходная координата цепи, состоящей из квадратора, входом которого служит выходной сигнал эталонной модели и сглаживающего фильтра.

В этих самонастраивающихся устройствах длительность и форма переходного процесса по регулируемой контуром настройки координате, а также устойчивость контура самонастройки существенно зависят от величины коэффициента усиления объекта управления.

При этом всегда имеется опасность, что при достаточно больших ".паченпях коэффициента усиления К0 объекта управления контур настройки станет неустойчивым, а следовательно, утратит свою работоспособность. B то же самое время прп очень малых Ко длительность переходного процесса в контуре самонастройки становится черезмерно большой, что также влечет за собой ухудшение работы основной системы управления.

lO Для расширения области устойчивой работы самонастраивающихся устройств в случае сверх широкого диапазона изменения коэффициента усиления объекта управления и улучшения динамических свойств контура само15 настройки за счет устранения зависимости длительности и формы переходного процесса в нем от величины коэффициента усиления ооъекта управления предполагается ввестпдополнптельную нелинейную обратную связь с

20 выхода контура самонастройки через блок изменения масштаба на вход множительного устройства. Множительное устройство стоит в диагонали моста. Оно включено последовательно между квадратичным детектором и

25 сглаживающим фильтром известного контура самонастройки, т. е. так, что вторым его сомножителем (входом) является выходной сигнал квадратичного детектора, а выходной сигнал (произведение) поступает на вход

30 сглаживающего фильтра.

328433 а() =f(t)+N(t).

45 функция

Вьсдепие дополнительной нелинейной ооратпой связи сохраняет устойчивость контура самонастройки, а следовательно, и работоспособность системы в целом при достаточно большом коэффициенте усиления К, объекта управления. При этом длительность и форма переходных процессов в контуре самонастройки практически не зависит от диапазона измсsenna Ко(t).

На чертеже представлено предлагаемое самонастраивающееся устройство.

Основной контур системы управления состоит из последовательно соединенных четырех элементов схемы, где 1 — элемент сравнения, производящий операцию вычитания выходного сигнала х основной системы управления из входного сигнала g, например суммирующий усилитель постоянного тока. Входной сигнал равен где f (t) — управляющая команда;

Ж (t) — возмущение, действующее на вход основной системы;

2 — регулятор коэффициента усиления К„ основного контура, например, электромеханпческое или электронное множительное устройство;

8 — корректирующий фильтр, имеющий передаточную функцию Êt, (S), например, активная или пассивная цепь систем постоянного тока, где S — комплексный аргумент;

4 — объект управления, имеющий передаточную функцию Ko(t) Wo(S), например, механическая, электрическая или электромеханйческая система. Коэффициент усиления объекта является функцией времени

У, (S) — передаточная функция неизменяемой части объекта управления;

Элементы схемы 1 — 4 образуют первое плечо контура самонастройки, построенного по мостовой схеме.

5 — эталонная модель основной системы управления с передаточной функцией

% э(5) = ", например, пассивная или т,$+1 активная цепи систем постоянного тока. Входной координатой эталона является сигнал ошибки у=g — х. Эталонная модель задает желаемые динамические свойства; б — элемент сравнения, выполняющий операцию вычитания выходного сигнала системы х из выходного сигнала эталонной модели х„, например, суммирующий усилитель постоянного тока;

7 — квадратичный детектор, осуществляющий операцию умножения сигналов в и х„, например, электронное множительное устройство;

8 — умножитель, вычисляющий произведение координат z и т, например, электромеханическое или электронное множительное устройство;

33

4

9 — сглаживающий фильтр, имеющий пере1 даточную функцию tD>(S) = --- — -, напри1 мер активная цепь систем постоянного тока;

10 — делитель, вычисляющий частные например, электромеханический или электронный умножитель в сочетании с усилителем постоянного тока;

11 — сглаживающий фильтр, имеющий пстs+1 редаточную функцию cD>(S) = †- —, например активная цепь систем постоянного тока;

12 — блок изменения масштаба, осуществляющий умножение на некоторое постоянное значение р, например потенциометр или усилитель постоянного тока;

1Ç вЂ” квадратор, возводящий во вторую степень выходную координату х„эталонной модели, например электронное множительное устройство;

14 — сглаживающий фильтр, имеющий пеК редаточную функцию Фэ (S) — —, нат„.S+ 1 пример активная цепь систем постоянного тока.

Второе плечо моста образует эталонная модель.

Диагональ мостовой схемы состоит из последовательно соединенных элементов схемы

7 — 11.

В дополнение к известному устройству блоки 9, 10, 11 диагонали моста охвачены местной нелинейной обратной связью с выхода блока ll, через блок 12 на вход множительного устройства 8, которое отсутствовало у прототипа.

Описанный выше недостаток прототипа математически объясняется тем, что когда нелинейная обратная связь отсутствует, координаты е и Кр связаны уравнениями

2(/) = >"(6 (/) К,(/)

U(t) = j q,(t — о)Л(а) до с, Vt(t — о) — импульсная переходная линейного звена 11. с

1 J (t )У()!

1 с, сигнал V считаем здесь постоянным.

y (t — т) — импульсная переходная функция линейного блока 9, или, объединяя эти уравнения, получаем

t t

К (t) — S9,() J7 ()X„() (=)K()Ы (1)

Из формулы (1) видно, что регулируемая контуром настройки координата К„ существенно зависит от величины К,(о) (t,(s(t). При достаточно больших по величине К,(1) наступает неустойчивость контура настройки, при этом последний утрачи328433 вает свою pBQOTocliocOoilOcTb. При малых жс значениях К, (t) длительность переходных процессов значительно увеличивается и тем больше, чем меньше величина A o(t).

При прочих равных условиях, когда введена нелинейная обратная связь, уравнения, связывающие е li К,, уже имеют другой вид, а именно

t t

U(t) = j,(t — ) "(-)m(s)d-. = s р,(t — s)z() "d-.. o о

Ko()

Здесь учтено то обстоятельство, что при заданной структуре основного контура целью самонастройки можно сичтать точное или приближенное выполнение равенства

Kp(t) Ко(4 — Кэт (2) где Кр(/); К,(t) и ʄ— коэффициенты усиления регулятора, объекта управления и эталонной модели соответственно.

Из уравнения (2) получаем

К,()= "

С другой стороны

Кр() = ",(— -)

Ko(=) d,d 1К

Ko() Vq о о —;)х„(.-) =-(;)ы=.

В уравнении (3) наблюдавшейся ранее зависимости К„(t) от К, нет. Это связано с тем, что введена дополнительная нелинейная обратная связь.

5 Сказанное остается справедливым и в том случае, если коэффициент К, объекта в каждой реализации процесса принимает постоянные, но различные от реализации к реализации значения.

10 Таким образом, дополнительная нелинейная обратная связь приводит к практической независимости длительности и формы переходных процессов по координате К„, а также устойчивости контура самонастройки от диапазона

15 изменения К, (/) .

Предмет изобретения

Самонастраивающееся устройство с эталонной моделью по авт. св. № 261519, отличаю20 и1ееся тем, что, с целью расширения области устойчивости устройства прп широком диапазоне изменения коэффициента усиления объекта управления и улучшения качества переходного процесса в контуре самонастройки, 13

25 нем дополнительно установлены квадратичный детектор и блок изменения масштаба, вход которого соединен со входом регулятора с настраиваемым коэффициентом, а выход — с одним из входов дополнительного квадратич30 ного детектора, другой вход которого соединен с выходом детектора, а выход — с входом первого сглаж»вающего фильтра.

328433

Составитель А. -Лащев

Техред 3. Тараненко

Корректор В. )Колудева

Редактор Е. Гончар

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 712/16 Изд. № 183 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5