Самонастраивающаяся система управления

 

1и) 65 ОО53

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИ Я

К ABTQPC. !" СМУ СВ1 1ЯЕТЕЛЬСТВУ

Юани ОаВапжик

Сацкаллстических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11.01.77 (21) 2443151/18-24 (51) М. 1<л."G 05В 17/00 с присоединением заявки М

Государственный комитет

ЬО С-Р (23) Пр оритет аQ дела наобре)еии (43) Опубликовано 28.02.79. Бюллетень № (53) УДК 62.50 (088.8) и а; ирытий (45) Дата опубликования описания 28.02.79 (72) Авторы изобретения

Б. И, Прокопов и О. И. Копысов

Московский институт =-лектронного машиностроения (71) Заявитсл » (54) САМО Н АСТРА И БА1О".1 ;ЛЯ СЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано при построении систем управления и стабилизации различного назначения, в частности в автопилотах, в авторулевых, в радиоэлектронной аппаратуре при автоматической настройке их параметров.

Известны самонастраиватощиеся системы, содержащие эталонную модель, умпожители, сумматор, блоки вычитания и иптеграторы 11).

Известным самопастраиваюгцимся системам с эталонной моделью, предназначенным для автоматической настройки двух и более параметров, присущи следую цие недостатки; влияние амплитуды и формы управляющего или возмущающего воздействия на длительность и вид переходных процессов настройки параметров; взаимное влияние процессов настройки в одном из каналов системы на переходные процессы в остальных канала";; сравнительно узкий диапазон начальных отклонений объекта управления, при которых самонастраивающаяся система сохраняет устой IHBocTb u р а ботоспос об п ость.

Эти недостатки снижают точность работы самонастраивающи ся систем и сужают область их применения.

1-таиболее близким техническим решением к изобретению яьляется самонастраивающаяся система управления, содержащая эталонную модель, умножители, сумматор, блоки вычитания и интеграторы. Соответствующие выходы объекта управления подключены к первым входам соответствующих умножителей, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих

10 интеграторов, а выходы умножителей — к входу сумматора, выход которого подключен к входу объекта управления. Одноименные выходы объекта управления и эталонной модели присоединены к входам

15 блока вычитания,(2). К недостатку прототипа относится невысокая точность как следствие невозможности получения экспоненциального переходного процесса по настраиваемым параметрам с наперед задан20 ной длительностью.

Цель изобретения — увеличение точности системы путем получения экспоненциального переходного процесса по настраиваемым параметрам с наперед заданной

25 длительностью.

Поставленная цель достигается тем, что в самонастраивающуюся систему управления введены допочнительные интеграторы с обратной связью, дополнительные умноЗО жители, матричный делитель и параллель650053 ные цспн из последовательно соединенных дополнительных интеграторов с обратной связью; входы первых из нх соединсны с соответствующими выходами объекта упpBB;IcHI н с выходами каждого допел ительного интегратора с обратной связью своей цепи, которые в свою очередь соединены с входами матричного делителя, выходами подключенного к первым входам соответствующих дополнительных умножптс лей. Выходы соответствующих блоков вычитания соединены с вторыми входамн дополнительных умножителей, выходы «оторых подключены к входам соответствующих интеграторов.

На чертеже представлена схема самонастраивающейся системы управления, в которой объект управления имест 2-й порядок (N-2).

На чертеже приняты обозначения;

Объект управления — 1; эталонная модель — 2; умножители — 3; сумматор—

4; блоки вычитания — 5; интеграторы — 6; дополнительные интеграторы с обратной связью — 7; матричный делитель — 8; дополнительные умножители — 9; хь х> выходные координаты объекта 1 управления; уь у — выходные координаты эталонной модели 2; вь в - — выходные координаты бло;ов 5 вычитания; баь 6a — выходные сигналы интеграторов 6> гll г, г ь

722 — выходные сигналы дополнительных интеграторов 7 с обратной связью; W«, W», +21, 22 — выходные сигналы матричного делителя 8; /(/) — выходной сигнал.

Работу самонастраивающейся системы управления можно описать следующим образом с помощью матричных дифференциальных уравнений.

Объект управления х(/) = А(х) (/) + (ЛА+ oA(/))х(t)+ F (/), (1) х(0) = х„ где (x(t) = (х, (t) ...x>. (t) ) — вектор выходных координат объекта управления; т — символ транспонирования;

А — известная;

ЛА — неизвестные постоянные матрицы параметров объекта управления; оА (t) — (N р, Ж) — матрица, отличные от нуля элементы которой перестраиваются контуром самонастройки.

А, ЛА и бА (t) имеют вид:

О 1

ΠΠ— а — а

О

ЬА:

Ьа, О. Ьа, !

О ... 0

"®==! О О

О ... О ы,(/)... .а (/) !

F (t) = (О... Oi (i) J — (N y,1) -- вектор входного воздействия.

Уравнение эталонной модели 2

g(t ) = Ау()+ F(i), (О) — .„(2) (дс (у(i) = (уу (i) ...i .у (i) )" — Вектор вы кодных координат эталонной модели 2.

Выходные координаты вь...,е., олоков 5

15 вычитания удовлетворяют уравнению

:-(/) =- A= (t) + X (t) ®,: (0) =-:-„(3) где

I =-, (/)

e (t) =

i Ф) х, (t) — у, (/) (4)

x (t) — у„(t) 20

Ла, — а, (t) (5) 25

Ьа, — а, (t) — вектор параметрического рассогласования

О... О

X(t) =

Л, (t)... Xgt)

35 (ca (t) J. = а(i) = Т (t) - (i), са (0) = О. (7) Здесь — /М- (), ВеЯ()+ О

0, DetP (t) = О

P — (t) = Ая,ХГ (t), (9)

Det R(t1 где DetR(t) — определитель матрицы;

A6jR (i) — присоединенная матрица, составленная из алгебраических дополнений соответствующего элемента матрицы

60 R (t) и транспонированная.

Самонастраивающаяся система управления, представленная на чертеже, работает следующим образом.

Объект 1 управления для придания ему

65 динамических свойств, заданных эталонной

55 — (Ь )(N) — матрица, Выходные координаты r;, (i, j=1,..., Л ) дополнительных интеграторов 7 с обратной связью, удовлетворяют матричному диффе40 ренциальному уравнению

P(i) = %9{i)+RЯ Q+Х(), Я(О) =О, (6) где / =Ыад (Х„...,a„-) — диагональная постоянная (N)(N) — матрица.

Перестройка параметров 6a(i) производится в соответствии с уравнением

650053

5 моделью 2, замкнут обратными связями по выходным координатам хь...,х; .ерез -!ервые входы умно>кителей 3 и сумматор 4.

Блоки 5 .вычитания производят сравнение одноименных выходных "îîðäèíàò ооъ- б екта 1 управления и эталонной модели 2 по формуле (4) .

Выходная координата х, объекта управления соединена с входом дополнительного интегратора 7 с обратной связью, стоящсго 1п первым в цепи из N последовательно ".псдиненных дополнительных интеграторов с обратной связью. Аналогичным образом соединены выходная координата х: " "дополнительным интегратором 7 с обратной свя- 15 зью, стоящим первым во второй цепи. Оощее число цепей, составленных из Л1 последовательно соединенных дополпитсл,— ных интеграторов с обратной связью, равно У. На чертеже N=2. Каждый выход 2о дополнительных интеграторов с обратной связью, стоящих в одной цепи, соединен со своим входом и с входом первого дополнительного интегратора с обратной связью этой же цепи. Дополнительные интеграто- 25 ры с обратной связью выполняют интегрирование матричного дифференциального уравнения (6).

Выходные координаты r;, (i, 1 =- 1,...,N) дополнительных интеграторов с обратной зо связью соединены с входами матричного делителя 8, который вычисляет матрицу

W(t) по формуле (8).

Выходы К;; матричного делителя 8 соединены с первыми входами соответствую- Зз щих дополнительных умножителей 9, вы";оды соответствующих блоков 5 вычитания— с вторыми входами дополнительных умножителей 9, выходы которых подключены к входам соответствующих интеграторов 6. 4п

Дополнительные умножители 9 и интеграторы 6 производят решение дифференциального уравнения (7).

Выходы интеграторов 6 соединены с вторыми входами соответствующих умножите- .д лей 3. В случае, если все или некоторые параметры объекта управления не равны соответствующим параметрам эталонной модели 2, выходные сигналы интеграторов

6 изменяются таким образом, чтобы свести 5О параметрическое рассогласование (5) к нулю.

Нетрудно видеть, что выходные координаты е(() блоков 5 вычитания удовлетворяют наряду с уравнением (3) так>ке и алгебраическому соотношению

=- (t) = Я (t) я (t). (10)

Матрица R (t) в выражении (10) удовлетворяет уравнению (6) и представляет ту часть в 8(t), которая зависит только от выходных координат х1(t),...,õ (3), а следовательно, от амплитуды и формы входного воздействия F(t). При этом скорость перестройки параметров 6(t) в известных само- б> настрапвающнхся системах также суще iвепно зависит от вида F(t). Эта a:|псимость, нежелательная с точки зрения работы самонастраивающейся системы, устранястся в предлагаемом !!",îáðåòå!!èè, Это легко показать, Действптель|,о, подставляя в выражения (7), (8) и (10), получаем нли х (t) — — Ла (/), я. (О). (11)

Уравнение (11) имеет решением векторфл нкцию л (/) .: e а (О), (12) где 6(0) -- неизвестное начальное параметрическое рассогласование.

Предложенная самонастраивающаяся система может найти применение в тех областях техники, где известные схемы самонастройки ранее не применялись. Она позволяет повысить точность работы за счет получения экспоненциального переходного процесса по каждому нз настраиваемых параметров с наперед заданной длительностью, эффекта независимости процессов настройки параметров от амплитуды и формы входных воздействий, устранения влияния процесса настройки в одном из каналов на переходные процессы в остальны. „сохранения устойчивости самонастраивающейся системы при любых конечных начальных отклонениях параметров объекта от параметров эталонной модели. Кроме повышения точности и расширения области применения, предложенная самонастраивающаяся система управления дает возможность упростить:первоначальную наладку систем управления и снизить эксплуатационные расходы.

Формула изобретения

Самонастраивающаяся система управления, содержащая эталонную модель, умножители, сумматор, блоки вычитания и интеграторы, соответствующие выходы объекта управления подключены к:первым Входам соответствующих умножителей, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих интеграторов, а выходы умножителей соединены с входом сумматора, выход которого подключен к входу объекта управления, причем одноименные BbIxOды объекта управления и эталонной модели присоединены к входам блока вычитания, отличающаяся тем, что, с целью увеличения точности системы путем получения экспоненциального переходного процесса по настраиваемым параметрам с наперед заданно" длительностью, в нее введены дополнительные интеграторы с обратной связью, дополнительные умножители, матричный делитель и параллельные

650053

L

Составитель А. Лашев

Техред А. Камышникова

Корректоры: Л. Брахнина и Е. Хмелева

Редактор E. Караулова

Заказ 2714/3 Изд. № 164 Тираж 1014 Подписное

11ПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2 цепи из последовательно соединенных дополнительных интеграторов с обратной связью, входы первых из них соединены с соответствующими выходами объекта управления и с выходами каждого дополнительного интегратора с обратной связью своей цепи, которые в свою очередь соединены с входами матричного делителя, выходы которого подключены к первым входам соответствующих дополнительных умножителей, выходы соответствующих блоков вычитания соединены с вторыми входами дополнительных умножителей, .выходы которых подключены к входам соответствующих интеграторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5 1. Солодовников В. В., Шрамко Л. С.

Расчет и,проектирование аналитических самонастраивающихся систем с эталонными моделями. М,, 1972.

2. Петров Б. Н., Рутковский В. Ю., Кру10 тона И. Н., Земляков С. Д. Принципы построения и проектирования самонастраивающихся систем управления. М., 1972, с. 161.