Беспоисковое управляющее устройство

 

Союз Советских

Социалистическими

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ОИЗЬСТВУ о»798702 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) ЗаЯвлено 021078 (21) 2669324/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 2 301.81. Бюллетень HP 3

Ъ

Дата опубЛиковаиия описания 230181 (51)М. Кл.

G 05 В 13/02

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК6 2-50 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.С.Лернер и A.Ä,Ãîðáàíåâ (71) Заявитель кишиневский политехнический институт им. С. Лазо (54 ) БЕСПОИСКОВОЕ УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к регулирующим и управляющим системам общего назначения и предназна. ено для использования в оптимальных системах автоматического управления различного назначения, в частности в оптимальных электрических регуляторах для объектов электротехнологии, в которых беспоисковое осуществление программных движений совмещено во времени с фильтрацией, идентификацией и оптимизацией динамических процессов при различных критериях качества.

Существующие методы не дают в замкнутой форме общее решение задачи синтеза оптимальных управлений, совмещенной во времени с идентификацией и оптимальной фильтрацией, в том числе для нестационарных и существенно нелинейных систем.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, построенное на основе метода стохастической эквивалентности и содержащее последовательно соединенные датчик фазовых координат, вычислительный блок, дискриминатор, дискретизатор, формирователь сигналов управления и исполнительный блок, выход которого через объект управления соединен с входом датчика фазовых координат, второй выход вычислительного блока соединен с вторым входом формирователя сигналов управления, а второй вход —S |с= в ы хxо д оoм M пHр оoг р а ммн оorг о б л о кKа, а второй выход дискриминатора соединен с вторым входом дискретиэатора.

В данном устройстве решается задача повыаения точности за счет совме10 щения во времени фильтрации сигнала и оптимизации динамических процессов (11.

Однако это устройство нельзя испольэовать с целью беспоискового

15 осуществления программных движений, а его применение для идентификации, совмещенной с оптимальным управле- нием, в случае существенно нелинейных объектов ограничено. Вследствие применения контактных элементов устройство не обладает достатрчной точностью и надежностью.Использование существующих ЭВМ для определения точек, переключения, хотя и поз25 воляет построить общий алгоритм управляющего устройства, однако существенно усложняет применение устройства и делает его громоздким.

Цель изобретения - повышение точЗр ности и расширение применения уст798702 „,.=d„,fy;dt,Л„„*а„р„„а, к <,.. p, (il, 4S иэ условия попарного уравнения которых, блок 7 сравнения определяет моменты дискретизации Е; и дает сигнал дискриминатору 8, который определяет знаки ураьнивающихся операторов и 5() дает сигнал дискретизатору 9, который управляет формированием соответ твующих управлений в блоке 2. Прораммный процесс задается в качестве оптимального,а экстремизирующего требуемого критерием качества. Для критерия в форме

?"=extr 1, и I=SF(x,õ)ä1 (K) уравнения его экстремалей, например д) в форме уравнений Эйлера-Лагранжа для вариационной задачи

d.д г дР . a а (1a) ройства на существенно нелинейные объекты и системы программного движения за счет совмещения во времени оптимальной фильтрации, идентификации и оптимального управления.

Указанная цель достигается тем, что беспоисковое управляющее устроЯ(ство, содержащее последовательно соединенные датчик фазовых координат, вычислительный блок, дискриминатор, дискретизатор, формирователь сигналов управления и исполнительный блок, выход которого через объект управления соединен с входом датчика фазовых координат, второй выход вычислительного блока соединен с вторым входом формирователя сигна- а5 лов управления, а второй вход — с выходом задатчика (программного блока), второй выход дискриминатора соединен с вторым входом дискретизатора, содержит блок сравнения, вход и вы- 2О ход которого соединены соответственно с вторым и третьим входами дискриминатора.

На чертеже представлена блоксхема предлагаемого устройства. 25

Устройство содержит объект 1 управ ления, формирователь 2 управления, датчик 3 фазовых координат, исполнительный блок 4, вычислительный блок

5, задатчик (программный блок) б, блок 7 сравнения, дискриминатор 8, дискретиэатор 9.

Программный блок б задает желаемый процесс, в который должен быть преобразован управляеьый процесс. Датчик 3 фазовых координат формирует координаты состояния объекта 1, удовлетворяющиеt условиям управляемости.

Исйолнйтельный блок 4 преобразует оптимальные управления в реальные управляющие воздействия. Вычислитель- 40 ный блок 5 формирует величину и знак операторов определяют желаемый оптимальный процесс Х (), являющийся решением (2). Уравнение экстремальной (2а) можно записать в виде системы первого порядка. Тогда объект управления и программный блок описываются дифференциальными уравнениями вида Ф

<(t)=A(t,к)(х(+)+Ч(М), x(t)=A(t, x) к(+) (>) соответственно, где x(t)=х (),..., х>(t) - управляемый процесс после фильтрации; х=н (х ), х (t ) - случайный процесс в объекте, х (t) =ха (t), 1 () - желаемый программный процесс, v(t)-v„ (t), Vn(t) - управления, приведенные к вектору состояния, связанные с реальными управлениями следующим соотношением

АЧ(с) = В О, А fnx n), В -ю(гх и), где 0 = 0,... 0 — реальные управления .ю

p(Q) А„о О д(О) Л,о. О ) дх при случайных начальных условиях в известном начальном распределении вектора состояния. Решаемая задача состоит в формировании управлениЯ, обеспечивающих стохастическую эквивалентность указанных решений

x x(t ÷), х х(t) с одновременной идентификацией оператора A и фильтрацией сигнала объекта. Для процесса, отсчитываемого в отклонении от программного, задача вывода на программное движение решается, иэ условия оптимума энтропии, так же как и рассматриваемые задачи идентификации и фильтрации. Задача оптимизации динамических процессов, в отличие от известного, решается для любого заданного критерия оптимальности, экстремум которого определяет программное движение, формируемое путем задания (2). Для чего формируют функции, характеризующие отклонение управляемого процесса от программного, в виде у (t) x(t) — х (с), у (t) =х (t) -х (с) (4) и прикладывают оптимальные управления, которые для рассматриваемой задачи имеют вил

40 в.

V(T;)=-2уЯ, ЧФ;) =-2А (Ах()-Ах(ь;))i;=7<,... ь„, (5) где Ч(С;)-V (Ь;), . ° .,Vg (t-); С„- точки переключения управлений, определяемые из условия пойарного уравнивания операторов (1)

Например, для системы второго поряд798702 ка оптимальные управления имеют вид

V, (;) = ". (Х (С„) - (S1o) X 3 (Z;) 3

V (C„) = -2 (x<(g1 ) ã. .Î) )1 (;-) первая точка переключения которых находится из условия (t) = - — = — - =Л (t), )1 dt y

1О у fn 2 tn 2

1„,7Ф;) т;т,)

В момент управления отключаются. при использовании устройства для не.линейных объектов, учитывая существенное расширение при этом класса ( получаемых динамических процессов, возникают существенные особенности в построении предлагаемого устройства. Эти особенности связаны с выпол- Щ нением условий управляемости для существенно нелинейных объектов и систем с быстроменяющимися параметрами. Действительно, в момент переключения рассматриваемых оптимальных 2$ управлений оператор замкнутой системы Ао определяется соотношением Ар(Я

М«pд(Ск )Cg (2Е-ехрА(x)

Если осуществить теперь еще переклю) чение в момент „= Tx+E где Е >О - Зр достаточно малая величина, путем при ложения управления 6V (С ) -У (Сс) -Ч Q) то оператор At)(+ 6 3 = -Ao(

"игольчатые" О V (C ) управления обеспечивают быстрое изменение параметров управляемых объектов в соответствии с требованиями их управляемости, Наример,:цля системы второго порядка, если из пары операторов один из них, 40 допустим-Л„1(т1) положителен,то к субъекту.управления прилагаются управ-, ляющие Йоздействия У1 (Qq) -Ч1 (С;), Ч (С ) Ч (0) . В момент (.,+ Я), когда оператор -Л11 изменит знак, 45 управления примут значения Ч ) (б )

V„(Y

ЫЮ Ч1 (61+ Я) - Ч1 (< ) . Как только операторЛ изменит знак и станет поло- () жительным, последующие управления формируются согласно (5) .Приведенные управления У(Г ) являются кусочнопостоянными функциями времени. Число . интервалов приложения управлений определяется размерностью объекта, а поЛное время их приложения Т равно сумме интервалов их дискретизации. Отключаются управления дискретизатором 7 в момент времени Т, когда достигается стохастическая эквивалентность 40 процессов х(t) и x (t). Оптимальная фильтрация осуществляется в течение интервалов дискретизации за счет выделения в моменты с1 значений х(Г ), котооые доставляют максимум информа- 45 ции о случайном процессе F (t),ò.е. характеризует этот случайный процесс без потери информации в нем. Это достигается за счет дискретизации случайного процесса с переменным интервалом У1, определяемым свойствами исходного случайного процесса иэ условия максимума его информацион— ной энтропии. Точки переключения .; управлений, оптимизирующих функциойал энтропии распределения, совпадают с моментами максимума информационной энтропии, что позволяет совместить во времени решение задач оптимального синтеза и оптимальной фильтрации.

Функции дискретного фильтра осуществляют блоки 7,8,9 и 2. Управления

Ч(С) прикладываются до идентификации оператора объекта и используются для его идентификации,-что позволяет осуществить, идентификацию оператора объекта при оп у1мальных управлениях и приводит к совмещению во времени оптимального управления и идентификации. Идентификация сводится к определению интервалов З1 в процессе оптимального движения.

Блок 7 сравнения определяет моменты CX уравнивания операторов Р.11 (t) подсистем и выдает сигналы только при равных по модулю значениях „; (Wx.) А >> (С ), отвечающих выполнению условия стохастической эквивалентности для некоторых пар взаимодей ствующих подсистем. Эта операция реализует в блоке 7 первый этап рассматриваемой фильтрации и одновремен-.. но является составной частью формирования оптимальных управления и идентификации. Дискриминатор 8 необходим для различения знаков Л (G) и пода11 l чи сигналов на формирование "игольчатых" управлений, если знак одного из операторов не положителен.Эта функция дискриминатора является составной частью оптимального управления и иден тификации для существенно нелинейных объектов и содержит элемент фильтрации (когда знаки Л;„- (С„), Ад (ex) сов падают естественным путем, без приложения "игольчатых",управлений). Дискретизатор 9 непосредственно управляет работой формирователя 2 управлений, подключая к нему в дискретные моменты С, С + Е цепочку из блоков

5-7-8-9, и, следовательно, делая воз-, можным снятие сигналов с указанных устройств только в моменты, отвечающие оптимальной фильтрации. Дискретизатор 9 также отключает управле» ние в момент окончания оптимального процесса. Формирователь 2 управлений также совмещает оптимальное управление, идентификацию и оптимальную фильтрацию за счет запоминания сигнала и подачи его на объект в моменты времени, отвечающие максимуму информационной энтропии. При этом

798702 на интервалах фильтрации действие управляющего сигнала на объект не прекращается (за счет функционирования попеременно работающих каналов формирования и запоминания управлени@ .. С целью формирования "игольчатых" управлений в формирователь управлений введен инвертирующий усилитель, управляемый через один из транзисторов бесконтактного коммутатора. Дискриминатор, дискретизатор и формирователь управлений собраны в виде четного числа модулей по числу каналов. По этому же принципу построены программный, вычислительный блоки и блок сравнения. Это позволяет реализовать попарно независи- lS мое формирование всех управляющих сигналов и обеспечивает попарную ! автономность, повышающую помехоустойчивость, быстродействие и належность устройства за счет одновременнои 20 и независимой работы модулей. Блоксхема иллюстрирует автономно-модульный принцип построения устройства.

Основные связи между блоками показаны толстыми линиями ° Модульное выполнение позволяет унифицировать устройство, комплектуя его требуемым чис лом типовых модулей в зависимости от .размерности объекта. Благодаря указан ному модульному принципу, управляющее устройство для каждого типа объекта автоматически собирается в иерархичес кую структуру, отвечающую свойствам данного объекта, Блок 7 сравнения состоит из операционных усилителей с большим коэффициентом усиления и логических элементов И-НЕ, на выходах которых появляются импульсы в случае уравнения соот. ветствукицих операторов. Сравнение всех пар операторов осуществляется 4Q одновременно. Формирование управлений производится раздельно для каждой пары подсистем, уравнивающих: свои свойства. Для этой цели служат бл ки 8,9 и 2 также собираемые из модулей. Дискриминетор 8 определяет знаки операторов пар подсистем, моменты времени переключения "игольчатых" управлений и отключения управлений от объекта, к которому они были приложены и состоит из схемы определения знаков операторов Sign Л,логического формирователя, дешифратора, который в зависимости от сигналов, поступающих от схемы определения знаков операторов и логических фор- Ы мирователей, определяет необходимость приложения соответствующих управлений к объекту. Дискретизатор состоит из схемы согласования, дифференцирующей цепочки и триггеров, d0 управляющих подключением управлений. Триггера устанавливаются в состояние логического нуля при совпадении управляемого процесса с программным, и в состояние логической единицы при отклонении управляемого процесса от программного.

Формирователь сигналов управления содержит запоминающие блоки на операционных усилителях, бесконтактный коммутатор, выполненный на транзисторах и стабилитронах, а также инвертирующий усилитель и сопротивление нагрузки. С целью формирования "игольчатых" управлений в формирователь сигналов управления введен инвертирующий усилитель. Принцип запоминания заключается в том, что пока один иэ усилителей следит за изменениями входного сигнала, второй усилитель хранит запомненное значение управления, приложенного к объекту.

Технико-экономическая эффективность беспоискового управляющего устройства определяется совмещением в одном регуляторе автоматического оптимизатора, обеспечивающего одновременную оптимальную фильтрацию, идентификацию оператора объекта, а также возможность применения устройства для программных и адаптивных систем. В таком устройстве нет необходимости в процессах поиска, самонастраивании, формировании пробных воздействий для изучения объекта. Это позволяет повысить точность управления, а также оптимально управлять сложными объектами с быстро меняющимися параметрами, одновременно фильтруя высокочастотные воздействия.

Формула изобретения

Беспоисковое управляющее устройство, содержащее последовательно соединенные датчик фазовых координат, Вычислительный блок, дискриминатор, дискретиэатор, формирователь сигналов управления и исполнительный блок, вход которого через объект управления соединен с входом датчика фазовых координат, второй выход вычислительного блока соединен с вторым входом формирователя сигналов управления, а второй вход - с выходом эадатчика, а второй выход дискриминатора соединен с вторым входом дискретиэатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности JJGTpoAcI âà, оно содержит блок сравнения, вход и выход которого соединены соответственно с вторым и третьим входами дискриминатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР

9 686012, кл, 6 05 В 13/00,22.06.76 (прототип).

798702

Составитель А.Лаюдев

Техред Т. Маточка

Корректор С.Шекмар

Редактор Л. Кеви

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ч

Заказ 10044/б 0 Тираж 951 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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