Система оптимального управленияоб'ектами второго порядка

 

«й л.+ 1Фм }цфЩ(ек

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П

ИЗОБРЕТЕНИЯ

II»798704

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 020179 (21) 2706390/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет—

Опубликовано 230181. Бюллетень No 3

Дата опубликования описания 230181 (51)pA. Кр 3

G 05 В 13/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 62-So (088.8) (72) Автор изобретения

В. М. Синеглаэов

Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия

Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54) СИСТЕМА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ

ВТОРОГО ПОРЯДКА

Изобретение относится к системам автоматического управления, предназначено для QIITHMBJII Ho."o по быстродей ствию управления колебательными динамическими объектами с переменными параметрами и может быть использовано для управления детальными аппаратами и различными технологическими процессами.

Известны системы оптимального 10 управления, позволяющие минимизировать время управления динамическими объектами, которые содержат основной контур управления и контур самонастройки, причем контур самонастрой- 15 ки, содержит настраиваемую модель, блок сравнения, блок управления моделью, триггеры, блок начальных уставок, сумматор и блок эквивалентность (1)е 20

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому .является система оптимального управления объектами второго порядка, содержащая первую модель, первый выход которой соединен с входом первого блока сравнения, а первьЯ вход — с блоком управлений первой моделью, подключенной входом к выходу нульоргана, второй и третий вхолы 30 с первым и вторым выходами объекта соответственно, четвертый вход— с выходом интегратора и первым входом второй модели, второй вход которой подключен к выходу первого триггера, входу первого функционального преобразователя и входу объекта, первый выход которого подключен через блок начальных уставо ок к установочному входу первого трйггера, а также ко входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второй модели, а выход подключен ко входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого функционального преобразователя, а выход — со входом интегратора (2 ).

Однако известная система обладает низкими характеристиками по точности и быстродействию.

Цель изобретения - повыаение точности и,быстродействия системы.

Эта цель достигается тем, что система содержит второй сумматор, триггеры, ключи, блоки сравнения, блоки эквивалентности, функциональные преобразователи, инрвертор и блок памяти, первый выход первой модели через последовательно сое798704 диненные второй функциональный преобразователь, второй блок сравнения соединен с первым входом первого ключа, второй вход которого подключен к выходу третьего блока сравнения, первым входам первого и второго блоков эквивалентность, а выход - соединен со входом блока памяти, выход которого подключен ко второму входу первого блока эквивалентности, соединенного выходам (О с первым входом второго ключа, второй вход которого подключен ко второму выходу первой модели, входу второго сумматора, на третий вход подается произвольный ненулевой сигнал, а выход подключен ко входу нуль-органа, соединенного своим выходом с первыми входами третьего и четвертого ключей, соединенных своими вторыми входами с первым и вторым выходами третьего блока эквивалентность, один вход Я которого через второй блок эквивалентность подключен к выходу первого блока сравнения, а второй вход через четвертый блок сравнения подключен к первому выходу объекта и входу четвертого блока эквивалентность, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход — с первым входом пятого ключа, подключенного вторым входом через инвертор ко кторому выходу объекта, а выходом. - ко второму входу второго сумматора, выход которого соединен со входом пятого блока сравнения, подключенного выходами ко входу третьего триггера, выход которого соединен с пятым выходом первой модели и входом третьего блока сравнения, а установочный вход третьего триггера соединен с установочным входом первого триггера, подключен- 40 ного своими входами к выходам третьего и четвертого ключей.

На фиг. 1 представлена блок-схема систеьы оптимального управления объекта ми второго порядка, а на фиг. 2 переходной процесс.

Система оптимального управления объектами второго порядка содержит первую модель 1, первый выход которой соединен со входом первого бло- у0 ка 2 сравнения, а первый вход — с блоком управления первой моделью 3, подключенной входом к выходу нульоргана 4, второй и третий входы с первым и вторым входами объекта 5 соответственно, четвертый вход— с выходом интегратора 6 и первым входом второй модели 7, второй вход которой подключен к выходу первого триггера 8, входу первого функционального преобразователя 9 и входу бО объекта 5, первый выход которого подключен через блок 10 начальных уставок к и установочному входу первого триггера 8, а также ко входу первого сумматора 11, второй вход 4$ которого соединен с выходом второй модели 7, а выход подключен ко входу блока умножения 12, второй вход которого соединен с выходом первого функционального преобразователя 9, а выход — co входом интегратора 6, при этом первый выход первой модели

1 через второй функциональный преобразователь 13, второй блок 14 сравнения соединен с перным входом первого ключа 15, второй вход которого подключен к выходу третьего блока 16 сравнения, входом первого 17 и второго 18 блоков эквивалентность, а выход соединен со входом блока памяти 19, выход которого подключен ко второму входу первого блока 17 эквивалентность, соединенного выходом со входом второго ключа 20, второй вход которого поцключен ко второму выходу первой модели 1, входу второго сумматора 21, на третий вход подается произвольный ненулевой сигнал, а выход подключен ко входу нуль-органа

4, соединенного своими ныхсдами со входами третьего 22 и четвертого 23 ключей, соединенных своими вторыми входами с первым и вторым выходами третьего блока 24 эквивалентность, один вход которого через второй блок 18 эквивалентность подключен к выходу первого блока 2 сравнения, а второй вход через четвертый блок

25 сравнения подключен к первому выходу объекта 5 и входу четвертого блока 26 эквивалентность, второй вход которого соединен с выходом первого блока 2 сравнения, а выход — с первым входом пятого ключа

27, подключенного вторым входом через инвертор 28 ко второму выходу объекта 5, а выходом - ко второму входу второго сумматора 21, выход которого соединен со входом пятого блока 29 сравнения, подключенного выходами ко входам третьего триггера 3, выход которого соединен с пятым входом первой модели 1 и входом третьего блока 16 сравнения, а установочный вход соединен с установочным входом первого триггера 8, подключенного своими входами к выходам третьего 22 и четвертого 23 ключей.

На фиг. 2 представлен оптимальный по быстродействию переходной процесс, где приняты следующие обозначения: координаты объекта, х1(М), х ()) координаты модели, Задачей оптимальной по быстродействию системы управления колебательными объектами является формирование последовательности оптимальных управ-лений вида +О„, „, -0,» », +О„„к„„ или

" Uea» ° +U mcus Uaa» где О„щ„- максимальное значение управляющих воздейстний как функции фазовых координат объекта управления х„(), х () . При этом система реализует нелийейный закон управления, определенный на

798704 фазовой плоскости управлением линии переключения.

Поскольку кусочно-нелинейная аппроксимация функции переключения сопряжена со значительными погрешностями, то для реализации закона управления может быть использована модель, многократно и в "быстром" времени реализующая уравнения движения объекта. При этом управляющее воздействие, подавае,мое на объект, выбирается, исходя из свойств траектории модели в окрестнос ти нуля

О -Sign О» Sign Х» Sign nx» (1 где x„ - текущее значение кос. динаты объекта х» (Ъ), "15 х„,О„"„ - значение координаты модели

x„(V) и ее управляющего воз действия в момент х (4) О, в случае, когда последняя перемена знака управляющего воздействия, подаваемого на модель произошла в интервале Ж

0<)х, (М)(2.. L

Управляющее воздействие, подаваемое на модель, работающее в ускоренном масштабе времени определяется

Ом S i Оп Гх2 (V) -х25 i gn x»Sign х»(М) (2)25 где x,x — текущее координаты сбъекта;

xÄ(V),х (М)-текущее координаты модели.

Когда параметры объекта неизвестны, Зу то непосредственное построение линии переключения невозможно и для реализации оптимального по быстродействию алгоритма управления необходимо идентифицировать объект. 3$

Система работает следующим образом.

Изменение параметров объекта 5 приводит к появлению н его выходе отклонения регулируемой переменной х (t). По знаку х»(t) блок 10 начальнйх уставок производит набор значения управления на первом шаге движения объекта 5, что обеспечивается установкой триггера 8. При этом триг- 45 гер 30 переводится в то же состояние, чта в тригере 8. На вход объекта 5, второй модели 7, функционального преобразователя 9 подается управление

Ю Sign х (t), что вызывает измене- () нйе выходных сигналов объекта 5 и модели 7. Выходные сигналы объекта 5 и модели 7 поступают на входы сумматора 11для формирования сигнала рассогласования E. (t ), вызванного измеле.нием параметров объекта .5. Сигнал (е) с выхода сумматора 11 подается на один из входов блока 12 умножения, на другой вход которого поступает выходной сигнал функционального преобразователя 9, структура которого lg определяется по методу вспомогательного оператора. Выходной сигнал блока

12 умножения, определяющий скорость изменения переменного параметра объекта 5, посредством интегратора 6 пода- Я ется на выходы первой и второй моделей 1 и 7.

При этом на блок 26 эквивалентность подаются сигналы с блоков 2 и

16 сравнения, соответствующие Sign X„(V, О = t/ä„ö)>1 †.масштаб Bp|MPHè и Sign x, В зависимости от сигнала "1" или "0" на выходе блока 26 эквивалентность через ключ 27 на вход сумматора 21 поступает х или х>, на другой вход которого поступает значение х (4).

В зависимости от знака выходного сигнала сумматора 21 посредством блока

29 сравнения и триггера 30 реализуетя закон управления (2) моделью 1.

Изменение переменных объектов 5 x„(t) v и x (t) поступают как начальные услое

Н вия в модель 4, которая в быстром .времени" реализует уравнения движе: ния объекта.

До момента попадания l x„ (+)I (абсолютная величиаа х (М) образует» ся вследствие прохождения величины х„(4) через функциональный преобразователь 13 в зону, соответствующую 2, на выходе блока 14 сравнения появляется "1", в результате чего через ключ 15 с блока 16 сравнения проходит сигнал "1" или "0", соответствующий Sign О », который запоминается в блоке 19 памяти и подается на вход блока 17 эквивалентность ° Поскольку на .его второй вход подается тот же самый сигнал, то на инверсном выходе блока 17 эквивалентность появляется

"0". В результате чего через ключ

20 проходит ненулевой произвольный сигнал, на выходе нуль-органа 4 вырабатывается нулевой сигнал, модель 1 продолжает оставаться в режиме "решение", ключи 22 и 23 закрыты, триг.гер 8 остается в прежнем состоянии, т.е. управление, подаваемое на объект, остаетЧя прежним. В случае попадания

jx„(V)I в зону соответствующую 2, при наличии в ией переключения управ.ляющего воздействия U на инверсном выходе блока 17 эквивалентность появляется "1", в результате чего через ключ 20 на вход нуль-органа 4 поступает сигнал x>H) . Если x>(Q) = О, то нуль-орган вырабатывает сйгнал, поступающий на вход блока управления моделью, ключи 22 и 23 открываются для прохождения сигналов с блока 24 сравнения, на выходе которого реализуется соотношение (1). В результате чего триггер 8 устанавливается в состояние, соответствующее соотношению (1). В то же время сигнал, поступающий с нуль-органа 4 на блок 3 управления моделью, вызывает изменение режима работы модели 1, перевода ее .в режим задания начальных усло« вий. После этого весь режим работы, системы повторяется.

Движение объекта. 5 при подобном управлении происходит по траектории

798704 обеспечивающей минимальную деятельность процесса управления.

Результаты исследований, проделанных на макете предлагаемой системы оптимального управления, показали, что по сравнению с указанным аналогом удалось повысить точность реализации процесса управления на 50%, а быстродействие на 30%.

Формула изобретения

Система оптимального управления объектами второго порядка, содержащая первую модель, первый выход которой соединен со входом первого блока сравнения, а первый вход - с блоком управления первой моделью, подключенной входом к выходу нуль-органа, второй и третий входы модели — с первым и вторым выходами объекта соответственно, четвертый вход — с выходом Щ интегратора и первым входом второй модели, второй вход которого подклю-. чен к выходу первого триггера, входу первого функционального преобразователя и входу объекта, первый выход которого подключен через блок начальных уставок к установочному входу первого триггера, а также ко входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второй модели, а выход подключен ко входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого функционального преобразователя, а выход — со входом интегратора, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия системы, она содержит второй сумматор, триггеры, ключи, блоки сравнения, блоки эквивалентности, функциональные преобразователи, инвертор и блок фО памяти, первый выход первой модели через последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, второй блок сравнения соединен с первым входом первого ключа, второй вход которого подк.тючен к выходу третьего блока сравнения, первым входам первого и второго блоков эквивалентность, а выход соединен со входом блока памяти, выход которого подключен ко второму входу первого блока эквивалентность, соединенного выходом с первым входом второго ключа, второй вход которого подключен ко второму выходу первой модели, входу второго сумматора, а выход подключен ко входу нуль-органа, соединенного своим выходом с первыми входами третьего и четвертого ключей, соединенных своими в=орыми входами с первым и вторым. выходами третьего блока эквивалентность, один вход которого через второй блок эквивалентность подключен к выходу первого блока сравнения, а второй вход через четвертый блок сравнения подключен к первому выходу объекта и входу четвертого блока эквивалентность, второй вход которого соединен с выходом перmorc блока сравнения, а выход — с первым входом пятого ключа, подключенногд вторым входом через инвертор ко второму выходу объекта, а выходом — ко второму входу второго сумматора, выход котороro соединен со входом пятого блока сравнения, подключенного выходами ко входу третьего триггера, выход которого соеди-. нен с пятым входом первой модели и входом третьего блока сравнения, а установочный вход третьего триггера соединен с установочным входом первого триггера, подключенного к своими входами к выходу третьего и четвертого ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2405048/24,кл.G 05 В 13/02, 17.09.76.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 92456037/24,кл. G 05 В 13/02, 01.01.77 (прототип),