Система управления для объектов с запаздыванием

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕ,ПЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 010679 (21) 2774892/18-24 (5! ) М. Кл.

Союз Соаетскик

Социалистических

Республик с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

G 05 В 17/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и Открытий

Опубликовано 300831- Бюллетень ¹ 32

Дата опубликования описания 300881 (53) УДК 62-50 (088.8) (72) Авторы изобретения

Е.A. Сухарев, 10.Д.Левичев и В.,г. Брусбв у

1 с

1 ! ! (71) Заявитель (54 ) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ

С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ

Изобретение относится к автоматике и может найти применение при проектировании систем автоматического управления объектами с запаздыванием.

Наиболее близкой к предлагаемой является система автоматического управления объектами .с запаздыванием, содержащая последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, регулятор, модель объекта без запаздывания, первый блок задержки, третий сумматор, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, а второй вход — с выходом модели объекта беэ запаздывания, выход регулято15 ра через первый усилитель соединен со входом объекта с запаздыванием, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора f1/, Однако известные системы автоматического управления обладают высокой чувствительностью к изменениям параметров объекта, что ведет к снижению качества упра "ения и понижению устой-25 чивости в условиях дрейфа параметров объекта, а также при неточном знании его параметров., полученных в результате идентификации.

Цель изобретения - снижение чувствительности системы автоматического

30 управления к изменениям. коэффициента усиления объекта управления и повыше.— ние устойчивости в условиях воздействия на него неконтролируемых возмущений.

Указанная цЕль достигается тем, что система содержит последовательно соединенные четвертый сумматор, второй блок задержки, обратную модель объекта беэ запаздывания, второй усилитель, первый интегратор, блок деления, дифференциатор, третий усилитель и пятый сумматор и последовательно соединенные третий блок задержки, второй интегратор и четвертый усилитель, выход которого соединен со вторым входом блока деления, второй вход пятого сумматора соединен со входом дифференциатора, а выход— со вторыми входаьж первого и второго усилителей, первый вход четвертого сумматора соединен с выходом первого блока задержки, второй вход — с выходом объекта с запаздыванием, вход которого соединен со входом третьего блока задержки.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемой системы автоматического управления объектом с запаздыванием.

860002

Задающее воздействие.Y>z> поступает на вход первого сумматора 1, на второй вход которого подается инвертированный сигнал с выхода объекта 2 с эапазд"(а . ием. Сигнал с выхода первого сумматора 1 поступает на вход второго сумматора 3, на второй вход кото5 рого подается инвертированный сигнал с выхода третьего сумматора 4 ° Сигнал, полученныи на выходе второго сумматора 3, поступает на вход регулятора 5, с выхода которого сигнал проходит на вход модели объекта 6 без запаздывания и на вход первого усилителя 7. С выхода модели объекта 6 беэ запаздывания сигнал подается на первый вход третьего сумматора 4 и на вход блока 8 задержки, с ныхода которого он поступает на первый вход четвертого сумматора .9 и с обратным знаком на второй вход третьего сумматора 4. На 2О второй вход четвертого сумматора 9 подается инвертированный сигнал с выхода объекта .2 управления. Сигнал, полученный на выходе четвертого сумматора 9, поступает на вход блока

10 задержки, с выхода которого он дается на вход обратной модели 11 объекта без запаздывания, с выхода обратной модели 11 объекта без запаздывания - на информационный нход второго усилителя 12, а оттуда — на ЗО вход интегратора 13 блока. С выхода первого интегратора 13. сигнал подается на первый вход блока 14 деления, на нторой вход которого поступает сигнал с выхода четвертого усилителя 35 (15. На вход последнего подается сигнал с выхода второго интегратора 16, на вход которого поступает сигнал с выхода нторого блока 17 задержки.

На вход блока 17 временной задержки 4О подается сигнал с выхода первого уси, лителя 7. С выхода усилителя 7 сигнал дополнительно подается на вход обьекта 2 управления, на вход последнего поступает также возмущающее воздейстние f . С выхода блока 14 деления сигнал, равный отношению выходного сигнала первого интегратора 13 к выходному сигналу усилителя 15, поступает на вход дифференциатора 18 и на первый вход пятого сумматора 19.

С выхода дифференциатора 18 сигнал подается на усилитель 20, с выхода которого сигнал поступает на второй вход пятого сумматора 19. С выхода сум(атора 19 сигнал подается на параметри- 55 веские входы второго усилителя 12 и первого усилителя 7.

Обозначим передаточную функцию обьекта 2 с запаздыванием через

W(,(Р)е 1, передаточную функцию модели 60 объекта 6 беэ запаздывания — через

W 1р), передаточную функцию второго блока 10 временной задержки — е рд, 5-е Р,15-е 7 передаточную функ— Р(, с+д) цию обратной модели 11 объекта без запаздывания — W >. Пусть e((((a(() = До где К вЂ” коэффициент усиления объекта полином и-го порядка от р, пусть также W (Р)= @-д(„-;, тогда W "у)

60(о) м(д р где К вЂ” перестраиваемый коэффицйент усиления усилителей 7 и 12.

Запишем выражение для иэображения выходного сигнала объекта в виде

К К, е ll сКС (1) а, (p) где V u F — иэображения по Лапласу управления U„ и возмущения

Для иэображения выходного сигнала модели выражение имеет вид

-рС

Км-е V (2) м тогда для иэображения сигнала ошибки на выходе сумматора 9 имеем м С (K ККс ) е V -KF чо (.Р) (3) для изображения выходного сигнала обратной модели 11 объекта управления (К - КК,) -V(+>7 «.К

E = * — е v "— e-e(4(К м м

Перейдем далее к оригиналам и запишем выражение для сигнала на выходе усилителя 12

Км ККс у К с

К U(t- Г-n) м — f (t-ü). (5)

Км

На выходе интегратора 13, осуществляющего интегрирование на скользящем интервале времени Т, имеем

КК у Км ККc K U(9 )d9j,T Kм

КК

- ) — c f(9)d9 (6) дт Kh

Рассмотрим случай, когда изменения коэффициента усиления объекта значительно более ниэкочастотны по сравнению с внешним воздействием т.е. Т «Т, где Т и Т вЂ” времена спадания автокорреляционйых функций внешнего возмущения и коэффициента усиления объекта соответственно. В этих условиях самонастройку коэффициентов усиления К усилителей 12 с и 7 имеет смысл проводить, исходя из условия минимизации функционала от величины К, †.ККс.

Тогда, очевидно, коэффициент усиления Кс долж< -н изменяться так, чтобы произведение ККс оставалось по возможности постоянным и равным коэффициенту усиления модели К . При таком режиме самонастройки переменная, н реальных условиях величина КК должна быть значительно более нйзкочастотной по сравнению с К и Кс в отдельности ° С учетом описанных ранее соображений, а также при условии, что время интегрирования Т удовлетворяет неравенству Т < СТ Т„ (3) 860002 (12) Далее с учетом того, что коэффициент усиления усилителя 20 численно равен Г+д, нетрудно записать выражение для алгоритма самонастройки к (t) = t e g(t -ь) -к — — (t:+s)

d (e-ь) с de кк1 в выражении (6) величины к — кк и — 4 м с м и можно вынести из-под знака интеграла, заменив их на среднеинтегральные значения, т.е.

-Е-а (;и 5

5 (К„-KKc) d ВХ " U(O- ) В t т. " т, м =-ь t-(.) с -т-() (к,к +.-т-д

Интеграл от случайного эргодического процесса с нулевым математическим ожиданием, каковым обычно является внешнее возмущение, на интервале, удовлетворяющем условию (7), можно приравнять нулю, т.е, 15

t-h

fe Ode О, . (9)

Е,-а-т тогда выражение для сигнала на выходе интегратора 13 имеет вид -ь

20 — Г (К -КК ) d& Х вЂ” U (Е-С)а9 (10)

4-д-т

Сигнал на выходе усилителя 15 с учетом того, что его коэффициент усилениЯ Равен 1/Км, а вРемЯ интегриРования интегратора 16, также как и у интегратора " 3 равно Т, будет равен

Ф,-д

= Г ф - U(6- ) d6), м тогда на выходе блока 14 деления имеем .-ь (Kì K Kc) d6

1 т -, На выхаде дифференциатора 18 выражение для сигнала после замены перемен-35 ных с - д = ue) и использования теоремы

Лейбница-Ньютона можно привести к виду

И) (Kv KKc) d 40

a t. d(()) ц)-т (13) (-т) Kc (- T) -K(C) ()

Гаким образом, изобретение позволяет увеличить устойчивость системы управления, сниз ить чувствительность при действии на систему в условиях неконтролируемых помех.

Формула изобретения

Система управления для объектов с запаздыванием, содержащая после— довательно соединенные первый суммаТ0р, второй сумматор, регулятор, модель объекта без запаздывания, первый блок задержки, третий сумматор, выход которого соединен со вто— рым входом второго сумматора, а второй вход — c выходом модели объекта беэ запаздывания, выход регулятора через первый усилитель соединен со входом объекта с запаздыванием, выход которого соединен со вторым вхо-. дом первого сумматора, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повышения устойчивости системы в условиях неконтролируемых помех, она содержит последовательно соединенные четвертый. сумматор, второй блок задержки, обратную модель объекта беэ запаздывания, второй усилитель, первый интегратор, блок деления, дифференциатор, третий усилитель и пятый сумматор и последовательно соединенные третий блок задержки, второй интегратор и четвертый усилитель, выход которого соединен со вторым входом блока деления, второй вход пятого сумматора соединен со входом дифференциатора, а выход — со вторыми входами первого и второго усилителей, первый вход четвертого сумматора соединен с выходом первого блока задержки, второй вход — c выходом объекта с запаздыванием, вход которого соединен со входом третьего блока

Задержки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Догановский С.А, Иванов В.A. устрЬйства запаздывания и их применение в автоматических системах. М., "Машиностроение", 1966, с ° 267 (прототип).

860002

Составитель А. Лащев

Техред М. Рейвес Корректор A. Ференц

Редактор А, Лежнина филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7546/71 Тираж 940 ПОдписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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