Автомат-настройщик для систем управления
(iii924669
Союз Советски к
Социалист ичесниз
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (»)»11» 11o 01.08.80 (21) 2972089/18-24 (5l ) М. Кд. з с присоединением заявки № (23) ПриоритетG 05 В 13/02
3Ьвуаарстккньй комнтет сссР ао деиам кзабретений и открытий
Опубликовано 30.04.82. Бюллетень № 16
Дата опубликования описания 30.04.82 (53) УДК 62-50 (088. 8) (72) Авторы изобретения
В. В. Евстифеев и А. А. Лукашенков
Московское ордена Ленина, ордена Трудового! Красного Знамени и ордена Октябрьской Революции высшее техническое училище им. Н. Э. Баумана (7() Заявитель (54) АВтОмАт-НАстРОИЦ>ик для систем
УПРАВЛЕНИЯ
Изобретение относится к автомати ческому управлению и регулированию и может быть использовано для автоматической настройки и выбора параметров систем управления и стабилизации различного назначения, в частности автопилотов, авторулевых, радиоэлект. ронных аппаратов с автоматической настройкой параметров.
Известны автоматы-настройщики си" стем автоматического управления, ис" пользующие при своей работе принцип ункционирования беспоисковых анаитических самонастраивающихся систем с эталонными моделями (11. о
Недостатком указанных автоматовнастройщиков следует считать. необходимость выполнения для их эффективной работы достаточно широких ограни. чений, вытекающих из предположения о близости начального положения рабочих точек эталонной модели и рас " смотренной системы.
Наиболее Ьлизкой к предлагаемой является беспоисковая самонастраивающаяся система автоматического управ. пения с эталонной моделью, содержащая последовательно соединенные задатчик тестовых сигналов, эталонную модель, блок вычисления ошибок настройки, блок формирования частных производных критерия настройки по ошибкам настройки, блок умножения
10 и блок интегрирования, выход которого соединен с первыми входами системы управления, первый и второй выходы которой соединены с соответствующими вторыми входами блока вычисле15 ния ошибок настройки, а второй входс выходом задатчика тестовых сигналов, и идентификатор (21.
Наличие идентификатора существенно усложняет автомат-настройщик и может по. отдельным характеристикам ухудшать процессы настройки, в частности затягивать их и уменьшать точность автомата-настройщика.
24669 ти, блоков считывания в обратной последовательности и третьими входами устройств умножения и интегрирования, причем выход блока вспомогательных операторов соединен с вторым входом блока умножения.
Указанная цель достигается тем, что автомат-HacTpokqax содержит задатчик режимов настройки, блок син15 хронизации, блок считывания в прямой последовательности, последовательно соединенные первый преобразователь аналог - код, первое запоминающее устройство, первый коммутатор, первый блок считывания в обратной последовательности, первое устройство умножения и интегрирования, первый преобразователь код - аналог, блок вспомогательных операторов, последовательно
25 соединенные второй преобразователь анало г - код, второе: запоминающее устройство, второй коммутатор, второй блок считывания в обратной последовательности, второе устройство умножения и интегрирования, второй преобразователь код - аналог, вход первого преобразователя аналог. - код связан с выходом объекта управления - первым выходом системы управления, вход второго преобразователя аналог " код со- 35 единен с устройством сравнения настра" иваемой системы " вторым выходом си" стемы управления, второй выход перво" го запоминающего устройства через блок считывания в прямой последовательности подключен к вторым входам устройств умножения и интегрирования, выход второго преобразователя коданалог связан с вторым входом блока вспомогательных операторов, выход бло-45 ка интегрирования соединен с третьим входом блока вспомогательных операторов, выход задатчика режимов настройки связан с входом задатчика тестовых сигналов, с вторым входом блока интегрирования, с четвертым входом блока вспомогательных операторов, с вторыми входами коммутаторов и че рез блок синхронизации с вторыми входами первого и второго преобразовате- 55 лей аналог - код, первого и второго преобразователей код - аналог, блока считывания в прямой последовательнос3 9
Цель изобретения - повышение точности путем исключения известного идентификатора, упрощения вспомогательных операторов, введения сверток по времени выхода объекта управления с собой и с выходом устройства сравнения сигналом ошибки) настраиваемой системы и использования особей" ностей работы автомата-настройщика, заключающихся в применении фиксированных тестовых сигналов.
На чертеже приводится пример блочно-функциональной схемы системы.
Работа автомата-настройщика ини-, циируется задатчиком 1 режимов настройки, выходной сигнал которого подается на вход задатчика 2 тестовых сигналов, второй вход блрка 3 интег рирования скоростей перестройки пара метров, четвертый вход блока 4 вспомогательных операторов, вторые входы первого 5 и второго 6 коммутаторов и на вход блока 7 синхронизации.
Выходной сигнал задатчика 2 является входным для эталонной модели 8 и вторым входом для подлежащей настройке системы управления, состоящей из объекта 9 управления, устройств управления в прямой 10 и обратной 11 цепи и устройства 12 сравнения. Выходной сигнал, и сигнал ошибки эталонной модели, и выход объекта 9 (первый выход системы управления), и выход устройства 12 сравнения (второй выход системы управления} настра. иваемой системы подаются на входы блока l3 вычисления ошибок настройки, выход которого подключен ко входу блока 14 Формирования частных производственных критерия настройки по ошибкам настройки. Выход блока 14 подключен к первому входу блока 15 умножения.
Первый выход системы управления связан с первым входом первого преобразователя 16 аналог - код, выход которого подключен к последовательно соединенным первому запоминающему устройству 17, первому коммутатору 5, первому блоку l8 считывания в обратной последовательности, первому устройству 19 умножения и интегрирования, первому преобразователю 20 коданалог, выход которого связан с первым входом блока 4 вспомогательных операторов. Второй выход системы автоматического управления соединен с первым входом второго преобразователя 21 аналог - код, выход которого подключен к последовательно соединенным второму запоминающему устройству
22, второму коммутатору 6, второму
S 924669 6 блоку 23 считывания в обратной после- Д с, „ 4 цр д „ 1 довательности, второму устройству 24 . Q.<, Г „ „ „ С + ф j умножения и интегрирования, второму преобразователю 25 код " аналог, вы-, " ..==(с1 .,) " = (""4 В4сру, - ) t ход которого связан с вторым входом блока 4 вспомогательных операторов.
Второй выход первого запоминающего д4Ц 3*cj < Ob Я устройства 17 соединен с первым входом блока 26 считывания в прямой по- де i = 1 ..., щ j = 1, ..., п ° следовательности, выход которого о подключен к вторым входам устройств операторы в скобках (так называ19 и 24 умножения и интегрирования. емые вспомогательные) содержат опера"
Выход блока 7 синхронизации связан торы lUo, а,,Ф, которые зависят от со вторыми входами преобразователей априорно неизвестных параметров объ16 и 21 аналог - код, преобразовате- 1$ екта управления. Последнее обстоятель лей 20 и 25 код - аналог, блоков 18, ство и влечет при реализации самонаст.
23 и 26 считывания и с третьими вхо- Раивающеися системы ограничивающие дами устройств 19 и 24 умножения и Рабочий диапазон предположения о блиинтегрирования. эости начального положения рабочих
Выход блока 4 вспомогательных one- уо точек эталонной модели и расстроенраторов соединен с вторым входом ной системы управления, что позволяет блока 15 умножения, выход которого вместе вышепоименованных неизвестных подключен к первому входу блока 3 операторов применить соответствующие интегрирования скоростей перестройки опеРатоРы эталонной системы lUOe, e, параметров. Выход блока 3 связан с 2$ сР,; иначе необходимо включение в со" третьим входом блока 4 вспомогатель" став автомата-настройщика идентификаных операторов и через первые входы торов параметров оператора объекта системы управления с устройствами lUa или операторов контура управле" управления в прямой 10 и обратной 11 "ив (" """ 6 ) цепи. зр Используя обычное предположение
Автомат-настройщик работает следу- квазистационарности, в преобразова" ющим образом. ниях Лапласа при, без потери общносцбозначчи 1 (1 () и, нулев х на альн х Ус овиЯх: раторы соответственно объекта управ- % (S) МЯ 0(ц "Ф)=ХЬ)/ф) ления и управляющих устройств в пря- 35 евых начал . — (g) ти нулевых начальных условиях: О= мой и обРатной цепи; *,, д-с- векто- = (s)/u(s); сР(5}= x(s)/u(s), где иры перестраиваемых параметров раз- входной сигн . е к (к = 1 входной сигнал. сли для к-го (K = мерности соответственно и и.п. В сог вполне определенный (фиксированный) диентной самонастройки перестройка 40 тестовый сигн тестовый сигнал ц, то на примере параметра производится по закону последнего из " (1) а* ае 7к д ь =-f а ()) х(з)е(8) =
@, — о„@) à е, где 3.= const T 0; g — критерий настройки, четная функция или функционал 45, ЯЬ/с к f 1 .1 ошибки настройки е = Ge — 6 или tt Q) Д4-с е = x в - х (6e и õe- сигнал ошибки и выходной сигнал эталонной модели
Первый сомножитель является модифиЭ
6 и x - сигнал ошибки и выходной цированным вспомогательным оператором, сигнал настраиваемой системы). Опера- 5в (х 6 — РезУльтат свеРтки сигналов хю
Ременнои Maacxv используется ф (1 + lU lU N -4ц 1 . по Ф кт соответствия Роиэведения а а) e h ошибке Q= (1 + N lU lU ) 4 1ак как Ражений свертки оригиналов х(5) Е(Я) эталонная модель не содержит 4 i, 4 е;
Проведение аналогичных подстановок е е. Щ 55 то -g - у } — = g <= позволяет перейти от выражений (1) к
t n9i 5„ tcp аю >., " (+» t txs) .-(-- ; .)tax} „, У Х / Be k =- 1, . ° ., r ° Бсли сигналы u (s), k = 1, ..., r имеют несложную структуру, то при сравнении (1) и (2) имеет место вывод об упрощении вспомогательных операторов. При их обозначении соответственно (3) как В(1зЛсх), (Bcjkx), H(like), (Вс3Ы) для k-го режима настройки ц „= Я.(кукк) кк ь (< IS АкК вЂ” Л(к ах кк Ь(С кк) {ККJ,, (Кй Аcj =-it( g(cjkx), Д (1Ыс6), Д(cjk6) для k-го режима через четвертый вход блока модифицированных вспомогательных операторов разрешается, работа операторов Б(1Жх), H(cj1cc), H(like, B(cjk6) для данного режима k. Тестовый сигнал un c выхода задатчика 2 поступает з на вход эталонной модели 8 и на вто" рой вход настраиваемой системы управления, блокам 9"11, которой отвечает соответственно операторы N, Ne, Wc Сигналы се и xg эталонной модели и E и х настраиваемой системы подаются в блок 13 вычисления ошибок настройки, выходы которого соответствует е(=Re - с, е = хв- — х и подаются на блок 14 формирования частных производных критерия настройки по ошибкам настроики, выходы которого И д3. бе„ де подаются на первые входы блока 15 умножения. Выход задатчика 1 режимов настройки связан с входом блока 7 синхронизации, на выходе которого образуется последовательность тактовых импульсов 1 = 1, ..., N которая через вто . 55 рые входы подается на преобразователи 16 и 21 аналог - код и в соответст69 8 вии с которой осуществляется преобразование выхода объекта 9 управления .в последовательность кодов х (.1), х N) и выхода устройства 12 сравнения( (сигнала ошибки) в последовательность кодов g (.1), ..., g (ГГ) . Получаемые коды запоминаются в ячейках памяти 1 = 1. ..,, N соответствующих запоминающих устройств 17 и 22. Первый выход первого запоминающего устройства 17 через первый коммутатор 5 связан с первым входом первого блока 18 считывания в обратной последовательности, выход второго запоминающего устройства 22 через второй коммутатор 6 связан с первым входом второго блока 23 считывания в обратной последовательности. Второй выход первого запоминающего устройства 17 соединен с первым входом блока 26 считывания в прямой последовательности. Вторые входы блоков 18, 23 и 26 считывания также связаны с выходом блока 7 синхронизации, Наличие очередного тактового 3 -го импульса (I) «(N) на вторых входах блоков 18 и 23 считыва. ния в обратной последовательности разрешает на данном 9-м такте после.— довательно считать коды х 01, х (12 и о 503, ..., 5 (11 хранящиеся в 0, 0-I ..., 1 ячейках соответствующих запоминающих устройств, . e то время как наличие очередного -го тактового импульса на втором входе блока 26 считывания в прямой последовательности разрешает на данном Р -м такте последовательно считат ь коды х Р1, ..., х ГО), хранящиеся в 1, ..., g-1, Q ячейках первого запоминающего устройства 17. Считываемые коды последовательно передаются с выхбдов первого и второго блоков 18 и 23 считывания в обратной последовательности на первые входы первого и второго устройств 19 и 24 умножения и интегрирования, на вторые входы которых поступает последовательность кодов с выхода блока 26 считывания в прямой последовательности. Третьи входы устройств умножения и интегрирования также связаны с выходом блока 7 синхронизации. Наличие очередного д -го тактового импульса на третьих входах устройств 19 и 24 разрешает на данном У -м такте последовательно перемножить поступающие на первый и второй входы коды. Проведение перемножения в первом устрой4924б69 10 задания значений (xxf х $ ф x ) совместно с fx6)-, Выход блока 4 модифицированных вспомогательных операторов соединен ) с вторым входом блока 15 умножения выходные сигналы которого z !!(l;«lf»»l;, » (el 10 ь(41(!! (Х6 s(vi»c){»el подаются на первые входы блока 3 интегрирования, где интегрируются с соответствующими весами Х (1ЖХ ; д iL (cjkx), Я (1ik 6Ъ,3. (cjk6) ° На выи- - ходах блока 3 интегрирования образуют1д ся необходимые изменения параметров А.! !- у 1 = 1 у ° б ° ф IA» ALg p j = I ô ..., и, которые через первые входы системы управления выставляются в ro устройствах управления в прямой 10 и обратной цепи 11, а также подаются л » на третий вход блока 4 для коррекции входящих в него операторов Ре 2s W<(41) j ®4с),, = ) . р 8 )i. > * дЩ c 8 -сь Предлагаемое конструктивное peiiie" ние позволяет добиться схемно-конструктивногоо упрощения а в томата- настрой— щика и повышения точности его работы при Ьольших начальных рассогласованных рабочих точек; эталонной модели и расстроенной системы автоматическо - 3s го управления путем введения сверток по времени выходного сигнала настраиваемой системы с собой и с выходом устройства сравнения настраиваемой системы управления и использования 40 особенностей работы автомата-настройщика заключающихся в применении фик. » Ъ сированных тестовых сигналов. Формула изобретения стве 19 умножения и интегрирования позволяет на данном 0 "м такте полу чить последовательность х (1) х t9); х С21х СО-"1; ХР91 хИ, (3 представляющую ряд дискретных значе ний псдынтегральной функции интегра ла свертки первого выхода настраива змой системы автоматического управл ния на себя во временной области хх (t. ) = 5 x(t0-t)x(Е )d 7ь, где ty = Р h.; 6 — величина такта по вре мени. Последующ!ее интегрирование по следовательности (3), в частности, путем суммирования с весом b, и нако aeHme!" 1!((! ) =E„x Т!, 1 х (1- q + 1 и преобразование в первом преобразо вателе 20 код - аналог, второй вход которого также связан с выходом бло ка 7 синхронизации, позволяет получить на 0 -м такте. на первом входе блока 4 модифицированных вспомогате ных операторов сигнал со значением 1 < (!1 ) I XX) (t 0 ). Проведение пе множения во втором устройстве 24 ум ножения и интегрирования позволяет .на данном 0 -м такте получить после юовательность кИ ЫЙ; хМ СЬ 61!" ALOE KL v А и накоплением J (0}= у=1 6I9- q + 1)L и преобразование во втором преобразователе 25 код - ана- 4s пог, второй вход которого также свя( зан с выходом блока 7 синхронизации, позволяет получить на 0 -м такте на втором входе блока 4 модифицированных вспомогательных операторов сигнал со значением 1 (О ) (xI) (tg ) . Связь вторых входов коммутаторов 5 и 6 с выходом задатчика 1 режимов настройки позволяет обеспечить получение на первом (4 втором входах блока 4 модифицированных вспомогательных операторов, в зависимости от режима настройки, соответствующих вариантов. Автомат-настройщик для систем управления, содержащий последовательно соединенные задатчик тестовых сигналов, эталонную модель, блок вычисления ошибок настройки, блок формирования частных производных критерия настройки по ошиЬкам настройки, блок умножения и блок интегрирования, выход которого соединен с первыми входами системы управления, первый и второй выходы которой соединены с соответствующими вторыми входами блока вычисления ошибок настройки, а второй вход - с выходом задатчика тесто92466 вых сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности автомата-настройщика, он содержит задатчик режимов настройки, блок синхронизации, блок считывания в прямой последовательности, последовательно соединенные первый преобразователь аналог - код, первое запоминающее устройство, первый коммутатор, первый блок считывания в обратной последова- !О тельности, первое устройство умножения и интегрирования, первый преобразователь код - аналог, блок вспомога- тельных операторов, последовательно . ,1 соединенные второй преобразователь l5 аналог - код, второе запоминающее устройство, второй коммутатор, второй блок считывания в обратной последовательности, второе устройство умножения и интегрирования, второй пре- 20 образователь код - аналог, вход пер" вого преобразователя аналог - код связан с первым выходом системы управления, вход второго преобразователя аналог - код соединен с вторым 25 выходом системы управления,, второй выход первого запоминающего устройства через блок считывания в прямой последовательности подключен к вторым входам устройств умножения и ин- зо тегрирования, выход второго преобразователя код - аналог связан с вто9 12 рым входом блока вспомогательных операторов, выход блока интегрирования соединен с третьим входом блока вспомогательных операторов, выход задатчика режимов настройки связан с входом задатчика тестовых сигналов, с вторым входом блока интегрирования, с четвертым входом блока вспомогат льных операторов, с вторыми входами коммутаторов и через блок синхронизации - с вторыми входами первого и второго преобразователей аналогкод, первого и второго преобразователей код — аналог, блоков считыва" ния в обратной последовательности, с вторым входом блока считывания в прямой последовательности и с третьими входами устройств умножения.и интегрирования, причем выход блока вспомогательных операторов соединен с вторым входом блока умножения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Новоселов Б. В., Горохов Ю. С., (обзев A. А. и др. Автоматы-настройщики следящих систем., "Энергия", 1975, с. 264. 2, Солодовников В. В., Шрамко Л.С. Расчет и проектирование аналитических самонастраивающихся систем с эталонными моделями. И., "Машиностроение", 1972, с. 270 (прототип) . 924669 Составитель А. Лащев Редактор С, Крупенина Техред Т.Маточка Корректор М, Пожо Заказ 2817/б5 Тираж 908 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035) Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
