Система экстремального управления

 

Ю. Н. Алпатов, E. N. Бондарь, Г. Г. Гишихтер и Г. Б. Городецкий п,":.

I

2 (72) . Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) СИСТЕМА ЭКСТРЕМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к автоматическому управлению, в частности к устройствам для автоматического поиска экст ре мума.

Известно устройство для автоматичес кого поиска экстремума, содержашее генератор поискового сигнала, выход которого соединен с первым входом блока ум ножения и первым входом сумматора, . второй вход которого через исполнител .ный двигатель соединен с выходом блока умножения, а выход - co входом объекта управления, причем выход последнего соединен со вторым входом блока умно жения ).3 .

Такая система обладает сравнительно низким быстродействием, обусловленным тем, что скорость выхода на экстремум пропорциональна значению первой произ2О водной экстремальной статической харак теристики объекта управления, т.е, показателя качества, причем в дальней от экстремума области она монотонно воз растает до значения скорости в точке перегиба статической экстремальной характеристики объекта управления и затем в ближней области убывает до нуля в точке экстремума.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сушкости является система, содержащая последовательно соединенные генератор поисковых сигналов, блок сравнения, объект управления, первый блок умножения и первый фильтр, второй вход блока сравнения соединен с выходом двигателя, первый вход блока сравнения соединен со вторым входом первого блока умножения 2) .

В этой системе скорость выхода на экстремум также пропорциональна значению первой производной статической экстремальной характеристики объекта управления, в связи с чем данная система отличается низким быстродействием, особенно в дальней от экстремума облас ти

3 97433

Целью изобретения является повыше- ние быстродействия системы.

Поставленная цель достигается тем, что система содержит первый и второй источники максимального сигнала и последовательно соединенные удвоитель частоты, фазоврашатель, второй блок умножения, второй фильтр, логический блок и переключатель, выход которого соединен со входом двигателя, второй вход - © с выходом первого источника максимального сигнала, третий вход - с выходом второ1 о источника максимального сигнала, а четвертый вход - с выходом перво, ro фильтра и со вторым входом логичес- И кого блока, выход объекта управления соед п ен со вторым входом второго блока улшоженця, выход генератора поисковых сигпалов соединен со входом удвоителя частоты 20

На фиг. 1 представлена структурная схема системы управления; на фиг. 2ахарактеристика объекта управления, имеющего монотонную симметричную характе. ристику Я (x); на фиг. 2б и 2в - rpa- 25 ! фики изменения и а соответственdX ах% но.

Структурная схема системы содержит генератор поискового сигнала 1, выход которого соединен со вторым входом первого блока умножения 2, первым входом блока сравнения 3, второй вход которого через исполнительный двигатель 4 соеди> нен с выходом переключателя 5, а выЗЗ ход — со входом объекта. управления 6, выход которого соединен с первым входом первого блока умножения 2, выход которого через первый фильтр 7 соединен с первым входом логического блока 8 и с четвертым информационным входом пере« ключателя 5, второй и третий информационные входы которого подключены соответствешю к источникам максимального сигнала 9 и 10, а управляющий вход

45 соединен с выходом логического блока 8, второй вход которого через второй фильтр 11 соединен с выходом второго. блока умножения 12, второй вход которого соединеч с выходом объекта управления 6,а первый вход через фазовраша50 тель 13 и удвоитель частоты 14 — с выходом генератора поискового сигнала 1.

Система работает следующим образом.

С генератора 1 поисковые периодичес- 55 кие колебания поступают на вход обьекта управления 6, представляющего собой нелинейное безынерционное звено с эк »

9 4 тремальной характеристикой, например, вида (фиг. 2а) Q (Х)= 1

К

1+Т Х где х - входной сигнал объекта управления;

К, 1 — постоянные коэффициенты, Е - амплитуда поискового сигнала: ш - круговая частота поискового сиг ала

- время.

Сигнал с выхода объекта 6 подается как на первый блок умножения 2, так и на второй блок умножения 12. Так как характеристика обьекта 8 (х ) является достаточно гладкой функцией, ее можно разложить в степенной ряд и ограничиться первыми членами разложения а х ф@

8 (Х+ d ) = Я (Х)+ d"Х вЂ” +

d õ 2

+...

После умножения выходного сигнала объекта управления на поисковый сигнал, осуществляемое первым блоком умножения 2, получают

Я (х+ sln mt)Csin(ut=в(х)еsinu)t+

ДЙ 2, g ФФ Е э

+ 6 sin мФ+ — — Яп ы1 ак а 2

Усредняя данный сигнал, получают выра« жение

Я(Х+Я 5)ll LUt) = Я(,Х) Е& )ПШФ., характеризующее выход астатического фильтра 7, реализующего операцию интегрирования. Предполагая, что время осреднения достаточно велико, получают

5)Ii UJ t и — i sly =0

2 1

В силу ортогональности cos wt s>nest =0

Отсюда значение сигнала на выходе фильтра 7 пропорционально величине первой производной экстремальной характеристики

<2

8,(g+g е;jд щЦg ssTlоз =—

Bo втором блоке умножения 12 осуществляют перемножение сигналов с вы» хода osIåêòà и поискового, частоту которого при помощи удвоителя частоты. 14 удваивают, а при помощи фазовращателя

13 сдвигают по фазе на ф

Сигнал с выхода второго блока умножения 12

KG(х) cos 2 t+Е 9 пwtcos2ute

g ай дх

9743

9 (х+ Е Б» и vt ) (с,05 1lvt - -—

3

Дк

Сигнал с выхода астатического фильч ра 7, пропорциональный величине первой производной экстремальной характеристики и сигнал с выхода астатического фильт - 15 ра 11, пропорциональный второй производной, поступают на входы логического устройства 8, управляющего работой переключателя 5 в соответствие с таблицей следующим образом. 26

Если система находится в I и ф (дальних) областях экстремальной характеристики объекта фиг. 2 в, то на 2 и 3 информационные входы переключателя 5 падают с источников максимального сиг- 25 нала 9 и 10 соответственно i Е, дх и

-Е„,,„х - постоянные сигналы, пропорциональные максимальной скорости выхода

Область

Знак

Г! ерв». производная

Вторая производная

Подключаемые входы переключателя

2. Справочник Самонастраивающиеся системы. Под. ред. Чинаева, Киев, Наукова Йумка, 1969, с. 37 (прототип).

5 2 ф — — Sin иг t cos2urt

2 дх

= (X+Es nut)fcos2M< осредняют при помощи астатического фильтра 11, получая на выходе фильтра

11 величину, пропорциональную второй производной экстремальной характеристики, т.е.

Формула изобретения

Система экстремального управления, содержащая последовательно соединенные генератор поисковых сигналов, блок сравнения, объект управления, первый блок умножения и первый фильтр, второй вход блока сравнения соединен с выходом двигателя, первый вход блока сравнения . соединен со вторым входом первого блока умножения, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия. системы, она содержит первый и второй источники максимального сигнала и цоследовательно соединенные удвоитель частоты, фазовращатель, второй блок ум5 ножения, второй фильтр, логический блок и переключатель, выход которого соединен со входом двигателя, второй входс выходом первого источника максималь39 6 на экстремум. Если система находится

Во l1 -й (ближней) области экстремальной характеристики объекта, то на 4 информационньФ вход переключателя подают сигнал с выхода астатического фильтра

7, пропорциональный первой производной экстремальной характеристики

Сигнал с выхода переключателя поступает на вход исполнительного двигателя 11, выполняющего интегрирование.

Сигнал с выхода исполнительного двига-. теля, являющийся рабочим воздействием системы, поступает на вход блока сравнения 3 и далее на вход объекта управления

6 так, чтобы отработать возмущающее воздействие х5 и поддерживать систему в точке экстремума.

Таким образом, в ближней от экстремума области скорость выхода на экстремум системы пропорциональна пер- вой производчой статической экстремальной характеристики объекта, а в дальних от экстремума областях I и а система движется с максимальными скоростями

Е„, „ и -Е„, „ соответственно за счет

t чего значительно увеличивается быстродействие системы экстремального управления. ного сигнала, третий вход — с выходом второго источника максимального сигнала, а четвертый вход - с выходом первого фильтра и со вторым входом логического бло, ка, выход объекта управления соедйнен со вторым входом второго блока умноже ния, выход генератора поисковых сигналов соединен со входом удвоителя частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Растригин JL А. Системы экстремального управления. М., Наука", 1974, с. 177.