Адаптивная система управления

Адаптивная система управления, содержащая последовательно соединенные первый измеритель рассогласования, первый блок определения модуля, первый блок умножения, к второму входу которого через последовательно соединенные первый сумматор и релейный элемент подключен выход первого измерителя рассогласования, усилитель, электродвигатель постоянного тока, редуктор, выходной вал которого механически соединен с входами объекта управления и датчика положения, выход которого соединен с вторым входом первого измерителя рассогласования, последовательно соединенные второй измеритель рассогласования и интегратор, а также датчик скорости, вход которого механически соединен с валом электродвигателя, а выход через второй блок умножения соединен с вторым входом первого сумматора, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества переходных процессов и упрощения системы, она содержит первый и второй источники опорного напряжения, второй сумматор, фильтр и второй блок определения модуля, выход релейного элемента через последовательно соединенные фильтр, второй блок определения модуля, второй измеритель рассогласования, к другому входу которого подключен первый источник опорного напряжения, интегратор и второй сумматор, с другим входом которого соединен выход второго источника опорного напряжения, подключен к второму входу второго блока умножения.

Изобретение относится к системам управления с переменной структурой и предназначено для управления объектами при существенном изменении момента инерции, приведенного к валу исполнительного электродвигателя.
Целью изобретения является упрощение системы управления и повышение качества переходных процессов.
На фиг.1 представлена структурная схема предложенной адаптивной системы управления; на фиг. 2 фазовый портрет, поясняющий работу системы.
Адаптивная система управления содержит последовательно соединенные первый измеритель рассогласования 1, первый блок 2 определения модуля, первый блок умножения 3, к второму входу которого через последовательно соединенные первый сумматор 4 и релейный элемент 5 подключен выход первого измерителя рассогласования 1, усилитель 6, электродвигатель 7 постоянного тока и редуктор 8. Выходной вал редуктора механически соединен с объектом управления 9 и датчиком положения 10. Выход последнего соединен с вторым входом первого измерителя рассогласования 1, первый вход которого является входом системы. Система содержит также датчик скорости 11, вход которого механически соединен с валом электродвигателя 7, а выход через второй блок умножения 12 соединен с вторым входом первого сумматора 4. Кроме того, в системе выход релейного элемента 5 через последовательно соединенные фильтр 13, второй блок 14 определения модуля, второй измеритель рассогласования 15, к второму входу которого подключен первый источник опорного напряжения 16, интегратор 17 и второй сумматор 18, со вторым входом которого соединен выход второго источника 19 опорного напряжения, подключен к второму входу второго блока умножения 12.
Система работает следующим образом. После подачи на ее вход задающего воздействия выходной сигнал первого измерителя рассогласования 1 через первый блок 2 определения модуля, первый блок умножения (БУ) 3 (в котором выполняется умножение на +1 или -1 в зависимости от входного сигнала релейного элемента (РЭ) 5) и усилитель 6 подается на электродвигатель 7. Его выходной вал начинает разгоняться, отрабатывая возникшее рассогласование. С датчика скорости 11 сигнал через второй блок умножения 12 поступает на второй (инвертирующий) вход второго сумматора 4. При скачкообразном задающем сигнале или отработке ненулевых начальных условий в системе, а также при соответствующем выборе коэффициента передачи по второму входу первого сумматора 4 на выходе последнего и на входе элемента 5 формируется сигнал переключения
S = +C ,, (1)
где C величина сигнала на выходе второго сумматора 18.
При достижении двигателем определенной скорости вращения происходит смена знака сигнала S и переключение элемента 5. Абсолютная величина скорости вращения уменьшается, снова происходит изменение знака S и переключение элемента 5 и т.д. Возникает скользящий режим движение в окрестности линии переключения S 0, теоретически имеющее характер колебаний бесконечно большой частоты и стремящейся к нулю амплитуды.
Практически же элемент 5 имеет неидеальности, будем считать, что это запаздывающий гистерезис с шириной зоны . Реальный скользящий режим, имеющий максимальную амплитуду и высокую, но конечную частоту колебаний, с уменьшением D стремится к идеальному.
На фиг. 2 приведен фазовый портрет рассматриваемой системы, построенный в предположении, что передаточная функция по скорости электродвигателя 7 соответствует апериодическому звену первого порядка. Различным структурам системы соответствуют спиральные и гиперболические траектории на фазовой плоскости. Реальный скользящий режим существует в D-окрестности линии переключения (для наглядности показано в увеличенном масштабе во втором квадрате плоскости).
Анализ показывает, что структура реального скользящего процесса существенно зависит от близости расположения линии переключения к устойчивой вырожденной траектории семейства гиперболических траекторий (линия АВ на фиг. 2). Действительно, в положении линии переключения 1 интервалы включения каждой из структур системы примерно одинаковы (см. участки фазовых траекторий 1-2 и 2-3 на фиг. 2). Поэтому на выходе элемента 5 постоянная составляющая, сигнала близка к нулю.
В положении II линии переключений относительное время движения по гиперболам (участок 5-6) значительно больше, чем по спиралям (участок 4-5), поскольку первые пересекают окрестность D под малым углом. Следовательно, на периоде колебаний скользящего режима в состоянии +1 элемент 5 находится существенно дольше, чем в состоянии -1 (в четвертом квадрате фазовой плоскости наоборот) Поэтому при сближении линии переключения с линией АВ постоянная составляющая сигнала на выходе элемента 5 по модулю близка к 1.
Описанные свойства используются в системе для адаптации к переменному моменту инерции нагрузки. До момента возникновения скользящего режима (фаза попадания на линию переключения элемента с выхода элемента 5 на вход фильтра 13 подается сигнал +1 или -1 в зависимости от состояния элемента 5). Передаточная функция фильтра 13 имеет вид, например, 1/ _p+1), где -малая постоянная времени. Тогда на выходе фильтра 13 за малое время устанавливается сигнал, по модулю равный +1. Через второй блок 14 определения модуля сигнал поступает на вход второго измерителя рассогласования 15, на второй (вычитающий) вход которого подается сигнал с первого источниками опорного напряжения, настроенного на уровень 0,85-0,95 уровня выходного сигнала элемента 5. С выхода второго измерителя рассогласования 15 на интегратор 17 поступает малый по уровню сигнал (порядка 0,15-0,05). В результате на выходе интегратора 17 и соответственно на выходе второго сумматора 18 сигнал медленно нарастает до момента попадания изображающей точки на линию переключения. Время попадания на линию переключения, как правило, мало, поэтому уровень выходного сигнала С второго сумматора 18 определяется в основном значением сигнала на его втором входе со второго источника 19 опорного напряжения. Последний настраивается таким образом, чтобы скользящий режим возникал при любом возможном значении варьируемого параметра (момента инерции). Следует отметить, что за счет добавки сигнала интегратора 17 во втором сумматоре 18 условия существования скользящего режима на линии переключения не нарушаются. После попадания изображающей точки на линию переключения возникают высокочастотные переключения элемента 5. Постоянная составляющая его выходного сигнала выделяется фильтром 13, во втором блоке 14 определения модуля определяется ее абсолютная величина, которая во втором измерителе рассогласования 15 сравнивается с уровнем 0,85-0,95, задаваемым источником 16. Если линия переключения находится далеко от устойчивой вырожденной траектории (например, в положении 1), то интегратор 17 перезаряжается отрицательным выходным сигналом второго измерителя рассогласования 15. В результате сигнал на выходе второго сумматора 18 убывает и линия переключения поворачивается на фазовой плоскости к АВ до тех пор, пока не станет равным нулю выходной сигнал второго измерителя рассогласования 15. Таким образом, абсолютная величина наклона линии переключения значительно увеличивается и скорость затухания переходных процессов становится близкой к максимальной. Наибольшая скорость скольжения достигается при уровне выходного сигнала источника 16, равном +1, однако при этом из-за изменения параметров объекта управления, шумов и т.п. легко может произойти срыв скольжения. Поэтому уровень выходного сигнала источника 16 настраивается несколько меньшим +1 (0,85-0,95). Этим также в процессе адаптации обеспечивается возможность поворота линии переключения в обе стороны, поскольку при изменении параметров объекта устойчивая траектория АВ сама изменяет пространственное положение.
Изобретение относится к системам управления с переменной структурой и предназначено для упрощения контура адаптации и повышения качества переходных процессов при существенном изменении момента инерции, приведенного к валу исполнительного электродвигателя постоянного тока . В системе сигнал переключения структуры обрабатывается фильтром 13 и блоком модуля 14, полученный сигнал сравнивается с эталонным значением и по рассогласованию осуществляется параметрическая подстройка цепи обратной связи. 2 ил.