Бинарная система управления

.1 ил. 1 1 1 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ И(46) 30.08,93, Бюл. М 321(71) Всесоюзный научно-исследовательскийинститут системных исследований АН СССР 1(72) В,Н. Ахтырский, С,В. Емельянов, С,К. Ко, ровин, В.И. Сизиков и К,М. Цветкова (56) Авторское свидетельство СССР : :М 1126927, кл. 6 05 В 13/02, 1984, , (54) БИНАРНАЯ. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ , (57) Изобретение относится к области авто, матического регулирования и управления и : ;выполнено в рамках бинарных систем. Изобретение относится к области авто, ,матического управления и предназначено: ;для управления неопределенными динами, ческими объектами, описываемыми уравне нием следующего видау"(1)+ап(1)у" "(1)а 1(1)у(1)=О(т). (ЦСчитается, что параметры а(1) (1=1,п) ме. ,няются неконтролируемым образом в изве стных диапазонаха 1а;(1)а,, к нулю ошибки регулирования х(1)=у(т)-угде у- задающее воздействие, т.е. выполнение выражения 3 п,х(1)=О, аС вой,также обеспечение малои зависимости ди: намики управляемых процессов от изменя; ющихся параметров объекта и требуемогокачества переходных процессов.Близкой к предлагаемому решению поставленной задачи является система управ ,ления с координатно-параметрическойобратной связью, содержащая последовательно соединенные первый сумматор, умПредлагаемая назначена для р ными динамиче для обеспечени мики управляем щихся парам обеспечения тр ных процессов. шение точности что система доп пу блоков сравн ментов, суммат модели система управления предегулирования неопределенскими объектами, а также я малой зависимости динаых процессов от изменяюетров объекта и для ебуемого качества переход- Цель изобретения - повысистемы - достигается тем, олнительно содержит груп- ения, группу модульных элеор, умножитель, эталонные ножитель, первый блок сравнения, объект управления и второй блок сравнения; второй вход которого соединен с выходамзадатчика, а выход - со . вхадами дифференциаторов, выходы которых и вы-ход первого блока сравнения соединены че-" рез соответствующие первые усилители со входами второго сумматора и со входами вторых усилителей, выходы которых соединены с соответствующими входами первого сумматора, выход второго сумматора соединен со входом релейного элемента, к вы- О ходу которого подключен инерционный ( фильтр, выходом подключенный ко второму входу умножителя. К недостаткам описан- с ной схемы следует отнести отсутствие тре- (буемого качества регулирования на начальной фазе переходного процесса и значительные энергетические затраты на управление на этом этапе.С целью повышения точности и качества работы регулятора в систему управления, содержащую последовательно соединенные: первый умножитель, объект управле 18372545 10 15 20 25 30 35 45 50 55 ния, первый блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика, а выход - со входами дифференциаторов, выходы которых и выход блока сравнения через последовательно соединенные модульный элемент первой группы и усилитель первой группы соединены со входом первого сумматора, введены эталонные модели, выходы которых через последовательно соединенные блоки сравнения второй группы, вторым входом которых служат выходы дифференциаторов и первого блока сравнения, и усилители второй группы соединены со входом второго сумматора, а также через последовательно соединенные модульные элементы третьей группы и усилители четвертой группы - со входом первого сумматора: второй модульный элемент, подключенный своим входом к выходу второго сумматора, а выходом - ко входу второго умножителя, последовательно соединенного с третьим сумматором, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, а выход - ка входу релейноо элемента, последовательно соединенного через третий усилитель со входом инерционного фильтра, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго умножителей,На чертеже представлена схема системы автоматического управления, реализующая предлагаемый подход и являющаяся предметом настоящего изобретения. На чертеже приняты следующие обозначения: 1 - обьект управления; 2 - задатчик; 3 - первый блок сравнения; 44 п-т - дифференциаторы соответствующего порядка;515 п - модульные элементы первой группы; 6.бп - усилители первой группы; 7 - первый сумматор; 8 - первый умножитель;99 п - усилители второй группы; 10 - второй сумматор; 11 - второй модульный элемент; 12 - второй умножитель; 13 - третий сумматор; 14 - релейный элемент; 15 - третий усилитель; 16 - инерционный фильтр;1717 п - блоки сравнения второй группы;1818 п - эталонные модели, реализующие сигналы Я(т)5 п(т); 1919 п - модульные элементы третьей группы;201,. ,20 п - усилители четвертой группы.Изобретение выполнено в рамках методологической конструкции, изложенной в 1). Получение дополнительного качества переходных процессов возможно в предлагаемой системе вследствие введения в схему функциональных блоков 18,.,18 п, выходом которых являются сигналы к)1(С),5 п(1), ИГраЮЩИЕ РОЛЬ ЭтаЛОННЫХ СИГ- налов для управляемых процессов х(т),.,хп(т), Эталонные траектории Я(т)=(5(т)5 п(т могут быть наделены на этапе синтеза системы требуемыми свойствами, например, желаемым показателем экспоненциальной устойчивости (тм, т.е,11(т) 1115(то) 11 ехр(д 1-ь) для всехт то, (2) где 11 11 - знак октаэдрической нормы в И", Реализация эталонной модели со свойством вида (2) возможно, если, например, в функциональных блоках 181,18, присутствуют дифференцирующие звенья, охваченные отрицательной обратной связью с коэффициентом передачи о м. Кроме указанных свойств в блоках 1818 п происходит согласование начальных условий на эталонной модели и обьекте управления при включении системы регулирования. Та кое согласование может быть реализовано с помощью устройства, отвечающего следующей совокупности соотношений;Ят)=Ам(т)Я 1);Я(т)ч 7 (т) Я(т)+(1- Ч (тх(т);т 7(т)= зяп(1- 1 Ф)1)р =) с)(х-Я) ) ( ) д Я ( Я г ) хБ) ) - ,=1 =1где Рм 6 К - матрица эталонной модели; дс (1=1,п) - указаны далее. Приведенный алгоритм обеспечивает при включении соотношение 11 х(то)-Я(то) 11 пд и, выбрав соответствующим образом параметр д всегда гарантируется требуемая близость начальных условий на объекте и эталонной модели,Еще одной важной особенностью предлагаемой системы является то, что функциональные блоки 18118 п в процессе работы легко могут быть перенастроены на новые динамические свойства без перена 40 стройки всей системы. Остальные контуры предлагаемой системы построены так, чтобы обеспечить асимптотическое стремление управляемых процессовх(т) к эталонным траекториям 5(1) или выполнению равенства 1 и 11 х(т)3(1) 11=-0,где х(т)=(х(т)х (1 ЯКПредложенный регулятор описываетсяследующими соотношениямиО(с)= р Я (К" х((К)ЯС),=1 где (.)(т) и р(т) - выходные сигналы первого умножителя 8 и инерционного фильтра 16, соответственно; а К", К, с(=1 и) и а - коэффициенты усиления, реализуемые на уси 1837254ли ельных блоках 61,. 6 П, 201,20 п, 919 п и 5, Как видно из приведенных соотношен й, функция управления остается все врем гладкой, а коэффициенты усиления - к нечными, выбираемыми из следующих 5 с отношений: (с)- д)К)"вар(с)+д)а)(т); (с,- д)КЬ(с)+д)д,; д адептах с)+ д)п 1 ах (К)", К1; 1=1,п,1=1,п 10 г е д - некоторая константа, удовлетворяю ая неравенству 0дв 3 п (с, 1)1=1,п, П кажем, что рассматриваемый регулятор р шает поставленную задачу управления, 15 П еобразуем исходный объект управления (1 к матричному видух(т)=А(с)х(т)+ О(1), г е элементами последней строки матрицы А ) 68 являются параметры а(1),=1,п. 20 Р ссмотрим также дифференциальное у авнение относительно новой переменной я т)=х(т)-Б(т). я ЮВ";е (т)=А(с) е (т)+( А(т)-Ам 1 Я(т)+0(1) (3) г е А)4 6 И - постоянная матрица урав н ния Я(т)=АпЯт), отвечающего условию (2). Введя в рассмотрение еще одну переП мнную о= с) г 1 можно преобразовать )=130 (3 к виду е (т)=А е(с)+ А -Аме 13(т)+Н о;и Оаз днм До(т)=А: к (т)+(А -А . Я(т)+Н гт+ в)гт), )4)где е = (е 1 х,п) и параметры (4) нек торым образом связаны с (3). Известно, ч о соответствующим выбором с), 1=1,п сист му Я=А. (т) в можно сделать асимптот чески устойчивой. Кроме того, функция 40 у равления 0(т), реализуемая описанным в ше регулятором обеспечивает справедл вость выраженияод ( я +3).Таким образом, можно сделать вывод о 45 т м, что траектории эсимптотически устойч вы и справедлива оценка из (2)хПхоехр(-д (ко, тто (5) показатель -д0 определяется параметр ми д, с)(=1,п) и д зд, причем соответст- О в ющим д м можно добиться требуемого хррактера переходногО процесса, при этом в системе требуется перенастроить лищьоки 18118)1 не сменяя контуров управлрния, Оценка 5) доказывает, нто предлоЙенная система автоматического управления решает поставленную задачу.Предлагаемая система функционирует гБфедующим образом. Сигнал у(1) поступает с выхода задатчика 2 и сравнивается с сигналом у - выходом объекта управления 1 в блоке сравнения 3, Полученный сигнал ошибки х(т) поступает нэ вход первого усилителя 6 через модульный элемент 51 и через дифференциаторы соответствующего порядка 41,4)-1 на входы усилителей первой группы 626 п через модульные элементы первой группы 525 п, Сигналы с выходов эталонных моделей 181,18 П поступают на входы модульных элементов третьей группы 19119, и усилителей четвертой группы 201,.,20 п, а также сравниваются в блоках сравнения второй группы 17117 п с сигналами с выходов блока сравнения 3 и дифференциаторов. Результаты сравнения через вторые усилители поступают во второй блок суммирования 10, который формирует сигнал координатно-параметрической обратной связи о(т) как линейную комбинацию разности х(т) и его производных с эталонными сигналами Я 2Яп(1), С выхода блока 10 сигнал о(т) подается на вход второго модульного элемента 11, последовательно соединенного со вторым умножителем 12, а также на вход третьего сумматора 13, на вход которого подается сигнал со второго умножителя 12. Сигнал с третьего сумматора 13 через релейный элемент 14 и третий усилитель 15 подается в инерционный фильтр 16, выход которого - сигнал р(т) поступает на входы первого 8 и второго 12 умножителей. На второй вход первого умножителя 8 поступает сигнал с первого сумматора 7, на который, в свою очередь, подаются сигналы с выходов усилителей первой 616 П и четвертой 20120 п групп. Выходом первого умножителя является сигнал управления Щт), который поступает на вход объекта управления 1, Таким образом, блоки 2,3.,51,5 п, 61,.,6 п, 7, 8, 1 9119 п;20120 п составляют контур координатной обратной связи, координатно-параметрическая обратная связь включает блоки 171. ".17 п, 919 п; 10, 11. 12; 13: 14: 15: 16,Технико-зкономический эффект и редлагаемой системы автоматического управления заключается в том. что она обеспечивает экономию энергетических затрат на управление на этапе переходных процессов, атакжедает возможность создания унифицированных регуляторов, обеспечивающих управление в широком диапазоне требований к качеству уп равляемых процессов,Формула изобретения Бинарная система управления, содержащая последовательно соединенные пер,Варош Заказ 2864 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035 Москва ЖРаушскав наб, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 вый сумматор, первый умножитель, обьект управления и блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика, а выход - с входами дифференциаторов, выходы которых и выход блока сравнения соединены через соответствующие последовательно соединенные модульный элемент первой группы и усилитель первой группы с соответствующими входами первого сумматора, выходы усилителей второй группы соединены с входами второго сумматора, а выход релейного элемента соединен через последовательно соединенные первый усилитель и инерционный фильтр с вторым входом первого умножителя, о т л и..ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности системы, она содержит группу блока сравнения, второй умножитель, модульный элемент, третий сумматор, эталонные д модели, вторую группу модульных элементов и третью группу усилителей, выходы которых соединены с соответствующими входами первого сумматора, выход первого блока сравнения и выходы дифференциаторов через соответствующие блоки сравне ния группы соединены с входамисоответствующих усилителей второй группы, а через соответствующие последовательное соединение эталонную модель и модульный элемент второй группы - с вхо. дами соответствующих усилителей третьейгруппы, выходы эталонных моделей соединены.с вычитающими входами соответствующих блоков сравнения группы, выход второго сумматора через носледо вательно соединенные модульный элемент, второй блок умножения и третий сумматор соединен с входом релейного элемента и с входом третьего сумматора непосредственно, а выход инерционного 20 фильтра соединен с вторым входом второго умножителя.