Устройство для оптимального управления колебательными объектами второго порядка

(61) Дополнительное к авт. с М. Кл, б 05 В 11/1 22) Заявлено 16.04.73 (21) 1906824/18-2с присоединением заявки23) ПриоритетОпубликовано 15,01,76. Бюллетень2Дата опубликования описания 29.03.76 асудврственный комите авета Министров СССР ло делам изобретенийи открытий 3) 21,52 (088.8 72) Авторы изобретен В, Н., И, Костю дре ржов и енко, В,(71) Заявитель Киевский ордена 0-летия Великой имениолюции енина политехническии иисти ктябрьской социалистической ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИБЪЕКТАМИ ВТОРОГО ПОРЯДКА(54) УСТРОЙСТВО КОЛЕБАТЕЛЬНЫ Изобретение относится к приборам и системам автоматического управления и регулирования и предназначено для оптимального по быстродействию упр авления колебательными объектами с двумя управляющими воздействиями, обладающими чистым временным запаздыванием в контурах управления.Известно устройство для оптимального управления колебательными объектами второго порядка, содержащее блок моделирования уравнений объекта в отрицательном времени, соединенный входами и выходами с соответствующими входами блока синтеза оптимальной кривой переключения, другие входы которого подключены к выходу колебательного объекта второго порядка, а выходы соединены со входами блока формирования управляющего воздействия, выходы которого соединены со входами колебательного объекта второго порядка. Однако оно непригодно для оптимизации по быстродействию объектов с несколькими ограниченными по модулю управляющими воздействиями, а также для оптимизации объектов с транспортным запаздыванием в контуре управления,Описываемое устройство отличается тем, что оно содержит блок синтеза управлений модели, первый и второй входы которого подключены к выходам объекта, третий вход - к выходу блока синтеза оптимальной кривой переключения, а выходы соединены со входами блока моделирования объекта в отрицательном времени. Это расширяет функциональные возможности устройства. Кроме то го, в устройстве блок синтеза управлений модели содержит две пороговые схемы, шесть логических элементов И и три триггера, причем выходы пороговых схем подключены к первому и второму входам блока синтеза 10 управлений модели, соединены с логическимиэлементами И, связанными по входам с триггером, счетный вход которого подключении к третьему входу блока синтеза управлений модели, а выходы элементов И соединены 15 с установочными и счетными входами двухдругих триггеров, выходы которых подключены к выходу блока синтеза управлений модели, а в блок синтеза оптимальных кривых переключения введены координатный преобра зователь и распределитель, входы которогосоединены с выходами координатного преобразователя и соответствующими входами и первым выходом блока синтеза оптимальных кривых переключения, а выходы соединены с 25 запоминающими устройствами, сумматором идругими выходами блока синтеза оптимальных кривых переключения, входы координатного преобразователя соединены с соответствующими входами блока синтеза оптималь ных кривых переключения,На чертеже приведена блок-схема устройства.Блок моделирования уравнений объекта вотрицательном времени 1 содержит нуль-органы 1, 2 и схему сброса 3, Выходы блока 1 подключены ко входу блока синтеза оптимальных кривых переключения 11. Блок синтеза управлений модели 111, содержащий пороговые схемы 4, 5, триггеры 6, 7, 8, и логические элементы И 9 - 14, служит для образования на основе текущих значений фазовых координат объекта требуемых управлений модели Уи 1/, и соответствующего их изменения при поступлении сигнала с блока синтеза оптимальных кривых переключения 11, Выход блока синтеза управлений модели 111, содержащего триггер 15, подключен к блоку моделирования уравнений объекта в отрицательном времени 1 и блоку синтеза оптимальных кривых переключения 11. Блок синтеза оптимальных кривых переключения 11 содержит а запоминающих устройств 16, обеспечивающих последовательное построение и витков линий переключений, сумматор 17 и нуль-орган 18, фиксирующий совпадение соответствующих координат объекта и оптимальной кривой переключения, С целью построения линий переключения для двух управляющих воздействий блок синтеза оптимальных кривых переключения содержит распределитель 19, состоящий из логических и ключевых схем, который по текущим значениям управлений 1l и У производит соответствующие коммутации, обеспечивая поступления требуемых переменных блока 1 и объекта регулирования в блок синтеза оптимальных кривых переключения 11, и блок 20 формирования управлений объекта. Для построения оптимальных кривых переключения для указанного объекта при наличии чистого временного запаздывания в контуре управления данный блок содержит координатный преобразователь 21, состоящий из суммирующих и масштабных звеньев, выполненных на линейных решающих элементах и служащий для приведения переменных объекта к требуемой координатной системе, в которой строятся оптимальные кривые переключения для двух управляющих воздействий. Выход блока синтеза оптимальных кривых переключения 11 подключен входом к блоку 20 формирования управлений объекта. Блок формирования управлений объекта, сопоставляя преобразованные фазовые координаты объекта и соответствующие координаты синтезированных линий переключения, формирует оптимальные управляющие воздействия, подаваемые на объект.Схема сброса 3 устанавливает нулевые начальные условия в убыстренной модели объекта 22 и переводит распределитель 19 в исходное состояние, при котором один из выходов убыстренной модели 22 подключен к запоминающему устройству 16, другая переменная убыстренной модели 22 и соответствую 5 10 15 23 25 30 35 40 45 50 55 60 65 щая координата объекта с координатного преобразователя 21 поступает на вход сумматора 17.Состояние блока синтеза управлений модели 111, обусловленное сигналом Исх. полож., таково, что на выходе а триггера 7 имеет место 1, а па выходе б - О. При этом триггеры 6, 8, образующие Е/и У через элементы 9, 1 О, 12, 13 устанавливаются в соответствующее состояние, согласно знаку координат х;О и хлоо., которые определяются пороговыми схемами 4 и 5. Тем самым устанавливается связь между текущим состоянием объекта и управлениями Сlм и Уьа значит воспроизводимой с помощью убыстренной модели 22 кривой переключения.При достижении переменной модели х, в координатной системе х,х значения, равного нулю, нуль-орган 2 посредством схемы сброса 3 возвращает модель в исходное положение и переводит распределитель 19 в состояние, при котором координата х подается в запоминающее устройство 16, а в запоминающем устройстве 16, запоминается значение координаты х отвечающее концу интервала решения, и постоянно подается в сумматор 17, Подобно предыдущему случаю при равенстве координаты х, нулю модель сбрасывается в нулевое состояние, а распределитель 19 отключает запоминающее устройство 16 д и подключает к выходу модели 22 запоминающего устройства 16,. В запоминающем устройстве 16 запоминается значение координаты х отвечающее концу интервала решения, которое суммируется в сумматоре 17 с сигналом запоминающего устройства 16,.В противофазе с сигналом с устройств 1 бна вход сумматора с координатного преобразователя 21 поступает в данном случае переменная х, объекта управления, приведенная к той же координатной системе х,хчто и координата х,. В момент совпадения координат сигнал на выходе сумматора 17 становится равен нулю, и нуль-орган 18 вырабатывает импульс, поступающий в блок синтеза управлений модели Ш и блок 20 формирования управлений. Последний при этом определяет знак разности между преобразованной координатой х объекта, поступающей через распределитель 19 от координатного преобразователя 21, и координатой оптимальной кривой переключения, равной х, и подаваемой с распределителя 19, устанавливая согласно зависимости з 1 дпх - х, 1 оптимальное значениеуправления Уы. Импульс от нуль-органа 18 в блоке синтеза управлений модели 111, попадая на счетный вход в триггера 7, переводит его в иное состояние, в результате чего 1 появляется на выходе б, а О - на выходе а. В этом случае логические элементы 9, 10, 12, 13 оказываются отключенными, чем исключаетсяуправление триггерами 6, 8 по установочным входам согласно знаку фазовых координат объекта хоб, и хгоб Логические элементы И 11, 14, на входы которых с триггера 7 поступает в данном случае 1, возбуждают один из счетных входов триггеров 6, 8 в соответствии с состоянием элемента 11. Последний, сопоставляя сигналы пороговых схем 4, 5, обусловленные текущим состоянием объекта управления, имеет на прямом входе 1, если з 1 дпхм, и з 1 дпхгоб, одинаковы, и О - если различны; тем самым, если фазовая точка системы находится в первом и третьем квадрантах плоскости х,хг, то изменяет состояние триггер 8, а если во втором и четвертом - триггер 6. Этим устанавливается определенная последовательность в построении оптимальных кривых переключения, вызванная необходимостью определения оптимального значения для следующего управляющего воздействия.Распределитель 19 при изменившемся значении У передает на сумматор 17 уже переменную х, приведенную к той же координатной системе х,хг,в которой получена переменная модели х, . При равенстве указанных координат срабатывает нуль-орган 18, вызывая определение з 1 дпхг - хгв блоке 20 формирования управлений объектом, что дает оптимальное значение управления бг,б, В то же время сигнал с нуль-органа 18, поступая в модель и распределитель 19, сбрасывает их в начальное состояние, а в блоке синтеза управлений модели переводит тритгер 7 по счетному входу в в состояние, при котором 1 вновь появляется на выходе а. Тем самым значение управлений Уь и Угл вновь определяется знаком координат х,б и хгобФормула из обретени я1. Устройство для оптимального управления колебательными объектами второго порядка, содержащее блок моделирования управлений объекта в отрицательном времени, соединенный входами и выходами с соответствующими входами блока синтеза оптимальной кривой переключения, другие входы которого подключены к выходу колебательного объекта второго порядка, а выходы соединены со входами блока формирования управляющего воздействия, выходы которого соединены со входами колебательного объекта второго порядка, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расшире ния функциональных возможностей устройства, оно содержит блок синтеза управлений модели, первый и второй входы которого подключены к выходам объекта, третий вход - к выходу блока синтеза оптимальной кривой 15 переключения, а выходы соединены со входами блока моделирований объекта в отрицательном времени.2. Устройство по п. 1, отличающеесятем, что блок синтеза управлений модели со держит две пороговые схемы, шесть логических элементов И и три триггера, причем выходы пороговых схем подключены к первому и второму входу блока синтеза управлений модели, соединены с логическими эле ментами И, связанными по входам с триггером, счетный вход которого подключен к третьему входу блока синтеза управлений модели, а выходы элементов И соединены с установочными и счетными входами двух дру- ЗО гих триггеров, выходы которых подключенык выходу блока синтеза управлений модели.3. Устройствопо п.1, отл ич ающееся тем,что в блок синтеза оптимальных кривых переключения введены координатный преобразо ватель и распределитель, входы которого соединены с выходами координатного преобразователя и соответствующими входами и первым выходом блока синтеза оптимальных кривых переключения, а выходы соединены с 40 запоминающими устройствами, сумматором идругими выходами блока синтеза оптимальных кривых переключения, входы координатного преобразователя соединены с соответствующими входами блока синтеза оптималь ных кривых переключения.Подписив СССР каз 510/9ЦНИ ипография, пр. Сапунова, 2 Изд.1011 И Государственного комит по делам изобретени 113035, Москва, Ж, РаТираж 1029та Совета Министи открытийшская наб., д. 4/5