Устройство для идентификации нелинейных систем

(45) Дата опублнк Государственный номитетСовета Министров СССРпо дедам изооретеннйи открытий 3)У Кб 5,12,78,61 оллетень47 ания описания 28.1278 88.8) Б.В мский и А.И. БОлысов) Заявнтел УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ нелинейных систем явл щие Изобретение относится к автоматикеи может быть использовано при экспериментальных исследованиях системавтоматического управления и регулирования, а именно, для эксперименталь ного определения параметров нелинейных систем, а также может быть использовано при органиэации адаптивногоуправления, при испытаниях системуправления и при контроле их техни-ческого состояния,Известны устройства для идентификации, содержащие формирователь воздействия на объект и блок наблюденияреакции объекта на пробное воздействие, например датчик перемен 1 ения идатчик скорости перемещения 1 .Известна устройство для идентификации динамических систем, содержащеев качестве формирователя воздействия фгенератор пробных синусаидальных сигналов, цепи подстройки двух параметров, интеграторы, форсирующие звеньяи фазавые детекторы 21 . Однако областьпрактического использования этого устройства ограничена, вс-первых,объектами идентификации, описываемыми линейными дифференциальными уравнениями, в которых неизвестными яются два параметра, характеризую демпфиРОВание и реэонансну 10 частоту индентифицируемой системы, и, вовтсрых, процесс идентификации двух искОмых параметров требует затрат врене меньнп 1 Х чем Один период вхад- наГО синуссидалънсгс сиГнала,Наиболее близким к изобретению по технической сущнОсти является устрой ство для идентифи 1(ации нелинейных систем, содержащее датчик перемещения систеюэ 1 датчик скОрости перемещения системы, блок формирования задания начальных условий, вход которого соединен с первым выходам блока управления, первый выход - через последовательна соединенные Генератор импульсов, блок формирования сигнала переключения и коммутатор соединен с исполнительным механизмом, второй выход через блок управления соединен с вторым входам генератора импульсов, третий выход соединен с вторым входам ка 1 в 1 утатсра; а четвертый выход чеРез пОследсвательнО сОединенн 13 е дещиф ратар и элемент И соединен с вторым входом блока формирования сигнала переключения третий ВхОд кОтОРОГО сОединен с вторым входом блока управления а выход через счетчик соединен с нтс рым входом элемента 1 Г 31. Оунк 638919циональные воэможности этого устройства ограничены из-за отсутствия внем обратных связей с объектом идентификации, а это исключает возможностьавтоматизации процесса идентификациии приводит к дополнительнью затратамвремени на ее проведение.Целью изобретения является повы- Ьшение быстродействия устройства.Достигается это тем, что в устройстве установлены первый и второйключи, блок памяти, блок вычисленияпараметров системы и индикатор срабатывания исполнительного органа системы, первый выход которого соедвнен свторым входом блока управлении, авторой выход - с управляющими входами первого и второго ключей, входыкоторых соединены соответственно, свыходами датчика перемещения системыи датчика скорости перемещения системы, а выходы с соответствующимивходами блока памяти, выход которогосоединен с входом блока вычисленияпараметров системы, управляющий входкоторого соединен с третьим выходомблока управления и управляющим входомблока памяти.На Фиг. 1 представлена блок-схемаустройства; на Фиг. 2 и 3-фазовыеграфики исследуемых нелинейных систем,Устройство для идентификации нелинейных систем содержит блок 1 вычисления параметров системы, блок памяти 2, первый и второй ключи 3 и 4,датчик 5 перемещения системы, датчик б скорости перемещения системы,индикатор 7 срабатывания исполнитель- :6ного органа системы, нелинейную систему 8, блок управления 9, блок 10Формирования задания начальных условий. Генератор импульсов 11, блок 12Формирования сигнала переключения, . 40коммутатор 13, исполнительный механизм 14, дешифратор 15, элемент И 16,счетчик 17,На Фиг, 2 и 3 приняты следующиеобозначения: Х и Х - Фаэовые координаты системы 1 - время 1 ). - линиипереключения) 6 - граница области )6переключения исполнительного органасистемы) 1 - момент времени, соответствующий точке 1 на Фиг. 2; Ф 2 - момент срабатывания исполнительногооргана системы 8, соотвествующий точке(Хк Х ) на Фиг. 2, Ф - моментвремени, соответствующий точке 2 нафиг.2, Ф, - момент срабатывания исполнительного органа системы 8,соответствующий точке (Х 2 п, х 2)В основу разработки устройства положено использование объективно существующих связей между искомыми параметрами Д.(=( " и.) исСледуемых нелиейных систем, такими как запаздываие исполнительных органов и параметры статических элементов, и параметрами линий переключения исполнительных органов, экспериментально построенных на Фазовой плоскости,Известно, что линии перелючения являются геометрическим местом точек фазовой плоскости координат скорости Х и положения Х, соответствующих моментам переключения исполнительных органов системы,Наличие указанных связей позволяет косвенным путем находить искомые параметры а(. и юК 2 нелинейных систем посредством первоначального определения коэффициентов М и Ь линий переключения вида Хс 3 + ФХ и последующего расчета искомых параметров К и а( ,связанных функциональной зависимостью с коэффициентами О и ЭКоэФФициенты о и Ф линии переключения ), (см,фиг,2) в процессе идентификации определяют в результате- последовательного задания системе движения с начальными условнявв, соответствующими точкам 1 и 2, близким к границе области переключения исполнительных органов, со значениями )(, х, и Х 2, 12 предРестВующими що ментам переключения исполнительных органов;- последующей регистрации (запоминании) пар значений Хи, и и "гп "2 п в моменты первого(Х, 1 ) и второго (Х 2 п,2 п)переключений исйолнительного органа- расчета коэФфициентов а и Ь линий переключения по соотношениямЩ 2 П 2 Я 4 й (И 2 И с(фф= ХХ;Т л. - расчета искомых параметров Ы ну с(. на основе решения уравнений а(. = с. (а,)2=2(Яфф)Блок памяти 2 предназначен для запоминания значений перемещения(Х 4 я иХ )и скорости перемещения(ЯИ Зги ) движения нелинейной системы 8, соответствующих моментам срабатывания ее исполнительного органа и поступающих на блок памяти 2 с датчиков,5 и 6 через ключи 3 н 4, управляемые сигналом с выхода индикатора 7Блок 9 предназначен для управления процессом Функционирования устройства для индентификации.,С выхода блока 9 подаются сигналы на блоК 10 для задания начальных условий движения системы, При этом Х н М 2 задаются с помощью установки соответствующих частотнследования импульсов в генераторе 11, пропорциональных скорости вра- щения (перемещения) исполнительного механизма 14. Начальные значения Х и Х 2 задаются путем установки нелинейной системы 8 на соответствующие углы (перемещения) по командам, поступающим Ь блока 10 иа генератор 11, дешифратор15 и коммутатор 13. Блок 9 преднаэна б 38919чен также для формирования команд насчитывание значений Хе,", и Хдя,Хдпс блока 2 в блок 1 и на,включение пос .леднего.Дешифратор 15 служит для преобразования команды, поступающей с блока10, в сигнал, по которому готовитсяцепь срабатывания блока 12 при достижении числа подаваемых на коммутатор13 импульсов значения, заданного дляустановки системы 8 в начальное положение Х,д или Х, Совместно счетчик17, элемент И 16, блок 12 и дешифра- Отор 15 представляют собой преобразователь двоичного кода управляющейкоманды с блока 10 в унитарный,Блок 12 служит также для прекращения движения системы 8 по сигналу от 15индикатора 7 при срабатывании исполнительного органа.Устройство работает в следующихрежимах,1. Режим задания первых начальньхусловий движения системы.В этом режиме с блока 9 поступаеткоманда на блок 10 для задания начальных условий движения системы 8по перемещению Х и скорости Х,(см.фиг.2)С блока 10 поступаеткоманда на коммутатор 13 для выборанеобходимого направления вращения(перемещения) вала исполнительногомеханизма 14 и на дешифратор 15 длязадания числа импульсов, необходимого для выставки систеьы 8 в положение Х. из исходного положения Хо,В блоке 10 осуществляется уставканеобходимой частоты 2 следованияимпульсов с генератора 11, соотнетствующей требуемому значению скорости. Режим приведения системы из исходного положения в первые начальныеусловия движения. )1После выполнения операций первогорежима с блока 10 на блок 9 подаетсясигнал, по которому включается генератор импульсов 11 и осуществляетсяприведение объекта идентификации изисходного положения Х = Хо, Х = 0 вначальные условия движения Х Х Х: Х 45при достижении которым на блок 12 поступает сигнал с выхода элемента И 1 б,в результате чего отключается цепьподачи импульсов с генератора 11 накоммутатор 13, система 8 останавливается в положении Х " Х, включаетсягенератор 11, приводятся в исходноеположение блок 12, дешифратор 15 .исчетчик 17,Ш. Режим пеРВого ДвижениЯ системы, дбВ этом режиме осуществляется движение системы 8 из начальных условий Х, иХ до срабатывания ее исполнительного органа, т.е. до положения Х: Хп,ХХ, При этом с блока 9 включается генератор 11, импульсы с выхода которого через блок 12 поступают на коммутатор 13, При срабатывании исполнительногс органа (на чертеже не показан)системы 8 сигнал с Выхода индикатора 7поступает на управляющие входы к.-.д 1 е 13 и 4, которые открываются, и ь блк 2записынаютсЯ зе 1 ачениЯ Хд 1 и хп, пс;Упающие с выходов Датчиков 5 и б. Пр.",этом с выхода индикатора 7 сигнал поступает на блоки 12 и 9, Си.-.,тема 8останавливается, с блока 9 на блок10 подается команда для задания Вт",рых начальных условий движения объекта 8 по положению Х, и скорости Х(ам фиг,2).Работа устройства при заданииВторых начальных условий Осуществляется н соответствии с режимами 1 и ).В режиме второго движения системы 8 при срабатывании ее исполнительного Органа с выхода индикатора 7подастся сигнал на упранляющие входыключей 3 и дд которые Открываются,и в блок 2 записываются значения Хи Хп,пдоступающие с ныходсв датчиков5 и б. По сигналу с индикатора 7 наблок 12 система 8 ОстананлинаетсЯ, ас блока 9 псдаетсЯ команда для счцтынаниЯ значенй Х 1, х 1, Х и, Х с блока 2 В блок 1 и ВыпслненнЯ В последнем операций для Вычисления параметрон системы 8,Поскольку перед решением задачипредтслагаются известными структураОписание идент 1 фицируемсй нелинейной сисдемы ц ГрсднЦы Областей Возможного расположения линий переключения на плоскости Х /Х/, то затратывремени на идентификацию параметровПрн ИСПОЛЬЗОВсдНИИ УСТрОЙСТВа ОпдрЕДЕляются длтельнсстью рассмотренныхВыше режимоь (приведения нелинейныхсистем 8 В заданные начальдые услОДьиженЯ из них ДО срабатыванияисполнительнОГО ОрГана систеМ)В Общем случае время идентификации зависят От априсрнсгс знания границ (типа (; фиг.2) областей возможноГс расположения,гиний переключения(типа А фиг.2) и близости линий переключения ).) к Границам (0 ) ВЧаСТНОСТИд ДЛЯ РаССМОТРЕННОГО В ОПНСа.нии примера при услсниях, показанныхна фиГ,2 и перенесенных на фиГ.3,Дентификатср сбеспечинает решениезадачи индентифцкацци параметрсн завремя т.-. 1,- 1, + еь (д. ,времяВыполнения выч 1 сйтельных Операций нблоке 1), меньшее четверти периода ТсинусОидальнОГО кслебаниЯ пОданаемОГОна Вход цдентифцнруемсй системы приИспользовании известных устройств.формула изсбретсЯустрсйстнс для 1 дентифцкац 1 и нели- НЕЙНЫХ СИСТЕМд ССДЕРЖаЩЕЕ ДсдТЧИК 1 дЕРЕ МЕЩЕНИй СИСТЕМЬд ДаТЧИК СКОРОСТИ ПЕ- ремещени Я с 11 ст емы, блок фср Ирснани Я задания начальных услсн 1 Й, нхсд кОтс