Система оптимального управленияобектами второго порядка

Союз Советскик Социалистических РвслубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ пн 805250+сФ(51)м. к . Б 05 В 13/04 с присоединением заявки М Государственный комитет СССР по деяам изобретений н отсрытнй(23) Приоритет Опубликовано 15,02,81, Бюллетень Мо бДата опубликования описания 180281(72) Автор изобретения В. М. Синеглаз ов Киевский ордена Ленина политехнический институтим, 50-летия Великой Октябрьской социалистическойреволюции(54) СИСТЕМА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕРИЯ ОьЪЕКТАМИ ВТОРОГОПОРЯДКА Изобретение относится к системам автоматического управления и Предназ- начено для оптимального по быстродействию управления неколебательными динамическими объектами второго порядка с переменными параметрами с запаздыванием и может быть использовано для управления летательными аппаратами, электроприводами и химико- технологическими процессами.Известны системы оптимального управления, позволяющие минимизировать время управления динамическими объектами, которые содержат основной контур управления и контур самонастройки, причем контур самонастройки содержит настраиваемую модель, блок сравнения, блок самонастройки и исполнительныймеханизм, а основной контур содержит модель, нуль-орган,20 бди сравнения, блок управления моделью, триггеры, блок начальных уставок, сумматор, координатный преобразователь и блок эквивалентности 11 и 1.21Недостатком известных систем является их низкая статическая и динамическая точность.По основному авт. св. М б 51308 известна система оптимального управ- ЗО ления объектами второго порядка,содержащая последовательно соединенные первый сумматор и блок начальныхуставок, выход которого через первыйи второй триггеры соединен с соответствующими входами блока "Эквивалентность", выход которого подключ ен кпервому входу блока управления первоймоделью, второй вход которого подключен к выходу нуль-органа и к первомувходу блока сравнения, а выход - кпервому входу первой модели, выходыкоторой соединены со входом нуль-органа и вторым входом блока сравнения,выходы которого подключены к соответствующим входам первого триггера,и вторую модель, .подключенную входомко входам объекта и блока самонастройки, а выходом - к одному из входов второго сумматора, другой входкоторого подключен к первому входупервого сумматора и первому выходуобъекта, а выхо;-, - ко второму входублока самонастройки, выход которогочерез интегратор подключен ко вт.рымвходам первой и второй моделей, итретий вход первой модели подключенко второму выходу объекта, третий сумматор, первый вход которого черезпервый функциональный преобразоваЦель изобретения - повиаение точности системы.Поставленная цель достигается тем, что в системе установлен координатный преобразователь, причем выход первого сумматора и второй выход объекта соединены с соответствующими входами первой модели через коордй натный преобразователь, третий вход которого соединен с выходом интегра-. тора, а четвертый вход - со вторым выходом первого триггера.На фиг. 1 представлена блок-схема системы; на фиг. 2 - фазовый портрет системы.Система содержит первый, второй и третий сумматоры 1-3, первую и вторую модели 4 и 5, блок б сравнения, нуль-орган 7, блок 8 управления первой моделью, первый и второй триггеры 9 и 10, блок 11 "Эквивалентность", первый и второй функциональные преобразователи 12 и 13, блок 14 умножения, интегратор 15, объект 16, блок 17 начальных уставок, блок 18 самонастройки, контур 19 идентификации, координатный преобразователь 20.01 ООЕиО (см.фиг.2) - линии переключения при наличии и отсутствии запаздывания в управлении, Х (Ч)и Х И)- фазовые координаты модели, Х(Ф), ц И) фазовые координаты объекта, 9 (с) задающее воздействие.Задачей оптимальной по быстродействию системы управления объектами второго порядка является формирование последовательности оптимальных управлений видаОнох илиО игнаху где .с -максимальное значение управляющих воздействий как Функции Фазовых координат объекта управления ХИ) Х(1) и число временного запаздывания в управлении 9.При этом система реализует нелинейный закон управления, определенный на фазовой плоскости уравнения. линии переключения. Причем при достижении фазовой точкой кривой переключения про исходит изменение управляющего воздействия, подаваемого на объект через временное. запаздывание в управлении 6 паздывания.щ Предлагаемая система работает следующим образом. вход сумматора 1, для изменения параматров объекта 16 приводит к появлению на его выходе отклонения ре-гулируемой переменной Х(1). Познаку Х(1) блок 17 начальных уставок производит выбор значения управЗр ления на начальном участке движения объекта 16, что обеспечиваетсяначальной установкой триггера 9. Приэтом триггер 10 переводится в то же. состояние, что и триггер 9, а логический блок 11 "Эквивалентность"выдает сигнал "1" на вход блока 8управления первой моделью. Это вызывает, с одной стороны, переводмодели 4 в режим периодического решения, а с другой стороны выдачу 40 управления Оо= -51 ДИ Х на входыобъекта 16, второй модели 5 и функционального преобразователя 13, координатного преобразователя 20. Выходные сигналы объекта 16 и модели 4 5 поступают. на входы сумматора 2 тель подключен ко второму входу первого сумматора, второй вход - к первому выхоцу первого триггера, а выход - к четвертому входу первой модели, пятый вход которой подключен к выходу первого сумматора, а второй, выход первого триггера подключен, ко входу объекта 33;Известная система обладает низкими характеристиками по точности. Для исключения необходимости использования блока постоянного или регулируемого запаздывания, вносящего дополнительную погрешность, целесообразно восроиэводить линию переключения в преобразованных координатах. Поскольку кусочно-линейная иликусочно-нелинейная аппроксимацияфункции переключения сопряжена созначительными погрешностями, то дляреализации закона управления можетбыть использована . модель, многократно и в "быстром" времени реализующая уравнения движения объекта; Когда параметры объекта неизвестны,то непосредственное построение линии переключения невозможно и для реализации оптимального по быстродействию алгоритма управления необходимо идентифицировать объект, Таким образом,текущее значение фазовых переменныхобъекта в преобразованных координатахзависит от текущих значений координат объекта, текущего значения управляющего воздействия объекта, параметров объекта, чистого временного заИзменение значения, задающего воздействия .(й)поступающе 1 го на для Формирования сигнала рассогласования б, вызванного изменениемпараметров объекта 16. Сигнал Е,(С)с выхода сумматора 2 подается наодин иэ входов блока 14 умножения,на другой вход которого поступаетвыходной сигнал функционального преобразователя 13, структура которогоопределяется по методу вспомогательного оператора. Выходной сигналблока 14 умножения, определяющийскорость изменения переменных параметров объекта 16, посредством интегратора 15 подается на входы пер вой и второй моделей 4 и 5 и тре- бО тий вход координатного преобраэователя 20. При этом на вход первой модели с сумматора 3 поступает сигнал О=- Уд+ 1 р где 8 р определяется видом задающего воздействия Ъ(:1) и, формируется при прохождении (В) через функциональный преобразователь 2. Изменения переменных объекта 16 Х(С) О ХИ) через координатный преобразователь 20, где происходит преобразование координат с целью компенсации чистого. временного запаздывания, поступают как начальные условия в модель 4.Как только координата модели 4Х (9), где 9 6/у,у+масштаб времени, образуемый в процессе решения моделью 4 уравнений движения объекта 16, принимает нулевое зиачение, нуль-орган 7 вырабатывает сигнал, йоступающий на входы блока управления моделью и блок 6 сравнения. При этом блок 6 сравнения определяет знак переменной Х,поступающей на его другой вход, и воз-, буждает в зависимости от значения УДИ ХИ) один иэ входов триггера 9. Поскольку до достижения изображающей точкой объекта 16 линии переключения знак переменной Х 1 не меняется, то начальное значение управления Оо сохраняется неизменным. В то же время сигнал, поступающий с нуль-органа 7 на блок управления моделью 8, вызывает изменение режима работы модели 4, переводя ее в режим задания начальных условий. После этого весь режим работы системы повторяется до тех пор, пока при возбуждении нуль-органа 7 блок 6 сравнения не определит изменения знака переменной М(0) при Х =О. Это свидетельствует о прохождЕнии траектории изображающей точки модели 4 через начало координат системы. При этом триггер 9 изменяет свое состояние, а значит и управление цО Поскольку состояние триггеров 9 и 10в этом случае не совпадает, то логический блок 11 "Эквивалентность" останавливает решение на модели 4.Движение объекта 16 при подобнол управлении происходит по траектории, .обеспечивающей минимальную длительность процесса управления.Результаты исследований показывают, что по сравнению с известнойсистемой повышается точность реали зации процесса управления .на 35 присохранении быстродействия.формула изобретения15Система оптимального управленияобъектами второго порядка по авт.св. Р 651308, о .т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повиаения, 2 О точности системы, в ней установленкоординатный преобразователь, причем выход первого сумматора и второйвыход объекта соединены с соответствующими входами первой модели через 2 координатйый преобразователь, третийвход которого соединен с выходом интегратора, а четвертый вход - совторым выходом первого триггера.Источники информации,ЗО принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 1934919/18-24,кл. ( 05 В 13/02, 18.06.73,2. Авторское свидетельство СССРЗ 5 Р 643833, кл. 6 05 В 13/02, 170976.3Авторское свидетельство СССРР 651308, кл. б 05 В 13/02, 010377.