Устройство для управления экстремальным объектом с неустойчивой линейной частью

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 90995(23) Приоритет Государственный комитет СССР по дедам изобретений н открытий(71) Заявитель лем управ ния "- .:,. Ордена ЛениТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ М С НЕУСТОЙЧИВОЙ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТЬЮ 2 бъекорока 5 Изобретение относится к автоматическому управлению, в частности к управлению динамическими объектами, имеющими экстремальную зависимость выходной величины от одной переменной.Известно устройство, реализующее способ экстремального. управления объектами с линейным динамическим звеном 2-го порядка, включенным перед нелинейным статическим звеном с экстремальной характеристикой, в случае нейтральной линейной части (1.Данное устройство предполагает наличие контролируемого выхода линейной части объекта, однако не обеспечивает работоспособности при линейной части порядка выше второго.Известны устройства для экстремального управления объектами с устойчивой линейной частью. произвольногО порядка, основанные на принципе синхронного детектирования.При неустойчивой линейной части объекта эти устройства неработоспособны. 2Наиболее близким к предлагаемому является устройство для экстремального управления инерционным объектом методом синхронного детектирования, содержащее последовательно сое- ЗО диненные блок умножения, сглаживающий фильтр, интегратор и первый сумматор, второй вход ктзторого соединен с выходом генератора поисковых сигналов, выход - с первым входом идентификатора состояния и входом о та управления, первый выход кот го соединен с первым входом бло умножения 2).Недостатком известного устройства является неработоспособность в случае неустойчивой линейной части объекта.Цель изобретения - обеспечение работоспособности устройства при неустойчивой линейной части объекта и-го порядка и расширение обласи ти применения устройства.Для достижения указанной цели ус ройство содержит первые усилители, вторые усилители и последовательно соединенные второй сумматор и поло- совой фильтр, выход которого соединен со вторым входом блока умножения, второй выход объекта управления соединен со вторйм входом идентификатора состояния, выходы которого через соответствующие первые усилители .соединены с соответствующими третьими входайи первого сум 901995матора, а через соответствующие вто. рые усилители - с соответствующими входами второго сумматора.На чертеже представлена блоксхема устройства для управления эк- стремальным объектом с неустойчи вой линейной частью и-го порядка.Устройство содержит объект управления, состоящий иэ неустойчивой ли(нейной части 1 и-го порядка и статического звена 2 экстремальной ха рактеристикой, первый сумматор 3, генератор 4 поисковых сигналов, идентификатор 5 состояния, первые усилители .бб, вторые усилители 7 7, второй сумматор 9, поло- (5 совой фильтр 9, синхронный детектор, состоящий из блока 10 умножения и сглаживающего фильтра 11 и интегратор 12. Ко входу линейного динамического звена 1 и-го порядка подключен первый сумматор 3, к одному из входов которого подключен выход генератора 4 поисковых сигналов, Контролируемый выход линейного динамического звена 1 и выход первого сумматора 3 подключены к идентификатору 5 состояния, выходами которого являются сигналы оценки переменных состояния линейной части объекта. Выходы иденти- ЗО фикатора 5 состояния через усилители 6 би подключены к соответствующим входам первого сумматора 3, Коэффициентами усиления усилителей б би задаются желаемые динами ческие свойства системы, включая ее запас устойчивости. Выходы идентификатора 5 состояния через вторые усилители 7 7 и подключены ко второму сумматору 8. Выбором коэффи циентов усиления усилителей 7 7 обеспечивается формирование на выходе второго сумматора 8 иэ оценок переменных состояния линейной части объекта получаемых йа выходе 45 идентификатора 5 состояния, оценки входного сигнала нелинейной части объекта 2. На частоте поискового сигнала Фазовый сдвиг между сигналами на входе нелинейной части объекта 2 и на выходе второго сумматора 8 отсутствует, что обеспечивает системе мак.симальное быстродействие. Выход второго сумматора 8 подключен ко входу полосового фильтра 9, настроенного на частоту поискового сигнала. Вы ходы нелинейного статического звена 2 ф полосового фильтра 9 подключены к соответствующим входам блока 10 умножения, выход которого подключен к сглаживающему фильтру 11, проиэво- оО дящему усреднение сигнала на периоде поисковых, колебаний. Блок 10 умножения и фильтр 11 представляют собой реализацию синхронного детектора, Выход сглаживающего фильтра 11 через б 5интегратор 12 подключен к одному из входов первого сумматора 3.Движение объекта управления описывается следующей системой уравнений: х=Ах (1) +Вц (1), описание лиу = Сх, нейной час г (1) = Рх (1), ти 1; 0 = Р(г) описание линейной части 2, где х(1) - вектор состояния линейной части объекта, компонентами которого являются переменные сбстояния; и - скалярный вход объекта управления; г - скалярное входное воздействие на нелинейную часть объекта; у(1) - контролируемый скалярный выход объекта управления; А,В,С и Р - матрицы коэффициентов размерами ии, и 1, 1 и и 1 и,Возможность построения идентификатора состояния линейной части объекта предполагает выполенние условия идентифицируемости линейной части по контролируемому выходу, Переменные состояния идентифицируются на основании информации о входном воздействии на объект и(Ц и выходном сигнале у(Й), а сам идентификатор строится на основании модели линейной части объекта. Уравнения движения идентификатора 5 состбяния имеют вид Х(О=А)(Ю+ЬОЩ+),1 МИИЗ), УИ,) =С 1 Щл где х(1) - оценка вектора состояния линейной части объекта, компонентами которого являются выходные сигналы идентификатора состояния; Ь - матрица коэффициентов размером и х 1. Соответствующим выбором матрицы Ь обеспечивается желаемый характер стремления оценки вектора состояния линейной части объекта х(С) к вектору состояния х(М, а следовательно, у(С) -ф у(1) и г (О- г (1) . Входное воздействие на объект можно представить, как сумму поискового сигнала Ц(О, сигнала обратной связи ( (й). и сигналаопределяющего рабочее движение к экстремуму нелинейной функции статического звена 2 объекта О (О, т.е, .Оса)-О,в)+02 к+ Оъ(Ю. Сигнал обратной связи пб. состоянию О(1) = - Кх(1)., где К - матрица коэффициентов размером 1 к и, формируется путем суммирования на первом сумматоре 3 усиленных первыми усилителял ми б 61 оценок хпеременных состояния линейной части объекта. Выбором матрицы К (т.е. коэффициентов усиления усилителей б, 6) обеспечиваются требуемые. динамические свойства, в том числе и запас устойчивости, замкнутой системы.Вторые усилители 7) 7 и второй сумматор 8 осуществляют формирование оценки входного сигнала нелинейного статического звена 2 объекта 1 я = 1 х(О.Гармонический поисковый сигнал получает одинаковый Фазовый сдвиг при прохождении от генератора 4 ко входу нелинейного статического звена 2 и выходу второго сумматора 8. Поисковый сигнал выделяется из сигналла .;ай) полосовым фильтром 9, настроенным на частоту этого сигнала и не дающим на этой частоте Фазового сдвига. Сигнал с выхода полосового фильтра 9 используется для синхронного детектирования сигнала с выхода объекта управления.Полезный сигнал с выхода синхронного детектора, состоящего из блока10 умножения и сглаживающего Фильтра11, производящего осреднение на периоде гармонического поискового сигнала, в окрестности рабочей точки 7 о определяется выражениема Д Щ)АФ(,в,)-5.где Ао(ОЪ) и Аф(Ио) - значения амплитудно-частотных характеристик линейной части объекта 1 к полосового фильтра 9 на частоте гармоническогоаг (Ф)поискового сигнала (Во1:2 означение частной производной эк, стремальной Функции по. входной координате нелинейного статического звена 2 в рабочей точке Ео.Направление и скорость движения к экстремуму определяются знаком идвеличиной 2 2 . На частоте2=2 опоискового сигнала нет фазового сдвига между входным сигналом нелинейной части объекта и выходным сигналом полосового Фильтра 9, что определяет максимальное быстродействие системы управления, ВРабочий сигнал 0(1)Я У д определяет движение системы в сторону экстремума,Изобретение позволяет оптимизировать выход экстремального объекта с неустойчивой линейной частью и-го порядка, включенной перед нелиней-иой. Устройство может найти применение для управления положением плазменного шнура с током в тороидальных магнитных системах, так как во-первых, движение шнура относительно управляющего воздействия описывается дифференциальным уравнением высокого порядка; во -вторых, шнур в отсутствие обратной связи, как правило, неустойчив; в-третьих, параметры плазмы, температура, активное сопротивленйе шнура и др. имеют экстремальную зависимость от положения шнура. Цель управления - обеспечение устойчивости и максимизация термоядерных параметров плазмы или минимизация потерь. Устройство приме- И) нимо также. в случае управления неустойчивым объектом, качество управления которым оценивается по критерию, формирующемуся в системе управления, например, в случае управления движущимся объектом, по критерию минимума абсолютной величины отклонения от заданной траектории движения или направления на цель.ФормулаизобретенияУстройство для управления экстремальным объектом с неустойчивой линейнойчастью, содержащее последова-.р 5 тельно соединенные блок умножения,сглаживающий фильтр, интегратор ипервый сумматор, второй вход кото-рого соединен с выходом генераторапоисковых сигналов, выход - с первым входом идентификатора состоянияи входом объекта управления, первыйвыход которого соединен с первымвходом блока умножения, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства,оно содержит первые усилители,вторые усилители и последовательносоединенные второй сумматор и полосовой фильтр, выход которого соединен со вторым входом блока умноже 40 ния второй выход объекта управлениясоединен со вторым входом идентификатора состояния, выходы которогочерез соответствующие первые усилители соединены с соответствующимитретьими входами первого сумматора,а через соответствующие вторые .Усилители - с соответствующими входамивторого сумматора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Фицнер Л.Н. Система управленияс обратной связью по смещению. Сборник ффМетоды оптимизации автоматических системфф, М., ффЭнергия, 1972.2. Растригин Л.А. Системы экстре 5 мальиого управления. М., фНаукаф,1974, с. 20 б (прототип).901995 Составитель А. Лащев Техред З.фанта Корректор В. БУтя Редактор Л. но аказ 179 Филиал ППП фПатентфф, г. Ужгород, Ул. П Тир ВНИИПИ Госу по делам 113035, Москва, Ж 908 П рственного комите обретений и открыРаушская наб.,писное СССР й 4/5