Устройство для оценки переменных состояния объекта управления

(22) Заявлено 14,07.80 (2 ) 2985253/18-24с присоединением заявкиМ. Кл,605 В 23/00 Рвуднрстееней кемнтет СССР нф дэнам нзебретеннй . и отнрмтнй(71) Заявител Московский ордена Ленина авиационный институт им, С и ель ТРОЙСТВО ДЛЯ 011 ЕНКИ ПЕРЕМЕННЫ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ,входы которого соединены с датчиком измеряемой переменной состояния и выходом цепи, в которой формируется сигналоценки этой же переменной, а выход - свходами цепей электронной модели, в которых формируются сигналы оценки переменных состояния объекта 11 ) .Однако в данном устройстве при большом сигнале с блока сравнения интеграторы в цепях оценки насыщаются. Этоприводит к тому, что оценка переменньпссостояния затягивается, а сама оценкапроизводится с большой ошибкой. Этотнедостаток устройства для оценки весьмазатрудняет их использование в системахуправления,Наиболее близким по техническому решению является устройство для оценкисостояния объекта управления,щее последовательно соединенныеторы, модель датчиков параметров,блок сравнения и усилитель. В данном устройстве при б ьших сигналах с блокасравнения в р оту включается цепь авИзобретение относ ет быть использо я к управлению ии систем управ ами с и овани одим ого количеств вектора содержа интегра ол аб ано при проектирония различными объекм минимально необдатчиков для измерения переменных состояния.5Необходимость разработки устройств, которые позволили бы косвенно оценить переменные состояния по минимуму информации, обусловлена тем обстоятельством, что в большинстве случаев доступны приборному измерению лишь некоторые составляющие вектора состояния, а также тем, что использование измерительных приборов не всегда целесообразно вследствие их сложности,:Известны устройства для оценки переменных состояния объектов управления, в которых оценка производится путем реше-, ния дифференциальных уравнений, описы вающих движение самого объекта. Такие устройства называются наблюдающими устройствами и содержат электронную модель объекта управления, блок сравнения,ордена Октябрьской Ревго Орджоникидзе и завокивдния соответственно равны К 4, К 7, К, К . Они определяются, исходя из заланйого качества процессов оцениввния известными в теории методами.Через нормально разомкнутые контакты 12 переключателя 9 выход усилителя 10 соединен только с входом интегрирующей цели 2, но коэффициент усиления1 сигнала ошибки оцекивания равен К, который выбирается из условия минимума времени отработки ошибки оценивакия, В соответствии с дифференциальными уравнениями входы цепей 4 и 5 соединены с рулевым приводом системы управления,Устройство работает следующим образом.Пусть структура электрокной модели объекта управлекия отвечает следующим уравнениям Л л лл де Х Х, Х, Х - оценка переменных7сос тоякия; Х1 измеряемая переменная состояния; ошибка оцениввкия измеряемой переменной состояния; Л ЬХ 40 - управляющее воздействие ка объект управления;О Ь - весовые коэффициен 1ты при переменныхсостояния;К- коэффициектыупрввления моделью,Надлежащим выбором коэффициентовК -. Кможно получить оценки переменф 1 Л Л Лных состояния А 1, Х, Х., Х, близкиек реальным величинам переменных состояХ, Х, ХХ 4,ЛКогда сигнал Ь Х 1 мал, т, е. ошибкаоценивания (разкость сигналов с датчикадля измерения Х 1, и с выхода модели Х 1)мала, то устройство эв счет наличия отрицательных обратных связей сводит этиошибки к нулю. Когда Ь Х 1 = О, значитЛ Л Лвеличины оценивания Х 1, Х 7, Х Хблизки к реальным величинам.При больших ошибках оценигипил пз.с -ряемои пере,. анной состоянпк Х к тллктклщ д 1 1 реези ходи с зап ч, уи(у 3 3 94,364 9томатической настройки параметров моделиобъекта управления, которая приводит всоответствие коэффициенты модели и коэффициенты объекта и устраняет рассогла-.сования между измеренными величинамипеременных Состояния и их соответствующими оценками 2 .Однако процесс оценки переменныхсостояния все же затянут вследствие необходимости перестройки коэффициентов Омодели. Кроме того, известное устройство сложно по своей структуре.Бель изобретения - снижение времениоценки (идентификации) неизмеряемых переменных состояния при большом сигналерассогласования между измеренной величиной переменного состояния и оценкойтой же переменной и упрощение структу-ры устройства,Указанная цель достигается тем, чтоустройство содержит последовательно соединенные блок определения модуля и переключатель с нормально-замкнутым инормально-разомкнутым контактам и, входблока определения модуля соединен с вхо-д 5дом усилителя, выход которого через нормально-замкнутые контакты переключателя соединек с вторыми входами интеграторов и первым входом первого интегратора, а через нормально-разомкнутыеконтакты переключателя - с третьимвходом последнего интегратора,На чертеже изображена блок-схемапредложенного устройства.Устройство для оценки переменныхсостояния объекта управления содержит35электронную модель объекта 1, котораясостоит из ряда интегрирующих цепей2- 5 (по числу дифференциальных уравнений, описывающих изменение перемен 40ных состояния объекта управлении). модели датчиков 6 параметров, включеннойпоследовательно в интегрирующую цепь 2,вырабатывающую оценку этой же переменкой, блок 7 сравнения, который своимивходами соединен с выходом модели дат 45чиков 6 измеряемой переменной состояния и выходом модели этого датчика,блок 8 определения модуля сигнала ошибки оцениввния измеряемой переменнойсостояния, вход которого соединен с выходом блока 7 сравнения. Переключатель9, последовательно подключенный к выходу блока 8, другой выход блока 7 сравнения через усилитель 10 и через нормально замкнутые контакты 11 переключателя 9 соединен с соответствующимивхолами интегрирующих целей 2 - 5. Ко 6 Фгциенты усиления с игнвла ошибки )цел л л лХ=СЫТС 4 Х 4 К д Х5 9436 то срабатывает переключатель 9 и своими контактами 12 подключает выход усилителя 10 на вход цепи 2. Входы других интегрируюших цепей отключаются от выхода усилителя 10. Сигнал Ь , на входы цепей 3 - 5 не подается.1При этом коэффициент усиления в цепи К обеспечивает отработку ошибки оценивания Ь 1 в заданное время до заданного предела, ОВ этом случае система (1) принимает вид л л Х л(2) При нулевых начальных условиях исчитая, что за время отработки ошибкиоценивании Ь 1 в цепи 2 сигналы ,ли Х на выходе цепей 3 - 5 будут4лалы, можно считать, что система (1)вырождается в уравнение1,:к(х-х),(3)которое имеет рещениех 1 =Х(1- е),4)где л - корень характеристического урав.З,нения.1Выбором К можно обеспечить, что Хбудет сушес твенно отрицательной величиной. Пусть 1= -К, тогда подбором зна 4чения К можно обеспечить очень быстл 35рую отработку сигнала Ь Х до заданногопредела. После чего срабатывает блок 9переключения и своими контактами 11 вновьподключает выход усилителя 10 к входамвсех цепей интегрирования ( 2 - 5) модеоли объекта управления, Вновь производится оценка всех переменных состоянияобъекта управления,Так квк в момент подключения выходаусилителя 10 к входам цепей 2 - 5 через45контакты 1 1 сигнал ошибки оцениванияЬ мал, поэтому он отрабатывается довольно быстро, и оценки чензмеряемых переменных состояния , х, Х близки к реальным величинам.Предложенное устройство выгодно оз личается от всех известных устройств оценки переменных состояния объекта управления тем, что оно позволяет сравнительно простьми средстзами обеспечить малое время оценки неизмеряемых переменных состояния при больших значениях ошибки оценивания Ь, . Испытание опытного макета показало, что время оценки переменных состояния с помошью предложенного устройства в 10- 20 рвэ мень ше, чем с помощью известных, При использовании предложения в современных системах управления этот эффект позволяет значительно улучшить динамику двя жения,Формула изобретенияУстройство для оценки переменных состояния объекта управления, содержащее последовательно соединенные интегрвторы, модель датчиков параметров, блок сравнения и усилитель, о т л и ч в ю - ш е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, оно содержит последовательно соединенные блок определения модуля и переключатель с нормально замкнутым и нормально рвэомкнутым контактами, вход блока определениямодуля соединен с входом усилителя, выход которого через нормально замкнутыеконтакты переключателя соединен с вторыми входами интеграторов и первымвходом первого интегратора, а через нормально разомкнутые контакты переключателя с третьим входом последнего интегратора,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Кузовков Н. Т. и др. Непрерывныеи дискретные системы управления и методы идентификации. М "Машиностроение",1978, с. 138 - 140.2. Авторское свидетельство СССРМо 429415, кл. 605 В 17/02, 1972. Синицкая. едактор Н. Воло рек ж 91 иал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проекты аз 5105/52 Тира 4 ВНИИПИ Государствеыног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Подписноекомитета СССРоткрытийаушская наб., д. 4/5