Устройство для управления неустойчивым экстремальным объектом

(19) (11 А 05 В 13 02 НИЯ ОПИ САНИ ОБР СУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВ(71) Ордена Ленина институт проблем управления(58) 1. Красовский А,А,. Динамика непрерывных самонастраивающихся систем. Физматгиз, М 1963, с. 91-100, 107-.115, 159"166.2. Растригин Л.А. Системы экстремального управления, Наука, М., 1974, с, 203-216.,(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НЕУСТОЙЧИВЫМ ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ ОБЬЕКТОМ, состоящим из последовательно соединенных неустойчивого линейного динамического звена и нелинейного статического звена, содержащее первый блок усилителей, первый избирательны .фильтр и последовательно соединенные генератор пробного воздействия, первый сумматор, идентификатор состоя- . ния, второй блок усилителей, второй . сумматор, второй избирательный фильтр первый блок умножения, усредняющий фильтр и первый интегратор, подключен. ный выходом ко второму входу. первого сумматора, соединенного выходом с входом объекта, подключенного выходом через первый избирательный Фильтр ко второму входу первого блока умножения," вход первого блока усилителей подключен к выходу идентификатора состояния, а выход - к третьему входу первого сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения Функциональных воэможностей устройства, введены последовательно соединеннЫе сигнум-реле, второй блок умножения, третий сумматор и второй интегратор, подключенный вы.ходом к второму входу второго сумма тора, сонднненного выходом со вторьнн входом третьего сумматора, вход сиг" нум-реле подключен к выходу усредня- Я ющего фильтра, второй блок умножения подключен вторым входом к выходу объекта управления, а выходом - к второму входу идентификатора состояния.Изобретение относится к автоматическому управлению, в частности куправлению динамическими объектами,имеющими экстремальную зависимостьвыходной величины от одной переменной.Известны устройства для экстремального управления объектами с устойчивой линейной частьюпроизвОльного порядка, основанные на принципесинхронного детектирования, ряд из 10которых обеспечивает максимальноебыстродействие и инвариантность кчастоте пробного воздействия 11) и( 2,Однако при неустойчивой линей%ойчасти объекта указанные устройства 15неработоспособны.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для управлениянеустойчивым экстремагьным объектом,состоящим из последовательно соединенных неустойчивого линейного динамического звена и нелинейного статического звена, содержащее первыйблок усилителей, первый избирательный Фильтр и последовательно соединенные генератор пробного воздействия,.первый сумматор, идентификатор состояния, второй блок усилителей, второйсуммаор, второй избирательныйФильтрр первый блок умноженилр ус -редняющий Фильтр и первый ингегратор,подключенный выходом ко второму входу первого сумматора, соединенноговыходом со входом объекта, подключенного выходом через первый избирательный Фильтр ко второму входу первогоблока умножения, вход первого блокаусилителей подключен к выходу идентификатора состояния, а выход - ктретьему входу первого сумма=ора ПЗ),Известное устройство неработоспо Особно при отсутствии контролируемого выхода линейной части объекта,Цель - расширение Функциональныхвозможностей устройства,Поставленная цель достигается тем,45что в устройство введены последовательно соединенные сигнум-реле, второй блок умножения, третий сумматори второй интегратор, подключенныйвыходом к второму входу второго сумматора, соединенного выходом со вторым входом третьего сумматора, входсигнум-реле подключен к выходу усредняющего, фильтра, второй блок умно.жения подключен вторым входом к выходу объекта управления, а выходом55к второму входу идентификатора состояния.На Фиг. 1 изображена блок-схемапредлагаемого устройства; на Фиг.2пример блок-схемы идентификатора состояния; иа фиг. 3 - пример блоксхемы усредняющего фильтра; нафиг. 4 - эпюры напряжений.Устройство(фиг, 1) содержит объект управления, состоящий из неустойчивого линейного динамическогозвена 1 и нелинейного статическогозвена 2, первый сумматор 3, генератор 4 пробного воздействия, идентиФикатор 5 состояния, первый и второйблоки 6 и 7 усилителей 64,6 и,74, , 7), второй сумматор 8, первый и второй избирательные фильтры9 и 10, первый блок 11 умножения,усредняющий фильтр 12, первый интегратор 13,второй блок 14 умножения,сигнум-реле 15, третий сумматоо 16,второй интегратор 17.Неустойчивое линейное динамичес/кое звено 1 имеет Р-ый порядок, а нелинейное статическое звено 2 имеетэкстремальную характеристику видаГ(х) = х + а , где Г (х) - выходнойсигнал звена; х - входной сигнал;а - неизвестная величина.Генератор 4 генерирует гармоническое пробное воздействие,Идентификатоо 5 состояния построен на базе модели линейного динамического звена 1 полной размерности,Идентификатор состояния полнойразмерности (Фиг. 2) содержит сумматоры 18.18, интеграторы 19,19 И, Усилители 20 20 И,, / 2 1, / 21221/ 22 1 323, сумматор 24,инвертор 25, сумматор 26.Блоки 6 и 7 состоят ка:кдый из иусилителей, КоэфФициентами усиленияусилителей 6 6 задаются желаемые динамические свойства системы,включая запас устойчивости, Выборомкоэффициентов усиления усилителей74 7 И обеспечивается формирование на выходе сумматора 8 из оценокпеременных состояния линейного динамического звена 1 объекта, получаемых на выходе идентификатора 5 состояния, оценки входного сигналанелинейного статического звена 2.На частоте пробного воздействия сигналы на выходе нелинейного статического звена 2 и выходе сумматора 8совпадают по Фазе или сдвинуты на180 друг относительно друга в зависимости от того, на какой ветви экстремальной характеристики, восходящей или нисходящей, находится система,что обеспечивает системе максимальное быстродействие и смещение состояния устройства в сторону экстремума.Избирательные фильтры 9 и 10имеют. одинаковую структуру и настроены на частоту пробного воздействия генератора 4,Блок 11 умножения и усредняющий 1фильтр 12 представляет собой реализацию синхронного детектбра.Усредняющий на периоде пробноговоздействия фильтр 12 (Фиг. 3) содержит сумматор 27, звено 28 запаз40ф+1)оделируютедовательноредаточны-4 следующим об 55 но что в мо ное динамичес дывания и интегратор 29. Время задержки звена 28 запаздывания равно периоду пробного воздействия. Зависимость выходного сигнала) от входного(т) усредняющего фильт ра 12 имеет вид58)=1 ь)- и,-тадж= 1ю, где Т - период пробного воздействия. Таким образом фильтр производит ус реднение входного сигнала на периоде пробного воздействия.На фиг. 4 приведены осциллограммы изменения следующих сигналов: сигналов на выходе линейного динамичес- (5 кого звена 1 (кривая 1) и его оценки (кривая 2), полученной с помощью идентификатора состояния, выходных сигналов усредняющего фильтра 12 (кривая 3)и сигнум-реле 15(кривая 4) сигнала на выходе интегратора 17 (кривая 5), а также выходных сигналов нелинейного статического звена 2. (кривая б) и сумматора 8 (кривая 7). Все осциллограммы получены в Результате моделирования на ЦВМ работы данного устройства.При моделировании, например, принято, что линейное динамическое звено 1 имеет передаточную Функцию Ж(р)-.130Нелинейное статическоер,01звено 2 имеет, например, следующую зависимость выходной величины от входной: Г(х)"-)х. Гармоническое пробное воздействие имеет вид: О.М) : 35 = 51 И Юо 1, где ЩО= 15,708 с- Передаточная функция избирательных Фильтров 9 и 10 выбрана в виде(Р+01 Ю р+ВЗвено 28 запаздывания мчетырьмя одинаковыми послсоединенными звеньями с пеми функциями вида То Р(ОЯ+ ИТооР . 6 ТоР+4где То = Т/4. При моделировании ин"тегратор 13 заменяют на инерционное 50звено с передаточной Функцией1ф (р)шееюеееюе т иеЧЪ р+005Устройство работаетразом.Из осциллограмм видмент времени г.= 0 линей кое звено 1 объекта и идентификатор5 состояния имеют разные начальныеусловия (кривые 1,2), При 670 ссигнал на выходе идентификатора 5состояния равен сигналу с выхода линейного динамического звена 1 объекта, а выходной сигнал интегратора17 равен величине а = -. 2. При этомсигнал на выходе нелинейного статического звена 2 объекта и на выходесумматора 8 равыы или противоположныпо знаку (кривые б и 7) в зависимости от того, с какой стороны от экстремума находится система. Знакчастной производной функции Г(х)нелинейного статического звена 2совпадает сб знаком выходного сигнала сигнум-реле 15 (кривая 4)Начиная с момента Ы 80 с система осуществляет колебания вокруг точки экстремума функции Р(х) нелинейногостатического звена 2 объекта. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет оптимизировать выход экстремального объекта как с устойчивым, так и с неустойчивым линейным динамическим звеном произвольного порядка, включенйым перед нелинейным статическим звеном с экстремальной характеристикой вида ).(х) =х + а .Предлагаемое 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 дифференциальными уравнениями высокого порядка; во-вторых, шнур в отсутствие обратной связи, как правило, неустойчив; в-третьих, параметры плазмы (температура, активное сопротивление шнура и др.) имеют экстремальную зависимость от положения шнура, Цель управления - обеспечение устойчивости и максимизация термоядерных параметров плазмы (или ми" нимализация потерь). Устройство применимо также в случае управления неустойчивым объектом, качество управления которым оценивается по экстре- мальному критерию, формируемому в: системе управления, например, в случае управления движущимся объектом по критерию минимума абсолютной величины отклонения от заданной траектории движения или от направленияна цель.1034015 ставитель В. Нефедовхред И Гайду Корр Редактор Н. Ковалев ор Ю. Макаренко акаэ 5624/5 0 Тираж 874 По ВНИИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий . 113035, Москва, Ж,. Раушская наб д