Устройство терминального управления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 80133221) 4 С 05 В 19/04 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ионныи инстиидзе ельство СССР 19/04, 1984. ан Р, Линейныравления,475, рис. 5-7. М,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(57) Изобретение относится к управлению динамическими объектами, конеч- . ное (терминальное) состояние которых в общем случае определяется К-мерной заданной координатой, Устройство обеспечивает перевод многомерного объекта управления из произвольного начального состояния в произвольно- заданное конечное состояние, Причем133226время перевода может быть жестко заданным, ограниченным или свободным, Изобретение может быть также использовано в системах слежения за многомерной эталонной переменной, Устройство содержит блок 1 задатчиков,суммирующие усилители 3 , 3 2блок 2 координат объекта управления, блок 4 элементов выборки-хранения, интеграторы 6 со схемой сброса, сумматоры 7, ключи 8 и 9, переключатель 5, элемент ИЛИ 12, шины 10и 11 управляющих сигналов и выходнуюшину 13 устройства, 1 ил, Изобретение относится к системамавтоматического управления, предназначено для управления объектами, тер,минальное (конечное) состояние которых описывается К-координатами (К1,2,3,), а время достиженияэтого состояния задано или ограничено, и может быть также использованов системах слежения за К-мернойвходной координатой.Целью изобретения является расширение функциональных возможностейустройства за счет обеспечения перевода объекта управления из произвольного начального соетояния в произвольное конечное состояние, при котором К-мерный вектор выходных координат объекта управления принимаетзаданное значение, причем время перевода может быть как заранее заданным, так и жестко не фиксироваться,1На чертеже представлена функциональная схема устройства.Устройство терминального управления содержит блок 1 К задатчиков,1и шин 2 координат объекта управления, К .суммирующих усилителей 3-1,3-2, З-К, блок 4 элементов выборки-хранения, переключатель 5,Кинтеграторов 6-1, 6-2,6-(К), снабженных схемой сброса, Ксумматоров 7-1, 7-2,7-(К), первый 8 и второй 9ключи, шину 10 "Старт-стоп", шину 1переключения режима работы, элементИЛИ 12 и выходную шину 13, причемвыходы блока 1 К задатчиков и и шин2 координат объекта управления подключены к входам всех К суммирующихусилителей 3, выходы которых соединены с первой группой входов переключателя 5 и через блок 4 элементоввыборки-хранения с второй группой входов переключателя 5, выходы спервого по (К-)-й которого подключены к первым входам одноименныхсумматоров, вторые входы с второго 5по (К)-й сумматор подключены квыходу одноименного интегратора,вход (К)-го интегратора 6-(К)соединен с К-м выходом переключате ля 5, а вход каждого из остальныхинтеграторов соединен с выходом предшествующего сумматора, выход первого интегратора 6-1 через первыйключ 8 соединен с вторым входом пер вого сумматора, выход которого черезвторой ключ 9 подключен к выходнойшине 13 устройства, управляющие входы блока 4 элементов выборки-хране- .ния, управляющие входы схем сбросавсех интеграторов и первого ключа,а также первый вход элемента ИЛИ 12подключены к шине 10 "Старт в ст",управляющий вход переключателя 5 ивторой вход элемента ИЛИ 12 подклю чены к шине 11 переключения режимаработы, а выход элемента ИЛИ 12 соединен с управляющим входом второгоключа 9.Устройство терминального управления работает следующим образом.Объект управления описываетсясистемой дифференциальных уравненийх(е) = Ах + Вц(с); (1)у(е) = Сх(с) + Би(Е), (2) 35где х(С) - и-мерный вектор состояния (координаты объекта);п(ь) - скалярное управление,у(1) - К-мерный выходной вектор 40 (выходные координатыобъекта);А,В,С,В - соответственно (пхп) в ,(3) как жест 15 В исходном состояниипо команде "Стоп с шины 1 О (логический нуль) интеграторы 6-1, 6-2разряжены, блок 4 работает в режиме слежения за сигналами 13 (Т), 13 г Ж13 к(") 20 с выходов К суммирующих усилителей 3-1, 3-2 З-К, ключ 8 разомкнут переключатель 5 по команде с шины 11 (логический нуль) подключает на вход сигналы блока 4, ключ 9 разомкнут, 25 а на выходной шине 13 сигнал управления отсутствует. По сигналу "Старт" с шины 10 в условно начальный момент времени Т=О фиксируются блоком 30 35 где 00000 01000 00100 0100 0 001000000000000000 1 х (С)(10)Предполагается, чтр объект управления (1) полностью управляем,Целью управления является пере вод объекта (1) из произвольного начального состояния х(0)=х в условно начальный момент времени с=:0 в такое конечное состояние х(Т), чтобы выходной вектор у(Т) принял требуемое (заданное) значение у , т,е,Зарифчтобы Время перевода Т может бытьстрого задано (а-режим), так ико не Фиксировано (б-режим),4 выборки-хранения значения 13(0), 13 г(0) Б (0), интеграторы переводятся в режим интегрирования, ключи 3 и 9 замыкаются и на выходной шине 13 Формируется сигнал управления и(г.)=Е (г.)+13 объектом (1), где Вводя расширенный вектор состоя- ния ВО к-г А В1О., А, (индексами обозначены размерности нулевых и единичной 1 подматриц, входящих в состав блочных матриц Аф, В+).Выходной вектор (выходные координаты) у(1) в расширенном пространстве состояний (6) вместо (2) запишется следующим образом: 262 4Е,(Г) - выходной сигнал первого интегратора 6-1.В соответствии с чертежом имеем 13(0) = Рх(0) + Р у,13 г(0) = ргх(0) + РгузадБ (0) = рх(0) + Ркузадф,Р,) - коэффициенты передач, установленные по соответствующим входам 1.-го суммирующего усилителя 3-1,1.= 1 - К,Сигналы начального состояниях(0)-х (0), х (0),. , х (0)3 итекущего х(Т), поступающие на ишин 2 координат объекта управления,формируются с помощью соответствующих датчиков или с помощью наблюдающего устройства, например, по типуфильтра КачманаКоэффициенты передач (4) заранеерассчитываются и устанавливаются посоответствующим входам суммирующихусилителей 3-1, 3-2 ,3-К на основании следующегоРассматРиваЯ 13=(13, Цг,у 131,)в качестве внешнего вектора управления, а входные сигналы интеграторов 6-1, 6-2, Е(Е агаэк.)в качестве дополнительногр векторасостояния Е,Е=А Е (с) + В Ц(г.), (5) представим уравнения (1) и (5) встандартном видех+(С)=А х(С) + В 13(Г), (7) где в соответствии с (5) и (6) В1у(С)=С х (Т)+П 13(С), 5 13 а следовательно, полностью управляема и система, описываемая уравнениями (7) и (9), Полагая Псопзг.=Б(0),е О,Т 1, для состояния системы (7) в момент времени Т имеем 32262б. У(Т) =у за заданное время (а-реЗажим), при этом управление и(г.) является функцией времени и в соответствии с чертежом5цЮ = Е, + Н(О), (16)где где хф(Т) =Ф(Т,О) х" (0)+Н (Т,О) П (0), (11) Ф(Т, 0) = ехр (А ф Т),ТН(Т,О) =1 ехр(А 7)й 71 В, (12)оТак как целью управления является выполнение условия (3), т,е,у(Т) =у , то в соответствии с (9) иЗаДф(13)Существование обратной матрицы обеспечивается управляемостью системы (7 ) и совпадением размерностей векторов .Б и уд, Так как дополнительные переменные Е, Е,Е , предварительно обнуляются (сбрасываются в нулевое состояние интеграторы 6-1, 6-26-(К, то в соответствии с (10) С Ф(Т,О)х (0) = СФ(Т,О)х(0), (14)где Ф (Т,О)=ехр(А Т) - подматрицаматрицыФ(Т 0)соответствующая в (8) клетке, содержащей А,С учетом (14) вместо соотношения(13) имеем Б(0) = Рх, + Руц (15 а) Р= -С"Н(Т,О)+В+3 СФ(Т,О),"Р = Гсфн(Т,О)+В"1-, (15 б) Первые строки матрицы Р, Р соответствуют Р Р в соотношениях (4), вторые строки соответствуют Р , Р и т.д.Таким образом, выбором постоянной величины Б(0) из соотношений (15) обеспечивается перевод объекта управления (1) из произвольного на - чального состояния х в произвольноеозаданное состояние, обеспечивающее 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Если время Т заранее жестко не фиксировано (б-режим), то устройство позволяет реализовать замкнутый закон уравнения, 13 я этого по команде с шины 11 (логическая единица) переключатель 5 подключает свой выход непосредственно к выходу суммирующих усилителей 3-1, 3-2 .З-К, а по команде с шины 1 О (логическая единица) осуществляется размыкание ключа 8 и обнуление интеграторов 6-1, 6-2. ,6-(К), т,е. реализуется обычный закон управления с обратной связью и ц(г.) = Ц 1)=Р,х(С)+ +Ру , В процессе функционирования объекта управления указанные режимы работы устройства могут чередоваться, т,е, может осуществляться замкнуто-разомкнутый принцип управления,Формула изобретения Устройство терминального управления, содержащее блок К задатчиков, п шин координат объекта управления, выходную шину устройства, первый суммирующий усилитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены со второго по К-й суммирующий усилитель, блок элементов выборки-хранения, Кинтеграторов, снабженных схемой сброса, переключатель с шиной переключения режима работы, Ксумматоров, два ключа, элемент ИЛИ и шину нСтартсто , к которой подключены управляющие входы схемы сброса всех интеграторов, управляющие входы блока элементов выборки-хранения и первого ключа, а также первый вход элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к шине переключения режима работы, выходы блока К задатчиков и и шин координат объекта управления подключены к входам всех К суммирующих усилителей, выходы которых соединены с первой группой входов переключателя и через блок элементов выборки-хранения - с второй группой входов переключателя, выходы с первого по (К)-й которого соединены с первыми входами одноименных сумматоров,13322 б 2 Составитель В. ХромовРедактор И, Николайчук Техред И.Попович Корректор В, Гирняк Заказ 3830/42 Тираж 863 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 вторые входы с второго по (К)-йсумматоров подключены к выходу одноименного интегратора, вход (К)-гоинтегратора соединен с К-м выходомпереключателя, а вход каждого из остальных интеграторов соединен с входом предшествующего по номеру сумматора, выход первого интегратора через первый ключ соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого 5через второй ключ подключен к выходной шине устройства, а выход элемента ИЛИ соединен с управляющим входом втОрого ключа.