Регулятор с ограничением управляющего воздействия

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19,80 пи 1383 В 11/01. САНИ АВТОРСКОМУ С олуп водР слите ое вт она- сисвано Ю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(57) Изобретение относиматическому управлениюнию и может быть исполь ОБРЕТЕНИЯ,3ЛЬСТВУ темах с ограниченным управляющимвоздействием. Цель изобретения - повышение качества управления - достигается тем, что в регулятор, содержащий последовательно соединенныедифференциатор, первый масштабныйблок и сумматор, второй масштабныйблок, введены последовательно соединенные блок выделения модуля сигналаумножитель и третий масштабный блок,Реализуемый с помощью регулятора закон управления позволяет приблизитьпереходный процесс в системе к оптимальному по быстродействию и уменьшить скоростную составляющую ошибкив установившемся режиме. 4 ил.Изобретение относится к области автоматического управления и предназначено для управления изменением Различных параметров в системах авто матического управления, где управляющее воздействие ограничено по величине и пропорционально ускорению изменения параметра.Цель изобретения - повышение качества управления.На Фиг. 1 изображена функциональная блок-схема системы автоматическо 30 Х=Х,-Х.,где Х - сигнал рассогласования между задающим и текущим значениями параметра; го управления с ограничением управляющего воздействия объекта с аста г тизмом второго порядка, на фиг, 2. - функциональная блок-схема предлагаемого регулятора", на Фиг. 3 и 4 - Фазовые портреты характерных линий,На фиг. 3 и 4 А - траектория опти мального по быстродействию движения при ограниченном управляющем воздействии, Б - линия перехода управляющего воздействия через ноль, В - линия начала формирования максимального от рицательного управляющего воздействия, Г - линия начала формирования максимального положительного управляющего воздействия, Д - Фазовые траектории движения изображающей точки при использовании предлагаемого регулятора, Е, Ж, Илинии формирования соответственно нулевого, начала максимального отрицательного и начала максимального положительного управляющего воздействия при использовании известного регулятора, К - фазовые траектории движения изображающей точки при использовании известного регулятора.40Система управления изменением параметра Х; объекта 1 содержит датчик 2 отклонения параметра, изображенный в виде элемента сравнения, регулятора 3 и исполнительный орган 4 Пред- а 5 лагаемый регулятор наиболее эффективен при использовании в системах управления, в которых управляющее воздействие пропорционально ускорению текущего значения параметра Хт и максимальное значение управляющего воздействия ограничено.Датчик 2 обеспечивает формирование сигнала рассогласования по законуХз - задающее значение параметра;Х- текущее значение параметра,Регулятор 3 обеспечивает формирование управляющего сигнала У на исР полнительный орган 4. Исполнительный орган 4 обеспечивает формирование управляющего воздействия У по закону К,У при /Ур /Ум ь Коум Уз 1 яп У при /У /Г Ко где У - управляющее воздействие, У - управляющий сигнал с регулятора 3; У - максимальное значение управляющего воздействия, К - коэффициент пропорциональности.Управляющее вОздействие У приводит к созданию ускорения текущего значения параметра Х-. Параллельно управляющему воздействию на объект 1 обычно действует возмущающее воздействие У, что условно изображено с помощью сумматора 5,Предлагаемый регулятор 3 содержит первый, второй и третий масштабные блоки б, дифференциатор 9, блок 10 выделения модуля, умножитель 11 и сумматор 12. Тогда выходной сигнал У с регулятора 3 будет формироваться по законуУр КХ КаХ КзХ/ где К, К, К з - коэффициенты усиления масштабных блоков бсоответст- венно. Указанный закон формирования сигнала Ур от известного отличается наличием третьего слагаемого, модуль которого пропорционален квадрату скорости сигнала Х рассогласования.Максимальное быстродействие в системах с ограничением управляющего воздействия достигается при релейном управлении, в котором знак формируемого максимального управляющего воздействия изменяется при попадании изображающей точки на фазовом портрете на траекторию А, оптимальную по быстродействию и заданную уравнениемХ = - Г 2 ХУ К я 1 рп Х где К - коэффициент пропорциональности между управляющим воз 1383287действием и ускорением изменения параметра.Однако закон релейного управления при обеспечении оптимального быстродействия нельзя использовать в уста 5 новившемся режиме. Из-за этого переходят на другой алгоритм управления, обеспечивающий требуемые динамические характеристики в установившемся режиме, Это приводит к усложнению системы управления. С другой стороны, для релейного закона, оптимального по быстродействию, необходимы малые допуска на разброс параметров систе 15 мы, так как при выборе траектории переключения на одни параметры в реальной системе истинная траектория может пройти ниже или выше выбранной. В первом случае не будет оптимального быстродействия, так как фазовая траектория выйдет за линию А и будет иметь место динамический заброс с соответствующим увеличением времени переходного процесса. Во втором случае возникает колебательный процесс относительно линии А, приводящий к частой смене знака управляющего воздействия, При наличии в системе колебательных звеньев это может привести к нежелательным последствияМиПри использовании известного регулятора на фазовом портрете (фиг.4) имеются три характерных прямых линии: Е - линия переключения знака управляющего воздействия, Ж - линия начала формирования отрицательного максимального управляющего воздействия и И - линия начала формирования максимального положительного управляющего воздействия. Оптимальное быстродействие в этом случае получается только для траекто.,рии изображающей точки, проходящей через точку пересечений линий И и А. У траекторий Изображающей точки, например К, пересекающих линию И за линией А, время переходного процесса резко возрастает за счет появления колебаний, У траекторий, про ходящих по другую сторону от точки пересечения линий И и А, время также увеличивается за счет того, что ско.рость не достигает своего допустимого значения. Более того, за счет увеличения коэффициента К, обеспечивающего демпфирование, можно добиться, что во всем рабочем диапазоне линия. И будет между осью Х и линией А, Однако при начальных отклонениях внутри рабочего диапазона будут достигнуты допустимые скорости, и время возрастет за счет медленного движения, С другой стороны, повышенное значение коэффициента К приведет к увеличению скоростной ошибки в установившемся режиме, т.е. при изменении Хз с постоянной скоростью будет больше установившееся значение Х,В предлагаемом регуляторе 3 наличие третьего слагаемого в законе управЛения при соответствующем выборе коэффициента Кз позволяет вместо прямых линий Е, Ж, И получить соответствующие линии Б, В, Г, которые располагаются на фазовом портрете таким образом, что линия Г во всем рабочем диапазоне располагается близко к линии А со стороны оси Х.Исключение составляют только малыеотклонения, но при малых отклонениях уже не требуется формировать максимальных управляющих воздействий.Выбор коэффициентов К К , К для предлагаемого регулятора 3 можно проводить следующим образом. Коэффициенты К, и К выбрать из условия обеспечения динамических характеристик при малых отклонениях, т.е, в соответствии с теорией линейных систем автоматического управления без учета ограничений величины максимально управляющего воздействия. А коэффициент К выбрать по формулеОк 5 КХр - КкХрУиК и УиКкиХЗУ Кгде Х, - рабочий диапазон изменения рассогласования Х. Формула изобретенияРегулятор с ограничением управляющего воздействия, содержащий последовательно соединенные дифференциатор и первый масштабирующий блок, второй масштабирующий блок и сумматор, к первому входу которого подключен выход первого масштабного " блока, второй вход сумматора соединен с выходом второго масштабного блока, вход которого подключен к входу дифференциатора и к входу регулятора, выходом которого является выход сумматора, о т л и ч а ю щ и й 1383287с я тем, что, с целью повышения ка"чества управления, в него введеныблок выделения модуля, умножитель итретий масштабный блок, причем входблока выделения модуля соединен свыходом дифференциатора, первый вход умножителя подключен к выходу блокавыделения модуля, второй вход - квыходу дифференциатора, а выход умножителя соединен через третий масштабный блок с третьим входом сумматора,