Система автоматического управления многомерным нестационарным объектом1гнл”фовд

п 11 429642 Союз Советских Социалистических Республики присоединением 32) ПриоритетОпубликовано 05,06.74. Бюллетень2 Дата опубликования описания 09.12.74 осударственный комитетСовета Министров СССРио делам изобретенийи открытий 2-50(088.8) 3)(72) Авторы изобретения лисеев, Н, И. Соколов и А. К. Комаро Б. Н, Петров,1) Заявител Московский ордена Ленина авиационный институт им, Серго Орджоникидзе(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНМНОГОМЕРНЫМ НЕСТАЦИОНАРНЫМ ОБЪЕКТО 2 Изобретение относится к автоматике и может найти применение при проектировании систем автоматического управления различными объектами с переменными параметрами.Известны системы управления многомерными нестационарными объектами по сигналам оценок его фазовых координат (оценок переменных состояний), содержащие блок управления - последовательное соединение усилителей и исполнительных устройств, в выходы которого подключены ко входам объекта управления, чувствительные элементы, сумматоры, модели чувствительных элементов и модель последовательного соединения объекта управления и исполнительных устройств, основные входы которой подключены к выходам усилителей блока управления, и выходы которой соединены с первыми входами блока управления и через модели чувствительных элементов - с первыми входами сумматоров, вторые входы которых соединены с чувствительными элементами объекта управления, а выходы сумматоров сравнения соединены со вспомогательными входами модели объекта управления. Однако, если параметры объекта управления неизвестны или известны неточно, диапазон изменения качественных показателей системы управления нестационарным объектом, например времени переходного процесса и его колебательности, определяется максимальным разбросом параметров нестационарного объекта управ ления относительно параметров модели объекта управления, причем качественные показатели системы управления изменяются вместе с изменением параметров объекта управления. Системы автоматического управления нестационарными объектами по сигналам 10 оценок их фазовых координат (оценок переменных состояния) не позволяют регулировать диапазон изменения качественных показателей. Кроме того, при управлении нестационарными объектами и-го порядка указан ные системы управления не производят коррекцию по а-ным производным выходных фазовых координат объектов управления.Целью изобретения является расширениевозможностей компенсации влияния перемен ных параметров объекта управления на качественные показатели системы управления и направленного регулирования диапазона изменения качественных показателей системы управления, например уменьшения разброса 25 динамических характеристик, так что при изменении параметров объекта управления качественные показатели системы должны изменяться в заданных пределах. Это достигается тем, что вторые выходы всех сумматоров 30 сигналов фазовых координат (переменных со.стояния) объекта управления с выходов чувствительных элементов и соотвс г вукшпх им сигналов оценок фазовых коордппат объекта управления с выходов моделей чувствительных элементов дополнительно под(.цспс - 5 ны через дополнительные инвсртпруюппс усилители ко вторым входам блока управления, выходы которого соединепы с основными входами модели объекта управления.10На чертеже представлена блок-схема предлагаемой системы автоматического управлсния многомерным нестационарным объектом.Задающие воздействия Х, Х,Х, поступают на основные входы блока управления 1, кс торый, например, представляет собой последовательное соединение блока суюрусцпх усилителей и исполнительных устройств. С выходов блока управления 1 управляющие вздействия У У,.Уа поступают на входы нсстапио нарного объекта управления 2 и па сспспп.; . входы стационарной модели 3 объекта управления, например, выполненной в виде блока пптеграторов. Выходные сигналы фазовых координат У У 2,У объекта управления 2 изме ряют с помощью чувствительных элементов 4 и подают на вторые входы сумматоров 5, например, выполненных на суммирующих усилителях, Сигналы оценок измеренных фазо 30 вых координат У УУ,с выходов модели 3 объекта управления через модели 6 чувствительных элементов подают па ьтор.с входы сумматоров 5, С выходов сумматоров 5 сигналы разностей Я, 2:,Я измерепных 55 фазовых координат У У 2,У, объекта управления 2 и соответствующих им сигналов оценок У У, У фазовых координат подают на дополнительные входы модели 3 объекта 40 управления для коррекции сигналов оценок всех фазовых координат У, У., У, У объекта управления. Сигналы оценок всех фазо 45 вых координат У, У 2,У, У объекта уп равления с выходов модели 3 подают на первые входы блока управления 1 в виде сигналов обратных связей для формирования сигналов управляющих воздействий У УУ,. 50 С выходов сумматоров 5 сигналы разпостей Я, Л, Я измеренных фазовых координат У У 2 ".У объекта управления с выходов чувствительных элементов 4 и сооветствуо 55 щих им сигналов оценок У У,У, фазовых координат с выходов моделей 6 чувствительных элементов подают дополнительно через инвертирующие усилители 7 на вторые входы блока управления 1 для Асс 1 ирования уп- б 0 равляющих воздействий У У,У,Сущность работы предлагаемой системы автоматического управления многомерным нестационарным объектом закло;ается в следующем, б 5 Управляющие воздействия У, У,Урпоступиощие па сбъскт управления 2, образуют:(а( сгм.ы за (йп:( Воз чсиствии Х, Х 2,Хеи сигналов оценок У У 2 .,УтУд Всех фа зовых координат У УУ,Уобъекта управления, которые усиливают в блоке управления 1 с коэффициентами обратных связей), и сигналы разностей Л, 2,2,измеренных фазовых координат У, У 2,У, объекта управ;ения и соответствующих им сигналов оценок У, Ус,. фазовых координат, которые усиливают на инвертирующих усилителях (с коэффициентами адаптации). Сигналы оценок всех фазовых координат объекта получают с выходов модели 3 объекта управления, например, стационарной, так что коэффициенты дифференциальных уравнений модели 3 обьекта управления могут отличаться от коэффициентов дифференциальных уравнений обьекта управления 2, Структура получения сигналов оценок фазовых координат такова, что подбором соответствующего усиления интеграторами модели 3 объекта управления (с коэффициентами оценок) сигналов разностс с выходов сумматоров 5, выполняющих операции сравнения сигналов фазовых координат с соответствующими сигналами оценок фазовых координат., можно сколь угодно точпо приблизить все сигналы оценок У, У,УУ;, фазовых координат к соответствуюцим фазовым координатам У, У 2 Ут,У объека управления, несмотря на отличие реальных коэффициентов объекта управления от коэффициентов модели объекта управления прн отсутствии ошибок измерения).Сигналы оценок фазовых координат объекта управления зависят двояко от сигналов разностей Я, Л, Е измеренных фазовых координат объекта управления и соответствующих им сигналов оценок фазовых координат - непосредственно и через управляющие воздействия У, У УЭто позволяет, в соответствии с реализуемым такиь образом принципом двухканальности, путем соответствующего усиления сигналов разностей с выходов сумматоров по каналам коррекции выходных сигналов модели объекта управления и дополнительным каналам формирования управляющих воздействий, а также соответствующим усилением сигналов оценок со всех выходов модели объекта управления, получать требуемую степень независимости (инвариантность) сигна. лов оценок фазовых координат от сигналов разностей с сумматоров сравнения, а следовательно, и с переменных параметров объ. екта управления, При выполнении условия ипвариантности сигналы оценок фазовых координат принимают эталонные значения, а так как фазовыс координаты объекта управ. ления близки к сигналам своих оценок, то и фазовые координаты объекта управления5близки к эталонным значениям, Это и требуется в задачах управления с постоянным качеством, Кроме того, в ряде задач требуется направленно изменять в определенном диапазоне эталонный процесс (качество системы управления) при изменении параметров объекта, например, с целью уменьшения дополнительных управляющих воздействий на ооъект,Предлагаемая система управления обладает и этой возможностью, так как выбором соотношений усилений сигналов разностей по каналам коррекции оценок фазовых координат и дополнительным каналам формирования управляющих воздействий определяют направленное изменение эталонного процесса и диапазон этого изменения, Предлагаемая система управления позволяет корректировать управление нестационарным объектом и-го порядка по производным выходной фазовой координаты до и-го порядка включительно и при этом избегать дифференцирования в явном виде сигналов измеренных фазовых координат объекта управления, что повышает помехозащищенность системы управления. Она обладает определенной общностью и позволяет путем линейных преобразований получать различиыс системы управления нестационарными объектами, Так, например, можно сделать переход, с точностью до входного компенсационного фильтра, к системе управления нестационарным объектом путем охвата функционально необходимых звеньев специально подобранными стационарными корректирующими устройствами, Предлагаемое подключенис блока управления (соединение усилителей и исполнительных устройств) и модели объекта управления позволяет формировать и производить отладку эталонного движения системы на стенде, что является особенно удобным в случае, когда не представляется возможным достаточно точно описать работу исполнительных устройств. Достоинством является также невозможность ее реализации в виде набора идентичных блоков, выполненных на унифицированных аналоговых или цифровых элементах, например на интеграторах.В качестве примера рассмотрим объект управления, описывающийся дифференциальным уравнением первого порядка= - А У+В У, (1)где У - управляемая фазовая координата объекта; У в входное уиравлякипес воздействие ооъекта; А (1) и В (1) - переменцыс коэффиц,лсить. ооъекта,Пусть У измеряется осз помех и требуется, чтобы переходный процесс ио У не зависс429642 от . Й) и Лй) и оыл близок к некоторомуэ глоццому процессу. Сигнал оценки У фазовой координаты описы 5 иас.ся уравнением=. - А.У+В,и+К, г,(2)-". оол. пс коэффициент Кь тем ближе сигцал оценки У к фазовой координате объек таСогласно изобретению, управляющее воздействие объекта определяется уравнением1о = (кх - к,л - ,у) - , (4)В 35 В соответствии с предлагаемой системойуправления слагаемое К.У введено со знаком,иотииоцоложным знаку слагаемого КУ в 40 цавцсцц оценки Г 2).дсс".- Х - задающее воздействие; К - коеоМигиси- ,силен 1 ля задающего воздеиствия;- коэффициент адаптации; р - коэффициент обратион связи. Коэффициенты К, Кь 45К,;. В - постоянные. С учетом (4) уравнение (2) принимает вид- - - - ( + ) У + КХ+ К- К 2 (5) При раве;цстве коэффициентов К, и К, слагаемые" с разностью 2 компенсируют друг 55 д",уса, ц сигнал оценки У не зависит от У, аС,СчоватСЛЬНО, И От ПЕРЕМЕННОСтн ПаРаМЕтРОВ с;, ьс.;га управления. Таким ооразом, процесс изменения У явля 60 с: ся эталоцц.л: Так,ак коэффициенты К, и К, достаточно велики, то и сигнал оценки У близок к У, т. е. процесс изменения достаточно близок к эта 65 лсццо."и т иоцсссу на всех режимах,10 де У - сигнал оценки фазовой координатыобъекта:;.; Л - коэффлциенты приближенного уравнения объекта, например, постоянные и разные соответствующим ко эффипиентам объекта управленияв некоторый момент времени (расчетный режим);К, - коэффициент оценки;Л - разность измеренного значения У и 20сигнала оценки У,Уравнение эталонного процесса изменениясигнала оценки принимает вид- = - (р + А) У+КХ. (6) иуЭталонный процесс существенно зависит от величины коэффициента обратной связи р,.В случае неравенства коэффициента оценки К 1 и коэффициента адаптации К появляется возможность направленного изменения эталонного процесса, а следовательно, и качества системгя управления, Так, например, при К,)К появляется составляющая управления эталонным процессом, равная (К 1 - К) Я. При коэффициенте адаптации К=О, коэффициенте оценки К, - оо, фиксированном коэффициенте обратной связи р = сопз 1 процесс изменения координаты У равен эталонному только на расчетном режиме. При изменении параметров объекта управления диапазон изменения динамических свойств системы максимален, и характер поведения фазовой координаты У определен уравнениемаУ АР)+ ВЯ У+ВЯКХ (7)Как правило, в задачах управления нестационарными объектами не требуют неизменности динамических свойств системы на всех режимах, а задают направленное изменение динамических свойств системы в определенном диапазоне, что приводит к выбору коэффициента адаптации К, не равным коэффициенту оценки Кь При объекте управления более высокого порядка (объект описывается системой дифференциальных уравнений в нормальной форме) получаем более сложную систему уравнений оценок, и эталонный процесс не может быть полностью независим от нестационарности объекта. Однако выбором соответствующих величин и соотношений коэффициентов адаптации и коэффициентов 5 оценок и величин коэффициентов обратныхсвязей эту зависимость делают либо достаточно малой, либо отвечающей требуемому изменению качества управления. 10 Предмет изобретенияСистема автоматического управления многомерным нестационарным объектом, содержащая блок управления, выходы которого15 подключены ко входам объекта управления,чувствительные элементы, сумматоры, модели чувствительных элементов и модель объекта управления, например, с постояннымикоэффициентами (параметрами), выходы ко 20 торой соединены с первыми входами блокауправления и через модели чувствительныхэлементов - с первыми входами сумматоров,вторые входы которых соединены с чувствительными элементами объекта управления,25 первые выходы сумматоров соединены совспомогательными входами модели объектауправления, отличающаяся тем, что, сцелью расширения возможностей компенсации влияния переменных параметров объекта30 управления на качественные показатели системы управления и направленного регулирования диапазона изменения качественных показателей системы управления нестационарным многомерным объектом, например умень 35 шения разброса динамических характеристик,вторые выходы сумматоров подключены через дополнительно установленные инвертирующие усилители ко вторым входам блока управления, выходы которого соединены с ос 40 новными входами модели объекта управЛения,429642 Изд,971 Тираж 760 Государственного комитета Совета Мини по делам изобретений н открытий Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5аказ 3598/5ЦНИИ Подписноеов СССР Типограф апунова Составитель Ю. ШуваловРедактор Л. Тюрина Техред Г. Дворина Корректор Т, Гревцова