Система оптимального управленияобектами второго порядка

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 0201.79 (21) 2706388/18-24с присс единением заявки Мо(51) МКД. С 05 В 13/04 Государствеииый комитет СССР по делам изобретеиий и открытий(72) Авторы изобретения В,Н, Игнатенко и В.М, Синеглазов Киевский ордена Ленина политехническийинститут им. 50-летия Великой Октябрьскойсоциалистической революции(54) СИСТЕМА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ОВЬГКТАМИ ВТОРОГО ПОРЯДКАИзобретение относится к системамавтоматического управления и предназначено для оптимального по быстродействию и расходу топлива управле 5ния неколебательными динамическимиобъектами второго порядка с запаздыванием типа летательных аппаратовв химико-технологических процессах,Известны системы оптимального .Управления, позволяющие минимизироватьвремя управления динамическими объектами, которые содержат основной контур управления и контур самонастройки, причем контур самонастройки, содеркит настраиваемую модель, блок 15сравнения, блок самонастройки и исполнительный механизм, а основнойконтур содержит модель, нуль-орган,блок сравнения, блок управления моделью, триггеры, блок начальных ус" 20тавок, сумматор и блок эквивалентность 11.Недостатки этих систем - низкаяточность и быстродействие, получение только двухуровневых управляющих сигналов,Наиболее близкой по техническойсущности и достигаемому результатук предлагаемому является система оптимального управления объектами вто рого порядка, содержащая модель объекта, первый вход которой соединенс выходом схемы сброса, второй итретий - с выходами первого и второго ключей, а первый и второй выходысоответственно с входами первого ивторого блоков сравнения, выходы которьж подключены ко входам первогоэлемента И, соединенного своим выходом с первым входом второго элемента И и счетным входом первого триггера, первый выход которого соединен с управляющими входами первого и третьего ключей, второй выходс управляющим входом, второго ключа и со вторьм входом второго элемента И, подключенного входом ко входу первого ключа и второму выходу второго триггера, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый выход - с первьм входом блока эквивалентность и через третий ключ - со входом объекта; первый выход которого соединен с первыи входом блока установки начальных условий, первый выход которого подключен ко второму входу третьего ключа, второй выход - ко второму входу первого триггера и первым входам второго и третьего триггеров, 3первый. выход которого соединен совторым входом блока эквивалентность,подключенного своим выходом ко входублока сброса, второй вход которогосоединен с выходом второго блокасравнения 2), 5Однако эта система обладает низкими точностью и быстродействием.Цель изобретения - повышениеточности и быстродействия системы.Поставленная цель достигается тем, 10что в системе оптимального управле. ния объектами второго порядка установлен. координатный преобразователь,первый и второй входы которого соединены с соответствующими выходамиобъекта, треий вход - с первым выходом второго триггера, а первый выход - с четнертым входом модели ивторым входом блока установки начальных условий, второй выход - с пятымвходом модели,На фиг, 1 представлена блок-схемасистемы оптимального управления Объектами второго порядка; на Фиг. 2линии переключения.Система оптимального управления 25объектами второго порядка содержитмодель 1 объекта, первый вход которой соединен с Выходом блока 2 сброса, второй и третий нходы - с Выходами первого 3 и второго 4 ключей, Ща первый и второй Выходы - соответственно с входами первого 5 и второго б блоков сравнения, выходы которых подключены ко Входам первогоэлемента И 7, соединенного своим ныходом с одним из входов второго элемента и 8 и ечетньм входом перного1триггера 9,. первый Выход которогосоединен с управляющими входами первого 3 и третьего 10 клю-ей, второйвыход - суправляющим входом второго ключа 4, подключенный входом ковходу перного ключа 3 и второму выХОДУ ВТОРОГО ТРИГГЕРВ1 СЧЕТНЫЙвход которого соединен с Выходом второго элемента И 8, первый выход - с. 45одним из входон бло 1 а 12 эквивален -тнасть и через третий клыч 10 - совходом объекта 13, первый выход которого соединен со входом блока установки начальных условий 14, один 50из выходов которого подключен ковторому входу третьего ключа 10,второй выход - ко вторым входам первого 9, второго 11 триггеров и второ"му входу третьего триггера 15, первьр выход которого соединен со вторым входом блока 12 эквивалентность,подключенного своим выходом ко входублока 2 сброса, второй вход которогосоединен с выходом второго блока бсравнения, при этом первый и второйвходы координатного преобразователя16 соединены с соответствующими входами объекта 13, третий вход - с пер"ным выходом второго триггера 11, а первый выход - с четвертым входоммодели 1 и вторым входом блока установки начальных условий 14, второйвыход - с пятым входом модели,На Фиг, 2 представлены оптимальныепо быстродействию и расходу топливалинии переключенияЬО, ОО 1 у РО ОО Р и Ь ОХР ОР линия переключения при наличии и отсут -ствии запаздывания, в управлении:Х(1) и Х(1) - координаты объекта;ХЙ) и Х"И) - координаты модели,Для релейных неколебательных систем второго порядка оптимальными всмысле критерияд =1 ц 1+К)д 1 . (1)где П - управляющее воздействие,ограниченное условием.П - ПахКО,Т - не фиксировано,который учитывает расход рабочеготела топлива) и длительность процесса, будут последовательности управления видаПо 1 ОО 11 тах или ПлаюОП 1 пагде П- максимальное значение управляющего воздействия, При этом управляющее устройство , синтезирующееоптимальное управление в функции фазовых переменных и чистого временногозапаздывания в управлении 8, должнореализовать нелинейный закон управления, определяемый на фазоной плоскости управлениями двух линий переключения. Причем, при достижении Фазовойточкой первой кривой происходит отклонение управления блока (У=О) через Э секунды и имеет место свободное движение системы, а при достижении Второй линии переключения, образованной из частей траектории днихения системы при значениях управленияП, ах и +П,управляющее воздействиечерез 8 секунд принимает соответствующее значение н результате чего дальнейшее движение системы происходит понулевой траектории в заданное конечное состояние. Для исключения необходимости использования блока постоянного или регулируемого запаздывания,нносящего дополнительную погрешность,в решении целесообразно воспроизводить линию переключения в преобразованных координатах Х,Х и Х ,Хпри этом обе линии переключейия впреобразованных координатах оказываются подобны друг другу, отличаясь.лишь коэффициентом К значение которого постоянно, то оказывается возможным для построения указанных линий в преобразованных координатахиспользовать убыстренную модель объекта.устройство работает следующим об" разом,Блок 14 установки начальных условий при отклонении значений координаты объекта Х от нулевых произнения динамики объекта в преобразованных координатах с коэффициентом,подобно К=1 и на фазовой плоскостистроятся траектории подобные кривым1, и Рф О и Р О, исходящие из точектраектории движения объекта.Теперь при выполнении условияХ" Щ = Х И) =О, что указывает насовпадение Фазовой траектории моделис одной из кривых переключения Р О и15 Р, О, сигналы блоков 5 и б сравнениячерез логический элемент И 7 поступают на логический элемент И 8 триггера 9, Последний изменяет свое состояние 1,0, при котором сигналы2 с блока 7 через блок 8 могут поступать на счетный вход триггера 11 управления объектом, изменяя его состояния. Изменение в данном случаесостояния триггеров 9 и 11 приводит,25 с одной стороны, к изменению знакауправления Б и с другой - к подклю"чению ключей 10 и 3, и отключениюключа 4,Тем самьм реализуется требуемыйоптимальный алгоритм управления. состоящий как в определении релейногоуправления нужного знака, так и взамене им предыдущего нулевого управления. Это обуславливает движениеобъекта к заданному конечному состоянию.Ввиду различных состояний триггеров 12 и 15, блок 12, реализующийлогическую Функцию фэквивалентностьимеет на выходе сигнал 01, и схе 40 ма сброса отключает модель от периодического режима фРешениеф, переводя в режим Задание начальных условийф. При достижении координатойХ заданного нулевого значения45 схема 14 отключает ключ 10, чем обеспечивается сохранение заданного конечного состояния объекта Х = Х = О.Результаты исследований, проделанных на макете предлагаемой системы оптимального управления показали,что по сравнению с известными системами удалось повысить точность системы управления объектами с запаздыванием на 40 при сохранении быстродействия,Формула изобретения водит начальную установку триггеров9,11 и 15 и подключение ключа 10,причем состояние триггеров 11, 15определяется так, что П=О =Язеп М,Тем самым выбирается оптимальноезначение управляющего воздействияна первом интервале(участке АВ траектории на Фиг.2), Поскольку триггер9 имеет в данном случае фиксированИ Ин 1ное состояние О 1 , то управляющеевоздействие с триггера 11 через ключ10 поступает на вход объекта управления, вызывая изменение фазовых переменных Х(С), Х (1), Последниечерез координатный преобразователь16, принимая значения Х, Х(Й.)или Х (1), Х (1) (в зависймостиот знака Бо ) как начальные условияпоступают в ускоренную модель, режим работы которой определяется бло"ком 2 сброса в зависимости от сигналов со схемы б совпадения и,логического блока 12 эквивалентность.Так как состояние триггеров 11 и15 одинаковы, то блок 12 эквивалентность выдает сигнал 1 "на блок 2сброса; включает модель 1 в режимфРешение, реализующую уравнениядинамики объекта в преобразованныхкоординатах с коэффициентом подобия К.при возбуждении ключа 3,На вход поступает управляющеевоздействие У= -У через один изключей 3 или 4, а при укаэанном начальном состоянии О, 1 ф триггера 9 возбужденным оказывается ключ3 и управляющее воздействие поступает на вход модели 1 Ключ 3,4 обес-печивает поочередную подачу управляющего воздействия П , которое может быть в соответствйи со схемнымрешением либо +О, , либо -Устак как сигнал сйймается с выходатриггера управления.При достижении координаты моделиХ значения равного нулю вырабатыИвается сигнал, поступающий на логический блок И 7 и блок 2 сброса.Последняя сбрасывает модельв исходное состояние, при которомтекущие значения преобразованныхкоординат объекта Х (1) и Х.(1) вводятся в модель как йачальные условия. После чего модель в виду из-.менившегося после введения ненулевых начальных условий состояния блока сравнения, вновь включается в режим Решение.Этот процесс продолжается до техпор, пока .не выполняется условиеХ(4) =Х (4) =О. При этом фазовая траектория модели совпадает с одной изкривых Ь О или Х О и сигналы бло"ков 5 и б сравнения через логический 6блок И 7 изменяют расстояние триггера 9, делая его Хф, 0. Последний отключает ключи 10 и 3 и включает ключ 5, устанавливая тем самымзначение управления на входы объек-:. та П - =О, изменяя вход ускоренной модели.Теперь в режиме .Решениеф управляющее воздействие модели поступает через ключ 4 на вход 3 модели в результате чего модель решаетуравСистема оптимального управления объектами второго порядка, содержащая модель объекта, первый вход которой соединен с выходом блока сброса, второй и третий входы - с выходами первого и второго ключей, а пер-. вый и второй выходы - соответственно .с входами первого и второго блоковсравнения, выходы которых подключеныко входам первого элемента И, соединенного своим выходом с первым входомвторого элемента И и счетным входомпервого триггерапервый выход которого соединен с управляющими входамипервого и третьего ключей, второй выход - со вторым входом второго элемента И с управляющим входом второгоключа, подключенного входом ко входупервого ключа и второму выходу второго триггера, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И,первый выход - с первым входом блокаэквивалентность и через третий ключсо входом объекта, первый выход которого соединен с первым входом блока установки начальных условий, первый выход которого подключен к второму входу третьего ключа, второйвыход - ко второму входу первого 20триггера и первым входам второго итретьего триггеров, первый выход которого соединен со вторым входом блока эквивалентность, подключенногосвоим выходом ко входу блока сброса,второй вход которого соединен с выходом второго блока сравнения, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с цельюповышения точности и быстродействиясистемы,она содержит координатныйпреобразователь, первый и второй входы которого соединены с соответствующими выходами объекта, третий вход -с первым выходом второго триггера,а первый выход - с четвертым входоммодели и вторым входом блока установки начальных условий, второй выход - с пятым входом модели,.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2405048/24,кл. С 05 В 13/02, 1975.2, Авторское свидетельство СССР по заявке 9 1934939/24,кл, С 05 В 13/02, 18.06.75 (прототип)..Тираж 940 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретениЯ и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5