Самонастраивающаяся система

Союз СоветскинСоциапнстическннРеспубики ОП ИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ В 1) Дополнительное к авт. сеид-ву 22)Заявлено 28.03 80 (2 ) 2901572/18-24(59)М. Кл. С 05 В 13/ с прнсоединение 1 н заявки М(23) ПриоритетГосударетаанны 11 камнтат ьСВР но делнм нзфйретеннй н отнрытнйта опублик 2) Авторы изобретения Г.Бутырин и Л.Н.Щербина ниЧеский институт Ленинградский ордена Ленина политехим. И,И. Калинина аявитель 1,54) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМ Изобретение относится к автоматическому управлению, в частности к самонастраивающимся системам управления с эталонной моделью.Известна самонастраивающаяся система, интегратор в которой выполнен ф в виде устройства, содержащего последовательно соединенные преобразователь напряжения в частоту, логические элементы, цифровой счетчик и цифроаналоговый преобразователь. подобное 1 О настроение интегратора обеспечивает долговременное хранение информации при отсутствии входных сигналов 13,Однако у известной схемы суще- .," ствует противоречие между диапазоном15 входных сигналов (разрешающей способностью) интегратора и емкостью счетчика. С одной стороны, для обеспечения функционирования системы достаточно 10-100 градаций уровня перестраи 20 ваемого коэффициента, что .соответствует емкости счетчика 10-100 единиц. С другой стороны, для обеспечения 05.8251 оллетеиь МЬ 1ния описания 152разрешающей способности, соизмеримой с разрешающей способностью аналого" вого интегратора, емкость счетчика должна составлять 105-10 единиц, что приводит к усложнению схемы интегратора.Из известных самонастраивающихся систем наиболее близкой к изобретению по технической сущности является; система, содержащая последовательно соединенные сумматор, объект управления, блок сравнения и последовательно соединенные блоки дифференцирования и блоки регулируемого коэффициента уси" ления, управляющие входы которого соединены с выходами соответствующих интеграторов, а выходы соединены с соответствующими первыми входами сумматора, второй вход которого, являющийся входом системы, соединен через эталонную модель со вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом блока выработки сигналов настройки, выход объекта3 92833управления соединен с объединеннымивходами блоков дифференцирования и совторым входом блока выработки сигна"лов настройки 12 1.Недостатком подобных систем явля 5ется потеря информации о текущих параметрах объекта в установивыихся режимах работы системы вследствие интегрирования интеграторами флуктуационныхпомех с выходов блока выработки сигналов настройки, а также вследствие разряда конденсаторов токами утечки вслучае, когда интеграторы выполненыпо схеме усилителя постоянного такас емкостной обратной связью. Этоуменьшает помехоустойчивость системы.Цель изобретения - повышение помехоустойчивости самонастраивающейсясистемы.Поставленная цель достигается тем,что в схему системы, содержащей последовательно соединенные сумматор,объект управления, блок сравнения ипоследовательно соединенные блокидифференцирования и блоки регулируемого коэффициента усиления, управляющие входы которых соединены с выходами соответствующих интеграторов, авыходы соединены с соответствующимипервыми входами сумматора, второйвход которого, являющийся входомсистемы, соединен через эталоннуюмодель со вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом блока выработки сигналовнастройки, выход объекта управлениясоединен с объединенными входами блоков дифференцирования и со вторымвходом блока выработки сигналов настройки, дополнительно введены функциональные преобразователи, первые, 4-вторые и третьи ключи, элементы дополнительной обратной связи усилителей постоянного тока аналоговых интеграторов, блоки линейного опера"тора, блоки определения модуля,Фильтра 1 низкой частоты и пороговыеустройства, выход каждого интеграторачерез соответствующие последовательно соединенные функциональный преобразователь и первый ключ соединен Жсо входом, а через соответствующиепоследовательно соединенные элементдополнительной обратной связи и второй ключ - со входом усилителя постоянного тока интегратора, выход 53блока сравнения соединен через соответствующие последовательно соединенные блок линейного оператора, блок 2 4определения модуля, фильтр низкойчастоты и пороговое устройство собъединенными управляющими входамипервых, вторых и третьих ключей, выходы блока выработки сигналов настройки через соответствующие третьиключи соединены со входами соответствующих интеграторов.На чертеже представлена функциональная схема самонастраивающейсясистемы,На схеме приняты .следующие обозначения: д - управляющее воздействие;х о - выходной сигнал объекта управления; х - выходной сигнал эталонноймодели;- выходной сигнал выявителя рассогласования, Система содержитследующие элементы: объект управ-ления 1, эталонную модель 2, выявитель рассогласования 3, сумматор м,блок выработки сигналов настройки 5,цепи настройки 6, блок дифференцирования 7, блок регулируемого коэффициента усиления 8, усилитель постоянного тока 9 аналогового интегратора,элемент дополнительной обратной связи 10, соответственно первый, второйи третий ключи 11 - 13, функционаланый преобразователь 11, блок линейного оператора 15, блок определениямодуля 16, Фильтр низкой частоты 17,пороговое устройство ПУ) 10,Самонастраивающаяся система работает следующим образом.На вход системы поступает управляющее воздействие д, которое отрабатьвается как объектом. управлениятак и эталонной моделью 2. В томслучае, если параметры объекта отличаются от параметров эталонной модели,на выходе выявителя рассогласования3 появится сигнал рассогласования Якоторый поступает на вход блока 5.Блок выработки сигналов настройки5, используя также информацию о состоянии объекта, вычисляет направлениеи скорость перестройки коэффициентовобратных связей по выходной координате и ее производным, требуемые дляобеспечения сходимости и устойчивости процессов самонастройки, и подаетсигналы настройки через ключи 13 навходы интеграторов, реализованных наусилителях постоянного тока 9.В том случае, если в спектральномсоставе сигнала рассогласования Е существуют составляющие достаточногоуровня, чтобы блок смог идентифицировать по ним текущее значение соответпечивается равенством элемента обратной связи 10 и входного резисторааналогового интегратора. В этом случае аналоговый интегратор и функцио"нальный преобразователь 14 образуютчерез ключ 11 замкнутую цепь устойчивость которой обеспечивается порогом нечувствительности Функционального преобразователя 14.Напряжениена выходе интегратора поддерживаетсяравным значению его перед переводомсхемы в режим хранения, цто являетсяопределяющим фактором для продолжениянормального функционирования системыпосле последующего перевода интегратора в режим интегрирования.В качестве функционального преобразователя 14 наиболее удобно использование аналого-цифрового преобразователя (АЦП) следящего уравновешивания,так как в структуре АЦП этого типанеобходимо присутствует цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), причем полярность выходного сигнала ЦАП обратна полярности входного сигнала АЦП.Скорость преобразования функцио-,нального преобразователя 14 должнавыбираться такого значения, чтобыза время преобразования выходное значение напряжения аналогового интегратора не успело измениться на величину, большую чем порог. нечувствительности Функционального преобразователя 14. Это практически не накладывает ограницений на выбор Функционального преобразователя 14, так как постоянные времени интеграторов в цепях перестройки параметров имеют величины, в десятки и сотни раз превышающие наибольшие из постоянных времени объекта управления.Блок линейного оператора 15 предназначен для выделения той части спектра сигнала рассогласования, которая преимущественно содержит информацию о соответствующем параметре объекта. После выделения модуля на блоке 16 и Фильтрации Фильтром низкой частоты 17 сигнал поступает на пороговое устройство 18. Выбор параметров блока линейного оператора 15 и порога срабатывания ПУ 18 производится с учетом конкретных особенностей и параметров объекта управления, сигналов управляющего воздействия и уровня шумов измерительных элементов объекта управления. Нижнее значение порога срабатывания ПУ 18 не должно выбираться меньше 2-3-кратного значения сред 5 9283ствующего параметра объекта и выработать сигнал настройки для компенсации изменения этого параметра, а сдругой стороны, такого уровня, что,с точки зрения качества работы объекта, его следует считать недопустимым,пороговое устройство 18 вырабатываетвыходной сигнал, который включаетключ 13,а в интеграторе устанавливаетрежим интегрирования, что обеспечивает перестройку соответствующегопараметра объекта путем перестройкикоэффициента передачи блока 8.Бсли же уровень этих составляющихсигнала рассогласования меньше допус тимого, то ключ 13 разомкнут, а интегратор переведен в режим хранения информации о последнем перед отключением ключа 13 значении коэффициентапередачи блока 8.оИменно этот режим характерен дляотработки медленно меняющихся илипостоянных по уровню входных управляющих воздействий. В этом режиме системане способна производить идентификацию 2параметров объекта, поэтому наилучшимвариантом будет стабилизация параметров цепей настройки до момента, когдауправляющие воздействия обеспечат наличие переходной составляющей в вы- зоходном сигнале объекта хо и модели х 9,что является необходимым условиемполучения достоверных оценок параметров объекта и сходимости процессасамонастройки,35целью получения неограниченноговремени хранения информации в интеграторе дополнительно введен Функциональный преобразователь 14, представляющийсобой последовательно соединенные пре-образователь аналог - код и код - аналог с инверсной полярностью выходногосигнала.В режиме интегрирования, когдаклюци 12 разомкнуты управляющим воздействием с выхода порогового устрой.ства 18, функциональный преобразователь 14 работает в режиме слеженияза напряжением на выходе аналоговогоинтегратора. В момент перевода интегратора в режим хранения ключи 11 и12 замыкаются, а ключ 13 размыкается.При этом аналоговый интегратор переводится в режим фильтра нижних частот первого порядка путем подклюце 5ния элемента дополнительной обратноисвязи 10 параллельно конденсаторуинтегратора, КоэфФициент вередачиэтого Фильтра равен единице, цто обес 0267 9283 него крадрата шумов в составе сигнала рассогласования Е с учетом обработки его спектра блоком линейного оператора 5,Одним из главных преимуществ от использования изобретения является возможность устранения пробных холостых движений объекта после длительного воздействия установившихся значений входных управляющих воздей О ствий, что упрощает алгоритм функционирования системы и повышает производительность работы объекта, что важно, в частности, при использовании подобных систем в станках с ЧПУ. Кро ме того, в системе снижаются требования к качественным показателям интеграторов в цепях перестройки параметров объекта. Повышение помехоустойчивости цепей перестройки парамет. 20 ров может быть определяющим Фактором при разработке системы, функционирующей в условиях сильных промышленных помех или удаленности датчиков состояния объекта от регулятора сис-. 25 темы управления.Формула изобретенияСамонастраивающаяся система, содержащая последовательно соединенные сумматор, объект управления, блок сравнения и последовательно соединенные блоки дифференцирования и блои регулируемого коэффициента усиления, управ 5 ляющие входы которых соединены с выходами соответствующих интеграторов, а выходы соединены с соответствующими первыми входами сумматора, второй вход которого, являющийся входом 40 системы, соединен через эталонную модель со вторым входом блока сравнения,02выход которого соединен с первым входом блока выработки сигналов настройки, выход объекта управления соединен с объединенными входами блока дифференцирования и со вторым входомблока выработки сигналов настройки,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью повышения помехоустойчивостисистемы, она содержит функциональныепреобразователи, первые, вторые итретьи ключи, элементы дополнительнойобратной связи усилителей постоянноготока аналоговых интеграторов, блокилинейного оператора, блоки определения модуля, Фильтры низкой частотыи пороговые устройства, выход каждого интегратора через соответствующиепоследовательно соединенные функциональный преобразователь и первый ключсоединен со входом, а через соответствующие последовательно соединенныеэлемент дополнительной обратной связии второй ключ - со входом усилителяпостоянного тока интегратора, выходблока сравнения соединен через соответствующие последовательно соединенные блок линейного оператора, блокопределения модуля, фильтр низкойчастоты и пороговое устройство с объединенными управляющими входами первых,вторых и третьих ключей, выходы блокавыработки сигналов настройки черезсоответствующие третьи ключи соединены со входами соответствующих интеграторов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРКф Ц 0657, кл. С 05 8 13/02, 1976.2. Громыко В.Д. и др, Самонастраивающиеся системы с моделью. М "Энергия", 1974, с. 16 (прототип).928302 3237/59 Тираж 908 Подписно ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5За Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектнав,Составитель А. ЛащевРедактор Т, Парфенова Техред С, Мигунова Корректор И. Муска