Устройство для идентификации нелинейных систем

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик пп,960745(22) Заявлено 29.12;80 (21) 3268762/18-24 Р 1 М К з С 05 В 23/02 с присоединением заявки М Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий ((54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМИзобретение относится к автоматике и может быть использовано при эк-, спериментальных исследованиях систем автоматического управления и регули-, рования, а именно, для экспериментального определения параметров нелинейных систем, а также может быть использовано при организации адаптивного управления, при испытаниях систем управления и при контроле их технического состояния.Известно устройство для идентификации динамических систем, содержащее генератор пробных синусоидальных сигналов, цепи подстройки двух параметров, интеграторы, Формирующие звенья и Фазовые детекторы 11.Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее последовательно соединенные индикатор переключения исполнительного органа и первый ключ и последовательно соединенные блок управления и вычислитель, входы .которого соединены с выходами соответствующих блоков памяти, вторые выходы блока управления соединены с первыми входами соответствующих блоков памяти, первый вход первого ключа соединен с первым входом вто- . рого ключа, к вторым входам первого и второго ключей подключены соответственно выходы датчика перемещенияи датчика скорости перемещения (2.Недостатком устройства является то,что Функциональные возможности егоограничены, при его применении необходимо нарушать нормальный режимФункционирования идентифицируемой системы и задавать системе последовательно различные начальные условиядвижения в точках фазовоф плоскостивблизи границ областей расположениялиний переключения, В условиях нормального Функционирования систежиспользование устройства для фпассивной идентификации не представляется возможным.Цель изобретения - раоаирениефункциональных возможностей устройства.Поставленная цель достигается тем,что идентификатор содержит первые ивторые пороговые элементы, третьи ичетвертые ключи и элемент И, вйход 25 датчика перемещения через соответствующие последовательно соединенныепервый пороговый элемент, элемент Ии третий ключ соединен .с первым входом соответствующего блока памяти, 30 выход датчика скорости пеРемещениясоединен через соответствующие последовательно соединенные второй пороговый элемент, элемент И и четвертыйключ с вторым входом соответствующего блока памяти, выходы первого ивторого ключей соединены с вторымйвходами .соответственно третьих и чет вертых ключей,На фнг. 1 представлена блок-схемаустройства; на фиг, 2 - график линиипереключения исполнительного органа; 10на Фиг 3 - диаграммы, поясняющиесоответствие между границами областейи значениями, на которые настроеныпороговые элементы.Объектом идентификации являетсянелинейная система 1. Устройство дляидентификации нелинейных систем содержит индикатор 2 переключений исполнительного органа системы, датчик3 перемещения систеьы, датчик 4 ско-рости перемещения систеж, первый.ивторой ключи 5 и 6, блок 7 распознавания переключения, первый и второйпороговые элементы 8 и 9, элементИ 10, третий и четвертый ключи 11 и12, блок 13 памяти, блок 14 управления, вычислитель 15. Число элементов7-13 равно количеству участков линийпереключения, используеьых в процессеидентификацииНа фиг. 2, в качестве примера,представлены трн участка Ь, Ь 2 и Ьлинии переключения исполнительногооргана идентиФицируемой систеьаю. Нафиг. 2 приняты следующие обозначения:х и х - фазовые координаты систеьи 35(перемещение и скорость перемещения);Р, Р 2 и Р - области возможного расположения на фазовой плоскости участков Ь 1, Ь 2, Ь 3 линии переключения(положение границ этих областей априори известно в результате расчетоввозможных предельных значений коэффициентов уравнений участков линии переключения, которые зависят от номинальных,проектных значений параметров 45идентифицируемой систеьн и от диапазонов их допустиьнх изменений, вызванныхнеточностями изготовления, уходамихарактеристик, старением); Х, Х 2,Х, Х и Х Х 2, Х 3, Х 4 - координатыграниц областей Р 1, Р, Р 31 А, В иС,Р - точки линии переключения научастках Ь 1 и Ьсоответственно, вкоторых в процессе функционированияидентифицируемой системы происходитпереключение исполнительного органа;х , х; - координаты точек А,В,Си Р (1 - номер участка линии переключения 3 - порядковый номер точки на1-ом участке); стрелками обозначенынаправления движения изображающей 6 Оточки по .фазовым траекториям.На фиг, 3 показаны диаграмм, поясняющие соответствие между границамй областей Р, Р и Р и значениямиХ, Х 1, Хз, Х и Хр Х, Хз, Х, на 65 которые настроены пороговые элементы8 и 9 в блоках 7, 72, 7 распознавания. На, фиг. 3 для обозначения сигналов на выходах соответствующих по"роговых элементов использованы симйуф О 8.( ф с 1; (3. = 123)В основу разработки устройства положено использование связей между искоьнми значениями параметров нелинейной системы и значениями координатположения и скорости. движения систе"мы в моменты переключения ее испол,нительного органа, Известно, что этйммоментом на фазовой плоскости соответствуют точки, принадлежащие линиям переключения. Наличие указанныхсвязейпозволяет косвенным путем находить искомые параметры с 1;, Ы 2,(1 == 1п) нелинейных систем посредством первоначального определения кс.эффициентов а и Ь; уравнений линийпереключения вида х = а;+ Ь;х и последующего расчета искоьих параметров А 1; и д.2;, фуикционально связанных с коэффициентами а; и Ь(1 - номер участка линии переключения,= 1пу на Фиг, 2 и = 3)КоэфФициент а; и Ь уравнения 1-гоучастка Ь линии переключения в процессе идейтификации определяют в результате регистрации пар значений(х 1, х+ и х 2, х 2) в моменты перво-,х.,и второго х 2 х 21 переключейий исполнительного органа на1-ом участке Ь-линии переключения;а также расчета значений коэффициентов а; и Ь; уравнения 1-го участка Ьлинии пеоеключения по сотношениям.Х- Х,Х Х .ф. Х11 21 2) 11 11 21Искоьые параметры о 11; и К 2 рассчйтьвают на Основе решения уравнениюн =1 (, М1 и. (2)Поскольку различным участкам линии переключения, таким например, какЬ 2 и Ь 3, (фиг, 2) соответствуют уравнения с различными значениями коэффициентов а, Ь, то в процессе функционирсвания идентифицируемой систеьи прн переключении ее исполнительного органа соответствующая точка линии переключения должна быть отнесена в устройстве для идентификации к своему участку (к одному из трех Ь 1 или Ь 2, нли Ь. Эти Функции в устройстве выполняют блоки 7 распознавания участков линий переключения 1 число таких блоков равно числу участков линий переключения.Индикатор 2 переключений исполнительного органа системз предназначен для формирования управляющего сигналаустройства получают искомые значенияпараметров системы д., К(1=-1,п)Устройство для идентификации непри срабатывании или отпускании исполнительного органа идентифицируемой нелинейной система 1. Датчик 3 перемещения системы и датчик 4 скорости перемещения системы осуществляют формирование сигналов, соответст-5 вующих значениям Фазовых координат системз и их передачу на входы блоков 7 распознавания участков линий переключения и на входы первого и второго ключей 5, и б. В каждом из блоков 7 распознавания пороговые элементы 8 и 9 предназначены для Формирования сигналов при попадании изображающей точки в соответствующую область возможного расположения участка линии переключения (области Р, Р 1 и Р на Фиг. 2). Пороговые элемейты 8 и 9 каждого из блоков 7 настроены на входные сигналы, соответствующие границам областей возможного расположения участков линии переключения, Например, для области Р (Фиг. 2) в блоке 7 распознавания пороговый элемент настроен на входные сигналы, со ответствующие значения Хи Х 1 координат положения системы, а пороговый элемент 9 настроен на входные сигналы, соответствующие значениям Х 3 и Х 4 скорости перемещения системы. Элементы И 10 в блоках 7 распознавания предназначены для формирования управляющего сигнала на третий и четвертый ключи 11 и 12 при попадании значений фаэовйх координат х и х в соответствующую область (Р или Р, или Р на ,"и г. 2),. Третий и четвертый ключи 1 35 и 12 в блоках 7 распознавания осуществляют передачу сигналов, соответствующих значениям фазовых координат идентифицируемой системы в моменты переключения исполнительного органа, 40 в блок 13 памяти. Блок 14 управления формирует сигналы для передачи значений, накопленных в блоках 13 памяти, в вычислитель 15, В вычислителе 15 выполняются операции, связанные 45 с расчетом коэффициентов а и Ь; уравнений участков линии переключенйя и с решением систем уравнений вида (2).Устройство для идентификации нелинейных систем работает следующим образомПри достижении функционирующей идентифицируемой системой значений Фазовых ;оординат х = х, и х = х (Фиг. 2, точка А) происходит переключение исполнительного органа системы, Иа выход. индикатора 2 (фиг, 1) формируется сигнал, который поступает на управляющие входы первого н второго ключей 5 и б. Ключи 5 и б открываются, и сигналы, соответствующие ф значениям координат перемещения и ,корости перемещения системы с выходов датчиков 3 н 4 поступают через открытые ключи 5 и б на вторые входы третьих и четвертых ключей 11 и 12, б 5 соответственно. При этом третий ичетвертый ключи 11 и 12 открываютсятолько в том блоке 7 распознаваниялиний переключения, в котором пороговые элементы 8 и 9 настроены назначения сигналов, соответствующих границам той области Фазовой плоскости, которой принадлежит точка переключения исполнительного органа системз. Так, для точки А (фиг. 2) от"крываются третий и четвертый ключи 11 и 121 блока 7 распознавания, так как еще до срабатывания исполнительного органа при попадании изображающей точки в область Р 1 срабатывают пороговые элементы 8 и 9 (фиг. 3),и на выходе элемента И 10 Формируется сигнал, который подается на управляющие входы третьего и четвертого ключей 11 и 12, которые открываются, Через открытые ключи 11 и 12 сигналы, соответствующие значениям координат положения х и скоРости перемещения х 1, поступают на входы блока 13 памяти. После переключения исполнительного органа системы сигнал с выхода индикатора 2 снимается, ключи 5 и б закрываются.-.При выходе изображающей точки из области Р (фиг. 2) пороговые элемеиты 8 и 9 отпускают (Фиг. 3) . При входе изображающей точки в область Рз (Фиг. 2) срабатывают пороговые элементы 8 и 9 ь блока 7 распознавания (Фиг. 3) . При достижении идентифицируемой системой значений фазовых координат х и х (фиг. 2) на выходе индикатора 2 формируется сигнал,который открывает первый и второйключи 5 и б, и сигналы, соответствующие значениям х э и х поступают с выходов датчиков 3 и 4 через ключи5,6,11- и 12на входы блока 133 памяти .При достижении системой значений фазовых координат Х,Х 1(фиг.2,точка В) и Х 1, Х(Фиг. 2, точка С)устройство для идентификации работает аналогичным образом. Сигналы, соответствующие значениям Х 1 и Х 1 запоминаются в блоке 13 памяти, а сигналы, соответствующие Хн Х в блоке 13Для определения численных значений параметров идентифицируемой нелинейной системы с блока 14 управле.ния подаются управляющие сигналы на блоки 13 памяти и на вычислитель 15. В вычислителе 15 сигналы, полученные с выходов блоков 13 памяти, преобразуются в соответствии с расчетными соотношениями (1) и (2), и на выходе линейных систем позволяет определятьпараметры систем в режиме их нормального функционирования, что расширяетвозможности его применения в автома960745 формула изобретения тизированных и автоматических системах контроля и испытаний. 5Устройство для идентификации нелинейных систем, содержащее последовательно соединенные индикатор исполнительного органа и первый ключ и последовательно соединенные блок уп- щ равлення и вычислитель, входы которого соединены с выходами соответствующих блоков памяти, вторые выходы блока управления соединены с первыми входами соответствующих блоков па- мяти, первый вход первого ключа соединен с первым входом второго ключа, к вторым входам первого и второго ключей подключены соответственно выходы датчика перемещения и датчика скорости перемещения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расшире-. ния функциональных возможностей устройства, оно содержит первые и вторые пороговые элементы, третьи и чет, Ьертые ключи и элемент И, выход датчика перемещения через соответствующие последовательно соединенные первый пороговый элемент, элемент И и третий ключ соединен с первым входом соответствующего блока памяти, выход датчика скорости перемещения соединен через соответствующие последовательно соединенные второй пороговый элемент, элемент И и четвертый ключ с вторым входом соответствующего ,блока памяти, выходы первого и второго ключей соединены с вторыми входами соответственно третьих и четвертых ключей.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР В 442458, кл. О 05 В 13/02, 1972.2. Авторское свидетельство СССР В 648919, кл. 6 05 В 13/02, 1978 (прототип).е Корректор Ю. Макаренк е Тираж 914 ВНИИПИ Государственного комит по делам изобретений и откры 035, Москва, %-35, Раушская на