Квазиоптимальная по быстродействию система управления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 1987575.МКд,з с присоединением заявки Йо -.(23) Приоритет 6 05 В 13/00 Государственный комитет С С СР но делам изобретений и открытий531 УДК б 2-50 (088,8)Опубликовано 07.01 Я 3 Бюллетень 891 Дата опубликования описания 07.01.83(71) Заявитель с У ММ 54) КВАЗИОПТИМАЛЬНАЯ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ .Изобретение относится к системам автоматического регулирования и управления, а именно к системам управления оптимальным по быстродействию.Известна самонастраивающаяся система автоматического управления, содержащая основной контур управле- . ния и контур подстройки, включенный перед релейным элементом по ходу 10 прохождения сигнала и являющийся элементом управления реле, причем в качестве элемента управления реле служит дорогостоящая цифровая вычисли-. тельная машина, которая реализует общеизвестный принцип максимума 1 . Недостатком известной системы является сложность реализации в общем виде и в частном случае применения. Очень трудно в системе и-го порядка организовать и - 1 переключение релейного элемента, так как .необходимо расчитать моменты переключений и определить и - 1 производную повремени, Ввиду того, что приемлемую 25 точность можно получить лишь при определении производной не выше второго порядка, то станет ясно, что управление в таких случаях может быть только кваэиоптимальным, 30.2Известна самонастраивающаяся система управления квазиоптимальная по быстродействию, содержащая последовательно соединенные первый блок умножения, интегратор, блок управления, объкт управления и блок сравнения, второи вход которого соединен через соответствующие последовательно соединенные блок формирования функции чувствительности и второй блок умножения с соответствующими первыми входами первого блока умножения и входами соответствующего квадратора, а выход - с вторым входом блока. управления через блок Формирования частной производной - с вторыми входами вторых блоков умножения., через последовательно соединенные формирователь критерия оптимальности, третий блок умножения, сглаживающий фильтр и первый сумматор - с входом усилителя, выход блока формирования критерия оптимальности соединен через последовательно соединенные дифференциатор и четвертый блок умножения с вторым входом второго сумматора и непосредственно с вторым входом третьего блока умножения, выход каждого из квадраторов соединен с соответствуюцим входом второго сумматора2 3.Из (1) видно, что естественно требование (0 для обеспечения нормального Функционирования контура 15 настройки и устройчивости всей системы с градиеный процедурой поиска9"-дй Я, (4) при Я = 0,5 е, где е = х - у, у -фф выходная величина системы упранления. Зададим значение Л н уравнении 2) таким, чтобы выполнялось условиез =) ,0 В,у,й 9+6) (6) Недостатками данной системы являются малая устойчивость и быстродействие,Наиболее близкой к предлагаемойпо технической сущности являетсяквазиоптимальная по быстродействиюсистема упранления, содержащая последовательно соединенные эадатчик, блоксравнения, формирователь критерияоптимальности, первый сглаживающийфильтр, первый блок умножения, первый сумматор, усилитель, второй блокумножения и блок интеграторов, выходкоторого соединен с управляющим входом регулятора, первые входы блоковвспомогательных операторов подключены к выходу эадатчика, а выходычерез соответствующие третьи блоки умножения - к соответствующимвходам второго блока умножения и вхо-,дам соответствующих кнадраторов, выходы которыхсоединены с соответствую-,щими входами второго сумматора, выходкоторого через второй сглаживающийфильтр подключен к второму входупервого блока умножения, выход блокасравнения через блок формирования час тной производной подключен к вторымвходам третьих блокон умножения, ачерез регулятор - к входу объектауправления, выход которого соединенс вторым входом блока сравнения, 30выход первого сглаживающего фильтрачерез"дифференциатор соединен свторым входом первого сумматора 3 )Недостатком известной системыявляются низкие устройчивость и 35быстродействие.Целью изобретения является повышение быстродействия и устройчиности системы.Поставленная цель достигается 40тем, что в системе выход блока интеграторов соединен с вторыми входами блоков вспомогательных операторов.На фиг. 1 представлен график вре-.мени переходного процесса) на фиг,.2функциональная схема оптимальной побыстродействию системы управления,Система управления содержит блок1 сравнения, регулятор 2; объект3 управления, блок 4 интеграторов,формирователь 5 критерия оптимальности,первый. сглаживающий фильтр б, первый блок 7 умножения, первый сумматор 8, усилитель 9, второй блок 10умножения, блок 11 формирования частной производной дифференциатор 12, 55блоки 13 вспомогательных операторов,третьи блоки 14 умножения, -квадраторы 15, второй сумматор 16, второйсглаживакщий фильтр 17 и задатчик18,Рассмотрим работу оптимальнойпо быстродействию системы управления.Иэ теории самонастраивающихсясистем известно, что полная производная критерия оптимальности О, зависит от скорости изменения подстраиваемых параметров Ыф = 1, 2 )и скорости изменения неподстраиваемых параметровр (= 1, 2, в), атакже от характеристик входного сигнала и может быть представлена нвиде: и аы,; 1" аа аР; ааа= Е- а . д ) - зрза та где 1= сопэСО, а . - составляюЫщая, вызванная влиянием входногосигнала и неучитываемых фактороввозмущений ).Для обеспечения 90 необходимо,чтобы. И М дР сИ д 1 так как составлякщие в левой и правой частях имеют разные знаки.д)Если .в 11) и 13) положитьа а - - определяется только входнымдЯсигналом х (1). Эадача контура настройки в таком случае - компенсация динамической ошибки е. Повышая скорость и величину составляющей в левой. части уравнения 13) можно обеспеЪить малую зависимость составляющей .д - в правой части, а значитЗФи зависимость переходного процесса от характеристик входного сигнала х 1),Предложенное техническое решение решает задачу обеспечения кваэиоптимального по быстродействию переходного процесса апериодического характера в классе градиентных самонастраивающихся систем.Потребуем, чтобы обеспечивалось равенство987575 Из 17 ) и (8 ) следует, что в момент возникновения рассогласования алгоритм настройки величины А по закону 1 5) обеспечит резкое нарас- . тание интенсивности подстройки коэффициентов ;, а затем по мере отработки ошйбки скорость изменения с; стремится к нулю, реализуя закон процесса надстройки близкий к .14).Структурная схема оптимальной по быстродействию системы .управления в классе градиентных структур беэ перерегулирования реализует уравнения С 2 ) и (5) (Фиг. 2).Система работает следунзцим образом.Сигнал х поступает с выхода задатчика 18 на вход блока 1 сравнения,. проходит через регулятор 2 и объект 3 управления, с выхода которого вы= ходной сигнал у сравнивается в блоке 1 сравнения с сигналом х образуя сигнал ошибки системы е = :щ х - у. Одновременно сигнал х поступает на входы блоков 13 с передаточ ной функциейгде Ф(Ф;,Р;) -дфд"передаточная Функция основного контура управления, состоящего иэ блоков1- 3,В блоках 14 умножения сигналыс выходов локов 13 умножаются назначения., поступающие на вторыеавходы блоков 14 с выхода блока 11Формирования частной производной,. С выходов блоков 14 умножения сигналы поступают на соответствукщие вхо ды блока 10 умножения, а через.соответствующие квадраторы йа входысумматора 16, с выхода которого получается результирующий сигнал дМкоторый сглаживается в фильтре 17Формула изобретения Квазиоптимальная по быстродействиюсистема управления, содержащая после- И довательно соединенные эадатчик, блоксравнения, формирователь критерияоптимальностй, первый сглаживакщийФильтр, первый блок умножения, первый сумматор, усилитель, второй блок 60 умножения и блок интеграторов, выходкоторого соединен с управляющимвходом регулятора,-первые входы блоков вспомогательных операторов -подключены к выходу задатчика, а выхоф 5 ды через соответствующие третьи блоки Если выражении для Я из (5) подставитьв 1 ), то получим:4д:.ЙЙЫ, " . ф,ьН ЦьЩ )+3 с вйфгде К - коэффициент усиления, выбира" емый из условия устойчивости.Иэ выражения Л 6) видно, что в момент резкого изменения входного сигнала, а, значит,и значения критерия Я, что вызовет значительные величины нормы градиента лО Цф, значение полной производной Ц будет вида: а=-Чд.а 3 а, с )а при отработке рассогласование е = х - у величина Й О, а значит и дЯ - малая величина, что обеспечат значениец=-а д.ар "а в) Блок 10 умножения в общем случаепри настройке и параметров представляет собой и умножителей, в каждомиз которых отдельно умножается сигнал с выходов блоков 13 на сигнал свыхода усилителя 9 с коэффициентомусиления К. Блоки 5, 67, 8 и 12формируют из сигнала ошибки системы е величинуВ 4;ЙЦ Я+И . Сигналошибки, пройдя через формирователь5 критерия оптимальности В= 0,5 ейкоторый представляет собой квадратор с коэффициентом усиления равным0,5, поступает через сглаживающийфильтр 6 на блок 7 умножения, в о 15 тором умножается на величинуйй 93 свыхода Фильтра 17, а затем на входсумматора 8. Сигнал с выхода фильтра 6 поступает на дифференциатор 12,с выхода которого сигнал Я поступает33 на вход сумматора 8. Выходной сигнал .сумматора 8 поступает на входы пумножителей блока 10 умножения. Скаждого умножителя сигнал поступает. на входь 1 соответствуш 1 их и интеграр 5 торов блока 4 интеграторов; сигналыс которыхвй;поступают на подстройку параметров о; в регуляторе 2 иблоках 13.Таким образом осуществляетсянастройка параметров оЦ с цельюобеспечения минимума .времени пере- .ходного процесса Т в классе кваэиградиентных структур по апериодическому закону, т.е. формирование переходных процессов типа 1 (фиг. 2), ане П ий 1.Применение изобретения позволяетповысить точность системы управления эа счет повышения в шесть раэбыстродействия контура настройки,фф обеспечить айериодический характерподстройки параметров, что благоприятно скажется на устройчивости контура настройки, а значит и системыуправления. Система может быть с45 успехом применена в системах управления потоком, где необходимо обеспечение "быстрыхф апериодическихпроцедур,настройки, 987575умножения - к соответствующим входамВторого блока умножения и входам соответствующих кладраторов, выходы которых соединены с соответствующимивходами второго сумматора, выход которого через второй сглаживающийфильтр подключен к второму входу первого блока умножения, выход блокасравнения через блок формированиячастной производной подключен к вторым входам третьих блоков умножения, а через регулятор - к входуобьекта управления, выход которогосоединен с вторым входом блока сравнения, выходпервого сглаживающегофильтра через дифференциатор соединен с вторым входом первого суммато"ра, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью повышения точности иустройчивости системы, в ней выходблока интеграторов соединен с вторыми вхОдами блоков. вспомогательныхоператоров.5. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Смольников Л.П. Синтез квазиоптимальных систем автоматическогоуправления. Л., "Энергия", 1967,10 с. 23-24.2. Бойчук Л.М. Метод структурногосинтеза нелинейных систем автоматического управления. М , "Энергия",1971, с, 16-17.153. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 3002951/18-24,кл, 6 05 в 13/00, 1980 прототип).987575 и тни Тираж 872 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 035, Москва, Ж, Рауыская наб д. 4/5з 10301 ППП фпатент", г, Ужгород, ул. Проектна Фил Редактор . Аг. Шандор Составитель Г. НефедоваТехред З,Хастелевич КорректорГ