Система управления инерционным экстремальным объектом

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1511 4 а 05 В 13/ АВТОРСКС И ЕТЕЛЬСТВУ обласавления рав- треГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт проблем управления (автоматики и телемеханики) (72) М.И.Черканин(56) Авторское свидетельство СССР У 1034015, кл. 0 05 В 13/02, 1983.Растригин Л,А. Системы экстремального управления. М,: Наука, 1974, с.225.Корн Г, Кори Т. ;. ектронные моде лирующие устройства. М.: Изд-во иностранной литературы,1955,с.126-12 (54) СИСТРМА УПРАВЛЕНИЯ ИНВРЦИОНН 11 М ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ ОБЪЕКТОМ(57) Изобретение относитсл к ти систем автоматического упр и может быть использовано для уп ления устройствами, имеющими экс.8014569 мальную зависимость выходной величины от одной переменной. Цель изобретения - повыщение быстродействия системы. Система позволяет определять неизвестные параметры линейной части, объекта. С помощью блока 9 выделения гармоник выделяют ортогональнце гармонические составляющие сигналы пробного воздействия. Умножая их на выходной сигнал с последующим осреднением, на фильтрах 12 получают сигналы, пропорциональные произведению частной производной экстремальной характеристики нелинейной части объекта. В дальнейшем, сдвигая каждую ия составляющих с помощью фазовращате йе лей 1 О, Формируют соотношения для определения искомых параметров. Искомые настройки формируются с помощью д блока 13 решения линейных уравнений, еде 3 ил.ЮИзобретение относится к области автоматического управления, в частности к устройствам управления динамическими объектами с неизвестнымипараметрами, имеющими экстремальнуюзависимость выходной величины от одной переменной.Цель изобретения - повьппение быстродействия системы. 10На Фиг.1 приведена структурнаясхема системы; на фиг. 2 в ; схемафильтра низкой частоты с запоминанием состояния; на Фиг. 3 - схема блока прерывания. 5Система содержит генератор 1 прямоугольных пробных воздействий, сумматор 2, объект 3 управления, состоящий из линейной части 4 с передаточной функцией И(1 а) и нелинейной части 5 с экстремальной характеристикой Р(х), умножитель 6, фильтр 7 ус 1реднения, интегратор 8, блок 9выделения М гармоник пробного сигнала, М Фазовращателей 1 О, 2 М дополнительных умножителей 11, 2 Мфильтров 12 усреднения, блок 13 решения линейных уравнений, К ключей14, К Фильтров 15 низкой частоты сзапоминанием состояния, блок 16 прерывания и модель 17 линейной части,объекта,Каждый из выходов блока 9 выделения гармоник пробного сигнала непосредственно и через Фазовращатели 10 " 10, подключен к первым входам умножителей 11, - 11 к вторым входам которых подключен выход нелинейной части 5 объекта, Выходы умножи телей 11, - 1 1 через усредняющие на периоде пробного воздействия Фильтры12 - 12 подключены к соответствующим входам блока 13, который производит вычисление параметров моделилинейной части объекта. Выходы блока13 через аналоговые ключи 14, - 14и Фильтры низкой частоты 15, - 15с запоминанием состояния подключенык соответствующим входам параметрическои коррекции модели нелинейнойн50части 5 объекта. Здесь индекс Х- число неизвестных параметров модели.Управляющие входы ключей 14 - 14 и управляющие входы фильтров 15 - 15,к 155 низких частот с запоминанием состояния, на которые (входы) подаются сигналы управления, переводящие Фильтры в режим запоминания состояния,подключены через блок 16 прерывания к выходу Фильтра 7.фильтр 1 5 низкой частоты с запоминанием состояния (Фиг.2) состоит из интегратора 18, в обратной связи которого включен масштабирующий блок 19, управляемый выходным сигналом блока 16 прерывания. При замкнутом состоянии блока 19 фильтр 15 представляет собой инерционное звено с постоянной времени, определяемой величиной коэффициента усиления блока 19, При разомкнутом состоянии блока 19 и при отсутствии сигнала на входе Фильтра (при разомкнутом состоянии ключа 14) выходной сигнал интегратора 18 остается неизменным, т.е, на интеграторе запоминается то состояние, в котором он находился вмомент размыкания блока 19.Блок 16 прерывания (фиг.3) состоит из последовательного соединения блока 20 модуля, выходной сигнал которого равен абсолютной величине входного сигнала, сумматора 21, к второму входу которого подключен источник 22 напряжения, триггера Шмидта 23, Фазосдвигающего звена. 24, ключа 25, сумматора 26, триггера 27 со счетным входом. Выходы триггера Шмидта 23 и триггера 27 со счетным входом соединены с соответствующими входами логического элемента И-НЕ 28, выход которого соединен с управляющим входом ключа 25. Выход триггера 27 подключен к управляющему входу ключа 29, включенного между выходом генератора 30 импульсов и входом счетчика 31, выход последнего разряда которого соединен с вторым входом сумматора 26. Выход триггера п 1 мидта 23 соединен с управляющим входом обнуления (сброса) счетчика 31 импульсов. Выход триггера 27 через логический элемент НЕ (логический инвертор) 32 соединен с управляющими входами ключей 14 - 14 и ключей Фильтров 15, - 15 низкой частоты с запоминанИем состояния.Блок 13 решения линейных уравнений представляет собой известный аналоговый рещающий блок, Система работает следующим образом. Сигнал с генератора 1 прямоугольных пробных воздействий через сумматор 2 поступает на вход объекта 3 управления, состоящий из линейной части 4 и нелинейной части 5 с экстремальной ха145рактеристикой, а также на вход модели 17 с переменными параметрами линейной части объекта управления. При синхронном детектировании выходного сигнала объекта с помощью синхронного детектора, состоящего из последовательного соединения умножителя 6 и усредняющего на периоде пробного воздействия Фильтра У,величина выходного сигнала синхронного детектора тем больше, чем меньще фазовый сдвиг между выходным сигналом объекта и опорным сигналом сикх ронного детектора, В предлагаемой системе опорным сигналом синхронного детектора является выходной сигнал модели 17 линейной части объекта, поэтому величина выходного сигна ла синхронного детектора максимальна при равенстве передаточных Функций 11 инейной части объекта и ее модели (т.е. при совпадении их частотных характеристик, когда Ч(М) = Фдсу.Вычисление неизвестных параметров линейной части объекта производится следующим образом.С помощью блока 9 выделения гармоник выделяют ортогональные гармонические составляющие сигнала пробного воздействия. Умножая их на выходной сигнал объекта управления с последующим усреднением на периоде пробного воздействия, на выходе Фильтров 12, - 12 л, получают сигна- . лы Е;( = 1 - М), пропорциональные произведению частной производной экстремальной характеристики нели-. нейной части 5 на значение действительной части частотной характеристики линейной части 4 объекта 3 на частотах гармонических составляющих сигнала пробного воздействия, т,е. где Р и х - соответственно выходнойи входной сигналы нели-нейной части 5 объекта;1 - номер гармоники сигналапробного воздействия.Сдвигая каждую из гармонических ,составляющих сигнала пробного воздействия Фазовращателями 10, - 1 Олл на угол %12, умножая их на выходной сигнал объекта с последующим усреднением на периоде пробного воздействия, на выходе Фильтров 12 лл 5930412 лл получают сигналы Е,(11М), пропорциональные произведению частной производной экстремальной характеристики нелинейной части 5 на значение мнимой части частотной характеристики линейной части 4 объекта на частотах гармонических составляющих сигнала пробн 6 Го 10 воздействия, т,е. 15 решив которую, находят неизвестные параметры линейной части объекта 3Статический коэффициент усиления модели, полученный таким образом, связан со статическим коэффициентом линейной части объекта следующим сботнощением:лк= - Ы-. к,35 дх лгде К и К - значения истинного коэффициента усиления и его модели,соответственно,40 Параметры модели 17 линейной. части объекта устанавливают в соответствии с вычисленными значениями. Знакустанавливаемого в модели статического коэффициента усиления должен45 быть неизменным, так как полученнаяоценка К пропорциональна частнойпроизводной - , по знаку которойЭябхвыбирается направление движения к50 экстремуму, Если знак статическогокоэффициента усиления не Фиксировать,то система теряет работоспособность. Дпя объекта управления с линейной 55 частью 1-го и 2-го порядков можнополучить в явном виде формулы для вычисления неизвестных параметров.Например, параметры модели, описываемоф передаточной функции У(Р) Приравйнвая полученные значения сигналов 7,;, Ек выражениям для действительной и мнимой частей частотной характеристики модели линей ной части 4 объекта с неизвестными параметрами, получают систему уравнений видаН 1(,1)1 = Е 25ффследующим образом 5 14Ь = К/(Р + Ы.), вычисляются путем решения системы уравнений вида Ко./2(о. +а ) = Е, Ко/2 Ы + Я ) оС = И Е/Е; К = 20( Е+ Е ) /Е При приближении к экстремуму,когтяда --- - О значение К- О. СигнаЗх флы ЕЕ уменьшаясь по абсолютной величине, могут вызвать увеличение ошибок вычислений. Поэтому при прибЗцлижении -- к нулю в устройствеГхпредусмотрено отключение блока 13 от модели линейной части объекта 17 с помощью ключей 14, - 14 к, запоминание вычисленных значений параметров на фильтрах 15, - 15 ц с заножнанием состояния и фиксации указанного состояния системы в течение заданного времени, Эти.операции осуществляет блок 16 прерывания (Фиг,3).На вход блока 20 модуля блока 16 прерывания подают сигнал с выхода Фильтра 7 пропорциональный -=-, На3 ЯЭа сумматоре 21 выходной сигнал суммируется с выходным сигналом источника 22 напряжения, определяющим то пороговое напряжение выходного сигна. ла блока 20 модуля, при котором срабатывает триггер Шмидта 23, При уменьшении выходного сигнала блока 20 модуля ниже порогового значения срабатывает триггер Шмидта 23, на его выходе появляется логическая "1". В исходном состоянии на выходе триггера 27 сигнал соответствует логическому "О", а следовательно, на выходе логического элемента И-НЕ 28 - "1", и ключ 25 замкнут, Сигнал с выхода триггера Шмидта 23, соответствующий логической ",1", обнуляет счетчик 31 импульсов и пройдя че 9рез Фазосдвигающее звено 24, замкнутый ключ 25, сумматор 26, перебрасывает триггер со счетным входом 27 в другое устойчивое состояние, при котором на его .выходе будет сигнал, соответствующий логической "1". Выходным сигналом триггера 27 открывается ключ 29, который подключает генератор 30 кпульсов к счетчику 31 56930 6,импульсов. Одновременно через логический инвертор 32 с триггера 27проходит сигнал на размыкание ключей14 - 14 и ключей фильтров 15,15 с запоминанием состояния(фиг.2). Если система находится вобласти экстремума (сигнал на выходе триггера Шмидта 23 соответствует"1"), то счетчик 31 импульсов несчитает, так как на его обнуляящемвходе. "1 ",При выходе системы из окрестности экстремума. в любую сторонуЭй, Зй(- -- ( 0 или - -"- ) О) сигнал наах Зхвыходе блока 20 модуля увеличивает.ся. При превышении порога срабатывания триггера Шмидта 23 на его выходе появляется логический "О", иначинается счет импульсов в счетчике 31. Частотой генератора 30 импуль.сов и разрядностью счетчика 31 определяется время, через которое в последнем разряде счетчика 31 появляется "1". В течение всего этого времени ключи 14, - 14 и ключи Фильтровразомкнуты, Если в течение этоговремени произойдет смещение системыв окрестность экстремума, а следова"тельно, сработает триггер Шмидта 23(на его выходе "1"), то счетчик 31импульсов вновь обнулится выходнымсигналом триггера Шмидта 23, но триггер 27 останется в том же состоянии,так как выходной сигнал логическогоэлемента И-НЕ 28 разомкнет ключ 25раньше, чем импульс "1" пройдет через Фазосдвигающее звено 24. Такимобразом, счет импульсов в счетчике31 (отсчет времеви) производитсяот последнего выхода системы из обпасти экстремума. 5 10 15 20 25 30 35 40 Если время, в течение которого система находится вне окрестности экстремума, превышает время появления "1" в последнем разряде счетчика 31 импульсов, то этот сигнал ("1" последнего разряда), поступая через сумматор 26 на счетный вход триггера 27, перебрасывает его в другое устойчивое состояние, когда на его выходе будет сигнал, соответствующий логическому "О", Выходной сигнал триггера 27, пройдя через логический инвертор 32 на управляющиевходы ключей 14 - 14 ключей фильтров, замыкает их. После этого продолжается коррекция параметров моде - ли 17 линейной части объекта.Таким образом, коррекция параметров модели 17 производится в устрой 5 стве только тогда, когда система находится вне заданной окрестности экстремума статической характеристики нелинейной части 5 объекта больше заданного времени. 3 области экстре мума коррекция параметров вообще лишена смысла, так как целью изобретения является увеличение быстродействия поиска экстремума.15 Формула из обрет енияСистема управления инерционным экстремальнйм объектом, содержащая последовательно соединенные генератор прямоугольных пробных воздейст вий и сумматор, подключенный выходом к входу объекта управления, выход которого подключен к первому входу умножителя, выход которого черезФильтр усреднения соединен с входом 25 интегратора, подключенного выходом к. второму входу сумматора, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повьннения быстродействия системы, в нее введены блок выделения М гар- ЗО моник пробного сигнала, М Аазовращателей, 2 М дополнительных умножителей, 2 М дополнительь х Аильтров усреднения, блок решения линейных уравнений, модель линейной части объекта, К ключей по числу искомых параметров модели линейной ча- . объекта, К фильтров низкой час ты с запоминанием состояния и блок прерывания, причем выход генератора прямоугольных пробных воздействий подключен к входу блока выделения М гармоник пробного сигнала, -й выход (1. = 1,2М) которого соединен с входом х-го Аазовращателя и с первым входом -го дополнительного умножителя, выход х-го Аазовращателя сое/динен с первым входом ,+Г 1)-го дополнительного умножителя, вторые входы 2 М дополнительных умножителей соединены с выходом объекта управления, выход каждого из 2 Г 1 дополнительных умножителей соединен через дополнительный Фильтр усреднения с соответствующим входом блока решения линейных уравнений, К выходов которого соединены соответственно с входами К ключей, выход каждого х-го (1,2К) ключа соединен с входом -.го Аильтра низкой частоты с запоминанием состояния, выходы Фильтров низкой частоты с запоминанием состояния соединены с соответствующими вхо дами настройки модели линейной части объекта, управляющие входы каждого ключа и Фильтра низкой частоты с запоминанием состояния подключены к выходу блока пРерывания, вход ко" торого соединен с.выходом фильтра усреднения, выход генератора прямоугольных пробных воздействий подключен к информационному входу модели линейной части объекта, выход .которо. го соединен с вторым входом умножителя,1456930 Составитель НефедоТехред А.Кравчук едактор В.Даик Кравцова Рре рытиям п