Система управления с переменной структурой

(54) СИ СТРУКТУ (57) Из мам авт жет быт ния объ ТЕМАОИ ЛЕННЯ С ПЕРЕМЕННОЙ етение относится к систетического управления и моспользовано для управлеами в условиях действия ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРВ 941923, кл. С 05 В 13/00, 1 982.Авторское свидетельство СССРУ И 20283, кл. С 05 В 1300, 19842возмущений, например промышленнымн роботами ипилетательнымн аппаратами. Система управления с переменной структурой обеспечивает повышение точности контура компенсации возмущений, который идентифицирует структуру модели возмущений в классе разностных аналогов полиноминальных моделей и осуществляет компенсацию этих возмущений адекватным компенсирующим сигналом. Устройство содержит объект управления 1, два сумматора 2, 7, два регулятора 3, 8, идентиФикатор 4 .состояния объекта, формирователь 6 сигнала коррекции, измеритель-преобразователь 5, прогнозатор возмущения ,9 и измеритель возмущения 10. 4 ют,Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для управления объектами в условиях действия возмущений напри 15 мер, в промьппленных роботах ипи влетательных аппаратах.Цель изобретения - повьппение точности работы системы в условиях действия возмущений .На фиг, 1 приведена Функциональная схема системы управления с переменной структурой; на фиг. 2 - Функциональная схема прогнозатора возмущений; на Фиг. 3 - Функциональная схема из 5 мерителя возмущений; на Фиг. 4 ; функциональная схема второго регулятора.Система управления (фиг,1) содержит объект 1 управления, первый сум матор 2, первый регулятор 3, идентификатор 4 состояния объекта, измеритель преобраэователь 5, формирователь 6 сиг нала коррекции, второй сумматор 7, второй регулятор 8, прогноэатор 9 воэ мущения и измеритель 10 возмущения,Прогнозатор возмуцс.,ия (Фиг.2) содержит г блоков 1112, 13 задерж-ки, г релейных элементов 14, 516,(г) сумматоров 17,18,19 на два , входа, сумматор 20 на г входов, преоб-раэователь 21 кода, г блоков 22,2324 памяти, г преобразователей 25,26. 27 информации, г блоков 28,29ЗО умножения и (г) блоков 31, ,1ау 32,33 задержки, причем г -блоков 13 ,31,32,33 задержки соединены последо вательно таким образом,что вход первого , блока 13 задержки является входомпрогноэатора 9, а выходы остальных40блоков подключены также соответственно к первым входам, г блоков ЗО, ,29,28 уменожения, вьход первого блока 13 задержки подключен также к (г) последовательно соединенным 45 одинаковым звеньям, состоящим иэоследовательно соединенных блока задержки (например, 12) и сумматора на два входа (например, 19), причем вход блока 12 задержки подключен также к вторым входам сумматоров (например, вход 12 подключен к входу 19), выход первого блока 13 задержки подключен также и первому релейному элементу 16, а остальные (г"1) релейных элемента 15,,655 входами подключены к выходам (г) сумматоров 19 18, 17, а выходы всех г репейных элементов 1615,4 подключены к г входам преобразователя 21 кода, выход которого через г последовательно соединенных блоков 22, 2324 памяти, преобразователей 25, 2627 информации подключены к вторым входам г блоков 28, 2930 умножения, выходы которых подключены к г входам сумматора 20, выход которого является выходом прогнозатора 9.Измеритель возмущения (фиг.З) содержит (и+1) блоков 34,35. 36 задержки, и блоков 3738 умножения на константу, сумматор 39 на (2 п+1) входа, и блоков 4041 умножения на константу и и блоков 4243 задержки, причем к первому входу измерителя 10 возмущения подсоединены последовательно соединенные (и+1) блоков 34, 4342 задержки, выход первого из них 34 непосредственно, а выходы остальных и блоков 43, ,42 через п блоков 41, , 40 умножения на константу подключены к (и+1) входам сумматора 39 на (2 п+1) вход, а остальные и входов сумматора 39 через и других блоков 3738 умножения на константу подключены к выходам остальных и последовательно соединенных блоков 35, ,36 задержки, причем вход первого из них (блок 35) является вторым входом измерителя 1 0 возмущения, а его выходом является выход сумматора 39.Второй регулятор (Фиг.4) содер-. жит последовательно соединенные (и) блоков 4445 задержки,.(п) блоков 4647 умножения, на константу, сумматор 48 на (и-.) входов и блок 49 умножения на константу, причем один из .входов суМматора 48 подключен через блок 49 умно- жения на константу к входу второго регулятора 8, а остальные (и) входов также подключены через блоки 4647 умножения на константу и выходам (и) последовательно соединенных блоков 44, ,45 задержки, первый иэ которых 44 подключен к выкоду сумматора 48 и выход которого является выходом второго регулятора 8,Система управления с переменной структурой работает следующим образом.В системе создано три контура.Контур основной обратной связи, состоящий из первого сумматора 2, объекта 1 управления, идентификатора(8) 35 гДе С, =-(-1) бинох(г) миальные коэффициенты.Причем видно, что для Й = С первая разность Г - г .1 = ОУ Л с=Ог, 40 - 1, для Г = С, + С 1 Г, (г -Е)- (1- Г) = О, вторая разность ЙЛ 1 =ЬГ, = О, г = 2 и тд. Следонателс но, значение г(величина г на К-М шаге) можно автоматически выбирать, исходя из удовлетворения следующим условиям ф допЙ сМ .1 -.,.,1 а доп,(9) Д ,=1 й Г - дг 1, 1 ( Л Если теперь левь 1 е части приведенных ныражений поданать на релейные элеиены и считать срабатывание релейного элемента эа 1, а несрабатывапрогноз реакции системы на суммарные возмущения по значениям предыдущих величин5В свою очередь, значения реакции системы на возмущения на предыдущем таКте вычисляются по Формуле П 1М 1 При равенстве Г 1, = Г обеспечивается абсолютная иннариантность регулятора к озмущениям, В этом легко убедиться, если подставить (6) в (5). Получимь л 15 . = - (- ;) у.;+. 1Таким образом, задача компенсации возмущающих воздействий свелась к задаче оперативного прогноза реакции на суммарное возмущение .20, Прогноз реакции системы на возмущение Г основан на том, что на ограниченном временном интервале эта реакция может быть аппроксимиронана полиномиальной: моделью г - го порядк 4, причем г заренее п.=.известно и буд т определяться при анализе измер нных величин Г 1, , Г 1.Можно показать, что полиномиальному в ду г-го порядка функции Г соответствуе разностная авторегрессивная модельв а ние за О, то "линейке" Ц Г , 1г 11,., ЛГ 1 1 будет соответствовать код, например,(011011) или (1100), причем старшийненулевой разряд характеризует порядок авторегрессионной прогнозирующеймоделилг (10):1Код числа г может быть служитадресом ячеек, в которых записаныкоды значений коэффициентов Сблок 24, С- блок 23Если возмущения отсутствуют, то выходной сигнал может иметь место лишьиз-за несоответствия начального состояния объекта управления программному значению. При этом благодаряобратной. связи, обеспечиваемой блоками 3-7, обеспечивается желаемоедемпфирование начального рассогласования. Измеритель 1 О возмушения(Фиг.10) реализует выражение (7) исогласно уравнению (5) (Г= 0) математическая модель объекта управленияс обратной связью будет иметь вид= 1 ( -) ,.Второй случай. На объект действуетвозмущение. Измеритель возмущениявырабатывает сигнал Й согласно вы 1 сражению(7), который поступает на входпрогнозатора 9 возмущения (фиг,2)На выходах сумматоров 17, 1819образуются разности сигналакоторые поступают на релейные элементы 14, 15 16, где эти разности сравниваются с допустимыми эначе"ниями согласно соотношениям (9) . Кодс выходов релейных элементов поступает на преобразователь 21 кода, который вырабатывает значение кодаг, Код значения гпоступает параллельно на все г блоков 22, 2324 памяти, которые вырабатывают кодыкоэффициентов прогнозирующей моделиС поступающие на входы блоков 26,,27 преобразователей информации.Блоки 2627 согласуют разрядность кодов С. и кодов Гкоторыепоступают на входы блоков 28,2930 умножения. Выходные сигналы сблоков умножения суммируются на сумлматоре 20, образуя прогноз Г 11Л1Значение прогноза гиспользуетсядля выработки компенсирующего воэдеййстния У 1 во втором регуляторе 8(фиг.4), Второй регулятор реализует соотношение (6 . Компенсирующий сигнал Б поступает на первый сум(.матор 2, где складывается с сигналом обратной связи.5Таким образом, положительный эффект - повышение точности функционирования, либо уменьшение энергозатрат на демпфирование собственного движения (т.е, при отсутствии возмущений); либо разумный компромисс между повышением в точности и уменьшение энергозатрат одновременно - достигается тем, что контур компенса ции возмущений идентифицирует структуру модели возмущений в классе разностных аналогов полиномиальных моделей и осуществляет компенсацию этих возмущений адекватным компенсиРующим сигналом,Формула изобретенияСистема управления с переменнойструктурой, содержащая первый сумматор и формирователь сигнала коррекции,выходы которых через идентификаторсостояния объекта подключены к входамизмерителя-преобразователя и к входампервого регулятора, выход которогосоединен с первым входом первого сумматора, выход которого через объектуправления соединен с первым входомвторого сумматора, второй вход которого соединен с выходом измерителяпреобразователя, а выход второго сумматора подключен к входу формирователя сигнала коррекции, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности работы системы вусловиях действия возмущений, в неевведены второй регулятор, прогнозатор возмущения и измеритель возмущения, выход которого через последовательно соединенные прогнозатор возмущения и второй регулятор соединенс вторым входом первого сумматора,а первый и второй входы измерителявозмущения соединены соответственнос выходом объекта управления И свыходом второго регулятора.:аказ 8098/5ВНИИПИ Госуд тавитель В, Пешк Техред М. и ык Типаж 788 твенного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, РаПодписноетениям и открытиям при ГКНТ СССская наб., д. 4/5