Система оптимального управления объектами второго порядка

Игнате нко,Синеглазов и Н. В. Тумаркин Киевский орд Великой Окт.ла Ленина политехнический институт им. ьской социалистической революцччи 2мент И, сумматор, входы которого динены, соответсчвенно с первым ь дом объекта и выходом первой мод ое объекта, а выход через последовательно соединенные блок настройки параметров первой модели объекта и интегратор соединен с управляющим входом первой мо дели объекта, вход которой соединен со входом объекта и выходом ключа, вход которого соединен с первым входом злеа мента эквивалентность, второй вход которого соединен с выходом первого триггера и первым выходом второго триггеравторой выход которого соединен с первым входом второй модели объекта, второй вход которой через первый блок управления моделью соединен с выходом элемента эквивалентность, первый;выход через первый нуль-орган - со вторым входом первого блока управления и с од 2 а ннм из входов второго элемента И, авторой выход через второй нуль-орган - с другим входом второго элемента И, выход которого соединен с первым вхо 1Изобретение относится к области автоматического управления и может бытьиспользовано для управления объектамис переменными, параметрами тина летательных аппаратов и хнмико-технологических процессов,Известны системы, позволяющие минимизировать длительность переходногопроцесса для стационарного объекта уп;рааления нри незаданных значениях егопараметров, состоящие из основного контура управления, включающего в себядифференциагор, усилители,функциональный преобразователь, сумматор, репейный элемент и контура самонастройки,включающего в себч запоминающие устройсгва, усилитель, кпючи, сравнивающиеус;ройства, ауммвгор, ннуйГРагор ЯНедостатком известного устройстваявляется реализация одного нелинейногозакона управления.Из известных устройств наиболееблизким по технической сущности является устройство, содержащее первый элеУПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕ 1 ЛАМИД,КЛдом счетчика, .второй вход которого сседкнец с выходом блока установки начальных состояний, вход которого соединен с первым выходом объекта, к с соогвегсгвуюшкмк входамк первого к второго триггеров 2Недостатком известной сксгемы является нкзкая точность к бысгродействке ц получение только двухуровневых управляюшкх сигналов.Целью изобретения является повышение точности к быстродействия сксгемы.Поставленная цель достигается тем, что в сксгеме опткмального управления неколебагедьнымк абъекгамк второго порядка установлены блок заданкя начальных условий, третья модель объекта, экстраполягор, второй блок упрввленкя моделью, блок задержки и дешифратор, вход которого соепкнен с выходом счегчкка, первый выход - с управляющим входом ключа, выход которого соедкнен с управлявшим входом блока настройки параметров первой моделк .объекта 1 второй выход - с вторым входом второго гркггера, грегкй выход через второй блок управленкя моделью, - с первыми входами эксграпопягора, третьей модели и блока задания начальных условий, четвертый выход-с первым входом первого элемента И,второй вход которого через блок задержки соединен с выходом первого нуль-органа, а зыходс третькм входом счегчкка, выход первого блока управления моделью соединен со вгорымн входвмк блока задания началад ных условий, второй модели объекта к эксграподягора,грегкй вход которого соедкнен с выходом интегратора, а выходы соедкнены соответственно с третьям входом второй модели объекта к вторым входом третьей модели объекта, третий к четвертыйвходы блока задания начальных условий соединены с соогветствуюшкмк выходами объекта, пятый вход - с выходом третьей модели объекта, а выходы соедкнены соответственно с четвертым входом второй модели объекта к третьим входом третьей модели объекта.На фкг. 1 представлена структурная схеме системы оптимального управленкя неколебагедьнымк объектамк второго порядка; на фкг. 2 - опткмвдьные по расходу гопдква линии перекдюченкя.Предлагаемая система содержит блок 1 заданкя начальных усдовкй, бдокк 2 к 3 управления моделью, экстраполятор 4, нудь-органы 5 к 8, первый к второй элемент И 7 к 8, блок задержки.9,счегчкк 10, блок 11 усгвновкк началных состоанкй, дешнфратор 12, гркггеры 13 и 14, ключ 15, элемент эквчвалентносгь 16, сумматор 17, блок 185 настройки параметров первой клоделкобъекта, кнгегратор 19, модели объекта20,21 к 22, объект 23, образующие моделкруюшкй блок 24, контур самонастройки 25 к блок 26 скнтезв опт:.мальфо ных управленкй.Лпя релейных неколебаг"=льных скстемвторого порядка опгкмвльнымн в смыслекритерия Т3%3 = ПК)1где О. - управлявшее воздействие, огранкченное условкем 3, Цп,КО Т -мако,.не фккскровано, который учкгыввег рас-.ход рабочего гела (топлква) к длктель-.26ность процесса, будут последовв гельносгк управленкй вида: + 0, 0 -0,.дстклк ф цр с Ф 0 я(ясмакмаксимальное значение управляющего23воздействия. Прк этом управляющее усгройсгво, синтезирующее опгкмальное управленке в функции фазовых переменныхсистем, должно реалкзовагь нелинейныйзакон управления, определяемый на фазовой плоскосгк уравненнямк двух линийпереключений, Причем при досгкженкчфвзовой точкой первой кривой происходитотключение управления блока Щ = О) ккмеег место свободное движение системы, а прк досгкженкк второй дкник переключения, образованной кз частей тра,екгоркк двкженкя системы прк значенкяхуправленкя -Ц к +3, управляючдксшее воздействие пркнкмаег соответствующее значение, в результате чего дальнейшее двкженке системы происходкг по нулевой граекторкп в заданное конечное сос гоянке.В случае, когда параметры объектанекзвесгны кдк кзменяюгся и процессеуправления, посгрокгь указанные дкнккпереключателя невозможно. Поэтому необходкмо для скнгеза управленкч в процессе двкженкя объекта определять значениеего параметров к характер кх кэмененкя,Прн этом поскольку обе линии перекдюченкя оказываются как в сгацконарном, гакк в нестацконарном случаях подобны другдругу, отличаясь лишь коэффкцкенгом,значение которого в первом случае постоянно, а во втором может быть рассчкгано по соответствующим зввкскмосгям,го оказывается возможным для посгроенкя укаэанных линий использовать убы 64894 6сгренные" модели объекта с экстраполя-цией на заданных интервалах времени переменных параметров объекта.Устройство работает следующим образом.Блок 11 установки начальных состояний 11 при отклонении значений координаты объекта Х 1 ог нулевых производит начальную установку триггеров 14, 13 и двухразоядного счетчика 10 в состояние 11" и подключение ключа 15, причем состояние триггеров 13 и 14 выбирается твк, чтобы О = - бДИ Х 1 . Поскольку на дешифратор 12 в данном случае подаегся комбинация "11 , го управляющее воздействие с триггера 14 поступает на вход объекта управления 23 и модели объекта 20, вызывая изменение координат ХЯ ), ХИ ), Х 1 Я ), ХК ).Последние поступают на сумматор 17 дня получения ошибки(т;), вызванной изменением параметра объекта, которая затем подаегся в блок 18 настройки параметров первой модели объекта. Последний определяет скорость изменения переменного парвметра объекта 23 и посредством интегратора 19 (исполнительного элемента) вводит новое значение переменного параметра в первую модель объекта 20. Однако дпя синтеза оптимального управления значения переменного параметра в денный момент времена недостаточно, поэтому значения этого параметра в определенные моменты времени,(К= 1, , ц) подаются в эксграпопятор 4, где нв их основании вычисляются будущие значения парвмегров для моментов времени ь+ Щ Ь 1, где П - число шагов прогнозирования, д - период дискретизации. Экстраполированные значения параметров подаются в режиме решения во вторую и третью модели 21 и 22. Текущие значения фазовых координат объектами (ъ) и Х(+) поступают в блок 1 задания начальных условий, который на основании сигналов блоков 2 и 3 управления моделью подвег их как начальное условие на модели объекта 21 1 юскольку состояние триггеров 13 и 14 в данном случае одинаково, го элемент эквивалентность 16 выдвег сигнал "1", в дешифратор 1 2 при входной комбинации "11" также выдаег 1", го блоки 2 и 3 управления моделью включают в режимы решения соответственно модели объекта 21 и 22.5 1 О При этом модель объекта 22 решает уравнение движения при значении управляющего воздействия "О, а модель 21 приОгп = - Ц . Это позволяет, используя модель обьекга 22 для построения траектории движения объекта 23 при нулевом значении управления, рассчитать коэффициент подобия, необходимый для "сканирования моделью объекта 21 первой линии переключения объекта. При достижении координат моделиобъекта 21 )( (1) значения, равного .нулю, нуль-орган 5 вырабатывает сиг нвл, поступающий на элемент И 8 блокзадержки 9 и блок 2 управления модепью, Последний переводит модель объекта 21 в исходное состояние, при котором текущие координаты модели объекта 22 Х ф(1 ), Х ввводятсяв модель объекта 21 как нача ьные условия, при этом элемент И 7 находится в состоянии фО". После чего модельобъекта 21 ввиду изменившегося после 25 введения ненулевых начальных условийнуль-органа 5, а значит и блока управ=- лений 2, вновь включается в режим решения". Этот процесс проводится дотех пдр, пока не выполнигся условие 36 у м (Х%) = О для коордийнвт модели объекта 21, при этом сигналы нуль-органов ю и 6 через элеменИ 8 изменяют состояние счетчика 10,, делая его равным "1 О", В результатесигнал с дешифратора 12 поступает нв,блок управления 3, который переводитмодель объекта 22 в исходное состояние, при этом происходит фиксация экстрвполятором 4 значений изменяемого ЯДпараметра, отвечающего данному моменту времени. К следующему гвкгу решения модели объекта 21, наступающемупосле введения бпском 1 задания начальных условий прежних текущих значений 45М 1(1 ), Х (Ь) фазовых координатобъекта 23, эксгрвполягор 4 рассчитывает на основании ранее зафиксированного значения параметра модели 20, коэффициент подобия и вводит в модель обьекга 22 при решении уравнения динамикиэкстраполированные значения параметрас данным коэффициентом подобия, В результате этого моделью объекта 21строится траектория, подобная первой 55линии переключения ЬСЬ 1 ( см. фнг.2).Однако, если фаэовая точка объекта 23еще не достигла этой линии переключения (гочка "В на фиг. 2), то посгроенная моделью объекта 21 траектория ПРИ,РассннтаЯЯОМ КОЭХ)1 НЦИЕЯГЕ ПОДОьЭНЯ не пройдет через начало коорд 11 наг и 118- обходимо вновь поаторпть весь цикл рз вещий, В этом случае лишь координата Х (1 ). Модели объекта 21 досгн-,ЯДГаЕГ ЗЯйЧЕ 11 ИЯь РВВЯОГО КУЛЮ, СИГЯЯД С нуль-Органа 5 через блок задерж 1 И 9 и элемент И 7 возвращает счетчик 10 В сОсгочпие 1 1 при этом ВТОрым сйГпй лом, 110 сгупаеощим па ВхОд И 7 ь являлся сигнал с дещифрагора 12, Вызванный состоянием счетчика "1 О". При этом а модель объекта 22 вводится текуп 188 знйчение Х (Б ), Х (С ) фазовых координат объекта 23, блок управления моделью 3 вновь Включает модель объекта 22 В реэким "рещеяи 8 и раиее рассмотренный прояесс повторяется. Зто продолжается до тех пор, пока В результате рещения моделью объекта 21 при введен- ЯОМ С ЭкстРИПОЛЯГОРа 4 Кьоэффипиэнте ПОдобия кООрдинагь 1 Х 1 и МОдно ВРЕМЕЯЯО НЕ СГВНУГ Равиыыьи ЯУДЮ Г,Е, построенная траектория яе совпадаег с Одной из первых диний перекдюче 11 ия эО и РОВ этом случае сигнады с нудь-органов 5 и 6 через элемент И 8 переводят счетчик 1 О из состояния "1 О в сосго- яяие "О 1" прн этом элемент И 7 не ус- ПЕЛ СработатЬ, ГЯК КЯК Сначала бЫЛ Сить над с деп 1 ифрагора 12, но не было сигнала "1 с нудь-органа 5 вследствие блока задеркии Й, затем он появился, но тогда на дешифратор 12 была уже подана комбиивиы О 1. В результате всего происходит Отключение ключа 15 и чепез блОк уп 0 авления моделью 3 модели ОбЪЕКГа 22,ьПри этом управление У яа входе Объекта станови гся рйвным О объекта 21 теперь решает уравнения динамики объекта 23 при начальных услоВИЯХь СООГВЕГСГВьУЮЩИХ ГВКУЩИМ ЗНВЧЕ ниям координат Объекта.Теперь при ВЫПОляении условия( ) =1 Х " = О, что указыва- МЯ ,ноег на совпаденйе траектории модели объекта со второй линией переключения РО или РО, происходит срабатывание элемента И 8, при этом состояние счетчика 1 О станет ОО, что вызовет под 101 ючение ключа 15 и изменение состояния триггера 14. В результате того, что состояние триггеров 13 и 14 разпи"1 яое, здеменг эквнаадентност 16 имеет яа выходе сигнал "О, что вызовег отключение модели объекга 21 черезблок управления 2 ог периодического режима "рещение" н перевод в режим задание начальных условий".Таким Образом реализуется требуемыйОПТНМЯЛЬНЫЙ ВЛГОРНТМ УПРЯРЛЕЯьь 1 Яь СОС".Оя 1 пий как в определении релейного управления нужного знаытак и в замена импредыдущего нулевого управления. ьОПри достижении регулируемой координатой объекта У 1( Ф ) заданного нудеВОго значения дешифратор 2 отключаетключ 15, чем обеспечивается сохранениеСКОЛЬ УГОДНО ДОЛГО ЗЯДйНЯОГО КОНЕЧНОГОсостояния объекта.Введение новых элементов - дещиф. ратора, блока задержки второго блокауправления, зксграполягора, третьеймодели, блока задания начальных услолвий и их соединение с имеющимися элементами позволяет Воспроизведениемдвух линий переключения повысить точность реализации процесса управлениянекодебйгельными объектами Второго порядка с переменными параметрами, атакже повысить быстродействие устройства упраале 1 ц 1 я.Формула изобретенияСистема оптимального управтенияобъектами второго порядка, содерькйп 1 ая первый элемент И, сумматор, входы ко 3горого соединены соответственно. с перВым Выходом Объекта и выходом первой модели объекта, а выход через последовательно соединенные блок настройки параметров первой модели объекта и интегратор соединен с упрааляю 1 дим входом первой модеди объекта, вход которой соединен со входом объекта и выходомключа, вход которого соединен с первымвходом элемента эквивалентность, второй вход когорого соединен с выходом первого триггера, н первым выходом второго триггера, второй выход которого соединен с первым входом второй модели объекта, второй вход которой через первый блок управления моделью соединен с выходом элемента эквивалентность, первый выход через первый нуль-орган со вторым входом первого блока управ- ПЕНИЯ И С ОДНИМ ИЗ ВХОДОВ ВГОРОГО ЭДЕмента И, а Вгорой выход через второй нудь Оргае 1 " с другим ВхОЛОм Второго здеменга И, выход которого соединен с первым входом счетчика, Второй входкоторого соединен с выходом блока установки начальных состояний вход которого соединен с первым выходом объекта, и с соответствующими входами первого и второго триггеров, о г л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышенияточности и быстродействия системы, вней установлен блок задания начальныхусловий, третья модьчь объекта, экстраполятор, второй блок управления моделью,блок задержки и дешифратор, вход когорого соединен с выходом счетчика, первый выход,- с управляющим, входом ключа, выход которого соединен с управляющим входом блока настройки параметровпервой модели объекта, второй выход -со вторым входом второго триггера, третий выход через второй блок управлениямоделью - с первыми входами эксграполягора, третьей модели и блока заданияначальных условий, четвертый выход - спервым входом первого элемента И, второй вход которого через блок задержкисоединен с выходом первого нуль-органа, а выход - с третьим входом счетчика, выход первого блока управленич мо-делью соединен со вторыми входами блока задания начальных условий, второймодели объекта и эксграполягора, третийвход которого соединен с выходом интегратора, а выходы соединены соответственно с третьим входом второй моделиобъекта и вторым входом третьей модели объекта, третий и четвертый входыблока задания начальных условий соединены с соогвегсгвующими выходами объекта, пятый вход - с выходом третьеймодели: объекта, а выходы соединены соответственно с четвертым входом второймодели объекта и третьим входом третьеймодели объекта.Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе201. Авторское свидетельство СССРЛоо 416663, кл. 6-05 В 13-С 2, 1974.2, Заявка Мо 1934939, кл. ф 06 Я7/36, 1975, по которой принято рещение о выдаче авторского свидетельства.25ставигель Г. Нефедоваехред М, Борисова КорректорС. Ше гор О. Стени Заказ 556/4 зоз Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,. 4 филиал Тираж 1014 ИПИ Государственного к по делам изобретений 5, Москва, Ж, Рауша