Система оптимального управленияобектами второго порядка

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 020179 (21) 2706 390/18-24с присоединением заявки йо(72) Автор изобретения В.М.Синеглаэов Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(54) СИСТЕМА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ ВТОРОГО ПОРЯДКА 25 Изобретение относится к системам автоматического управления, предназначено для оптимального по быстродей ствию управления колебательными динамическими объектами с переменными параметрами и может быть использовано для управления детальными аппаратами и различными технологическими процессами.Известны системы оптимального 10 управления, позволяющие минимизировать время управления динамическими объектами, которые содержат основной контур управления и контур самонастройки, причем контур самонастрой ки, содержит настраиваемую модель, блок сравнения, блок управления моделью, триггеры, блок начальных уставок, сумматор и блок эквивалентность 11. 20Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому .является система оптимального управления объектами второго порядка, содержащая первую модель, первый выход которой соединен с входом первого блока сравнения, а первьЯ вход - с блоком управлений первой моделью, подключенной входом к выходу нуль- органа, второй и третий входы 30 с первым и вторым выходами объектасоответственно, четвертый вход -с выходом интегратора и первым входомвторой модели, второй вход которойподключен к выходу первого триггера,входу первого Функционального преобразователя и входу объекта, первыйвыход которого подключен через блокначальных уставокзк к установочномувходу первого трйггера, а такжеко входу первого сумматора, второйвход которого соединен с выходомвторой модели, а выход подключенко входу блока умножения, второйвход которого соединен с выходом первого Функционального преобразователя, а выход - со входом интегратора 2 .Однако известная система обладаетнизкими характеристиками по точности и быстродействию,Цель изобретения - повыаение точности и,быстродействия системы,Эта цель достигается тем, чтосистема содержит второй сумматор,триггеры, ключи, блоки сравнения,блоки эквивалентности, функциональные преобразователи, инрвертор иблок памяти, первый выход первоймодели через последовательно соединенные второй функциональныйпреобразователь, второй блок сравнения соединен с первым входом первого ключа, второй вход которогоподключен к выходу третьего блокасравнения, первым входам первого ивторого блоков эквивалентность, авыход - соединен со входом блокапамяти, выход которого подключен ковторому входу первого блока эквивалентности, соединенного выходам10с первым входом второго ключа, второйвход которого подключен ко второмувыходу первой модели, входу второгосумматора, на третий вход подаетсяпроизвольный ненулевой сигнал, а выход подключен ко входу нуль-органа, 15соединенного своим выходом с первымивходами третьего и четвертого ключей,соединенных своими вторыми входами спервым и вторым выходами третьегоблока эквивалентность, один вход ЯОкоторого через второй блок эквивалент.ность подключен к выходу первого блока сравнения, а второй вход черезчетвертый блок сравнения подключенк первому выходу объекта и входучетвертого блока эквивалентность,второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход - с первым входом пятого ключа,подключенного вторым входом черезинвертор ко кторому выходу объекта,а выходом. - ко второму входу второгосумматора, выход которого соединенсо входом пятого блока сравнения,подключенного выходами ко входутретьего триггера, выход которогосоединен с пятым выходом первоймодели и входом третьего блока сравнения, а установочный вход третьеготриггера соединен с установочнымвходом первого триггера, подключенного своими входами к выходам третьего и четвертого ключей,На Фиг. 1 представлена блок-схемасистема оптимального управления объектами второго порядка, а на фиг. 2переходной процесс.Система оптимального управленияобъектами второго порядка содержитпервую модель 1, первый выход которой соединен со входом первого бло- урка 2 сравнения, а первый вход - сблоком управления первой моделью 3,подключенной входом к выходу нульоргана 4, второй и третий входыс первым и вторым входами объекта 5соответственно, четвертый вход -с выходом интегратора 6 и первым входом второй модели 7, второй вход которой подключен к выходу первоготриггера 8, входу первого функционального преобразователя 9 и входу бОобъекта.5, первый выход которогоподключен через блок 10 начальныхуставок к и установочному входу пер.ваго триггера 8, а также ко входупервого сумматора 11, второй вход 45 которого соединен с выходом второй модели 7, а выход подключен ко входу блока умножения 12, второй входкоторого соединен с выходом первогофункционального преобразователя 9,а выход - со входом интегратора 6,при этом первый выход первой модели1 через второй функциональный преобразователь 13, второй блок 14 сравнения соединен с перным входом первого ключа 15, второй вход которого подключен к выходу третьего блока 16 сравнения, входом первого 17 и второго 18 блоков эквивалентность, а выход соединен со входом блока памяти 19, выход которого подключен ко второму входу первого блока 17 эквивалентность, соединенного выходом со входом второго ключа 20, второй вход которого поцключен ко второму выходу первой модели 1, входу второго сумматора 21, на третий вход подается произвольный ненулевой сигнал, а выход подключен ко входу нуль-органа 4, соединенного своими выходами со входами третьего 22 и четвертого 23 ключей, соединенных своими вторыми входами с первым и вторым выходами третьего блока 24 эквивалентность, один вход которого через второйблок 18 эквивалентность подключен к выходу первого блока 2 сравнения, а второй вход через четвертый блок 25 сравнения подключен к первому выходу объекта 5 и входу четвертого блока 26 эквивалентность, второй вход которого соединен с выходом первого блока 2 сравнения, а выход - с первым входом пятого ключа 27, подключенного вторым входом через инвертор 28 ко второму выходу объекта 5, а выходом - ко второму входу второго сумматора 21, выход которого соединен со входом пятого блока 29 сравнения, подключенного выходами ко входам третьего триггера 3, выход которого соединен с пятым входом первой модели 1 и входомтретьего блока 16 сравнения, а установочный вход соединен с установочным входом первого триггера 8, подключенного своими входами к выходамтретьего 22 и четвертого 23 ключей,На фиг. 2 представлен оптимальныйпо быстродействию переходной процесс,где приняты следующие обозначения:координаты объекта, х 1(М), х(координаты модели,Задачей оптимальной по быстродействию систеьаю управления колебательными объектами является Формированиепоследовательности оптимальных управ-лений вида +О , -Оц, +ОилиОааъв+Огпакф Омок где Омах максимальное значение управляющих воздейстний как функции фазовых координат объектауправления хЙ), х. При этом система реализует нелийейный закон управления, определенный нафазовой плоскости управлением линиипереключения.Поскольку кусочно-нелинейная аппроксимация Функции переключения сопряжена со значительными погрешностями,то для реализации закона управленияможет быть использована модель, многократно и в "быстром" времени реализу"ющая уравнения движения объекта, Приэтом управляющее воздействие, подавае,мое на объект, выбирается, исходя изсвойств траектории модели в окрестности нуляО, -51 дп Оп 51 цп Х 519 п пх (1где х - текущее значение кос.динаты объекта х(Ъ)х,О" - значение координаты моделих(9) и ее управляющего воздействия в момент х(М)О, в случае, когда последняя перемена знакауправляющего воздействия, подаваемогона модель произошла в интервале ЖО с 1 х, (М)с 2,Управляющее воздействие, подаваемое на модель, работающее в ускоренном масштабе времени определяетсяО 519 пх 2 (М) -х 51 дп х 51 цп х(М).(2)25где х,х- текущее координатысбъекта;хИ)х(М)-текущее координатымодели.Когда параметры объекта неизвестны, З(ъто непосредственное построение линиипереключения невозможно и для реализации оптимального по быстродействиюалгоритма управления необходимо идентифицировать объект. ЗэСистема работает следующим образом. Изменение параметров объекта 5 приводит к появлению н его выходе отклонения регулируемой переменной 40 х. По знаку х(с) блок 10 начальнйх уставок производит набор значения управления на первом шаге движения объекта 5, что обеспечивается установкой триггера 8. При этом триг гер 30 переводится в то же состояние, что в тригере 8. На вход объекта 5, второй модели 7, функционального преобразователя 9 подается управление Ю519 п х (с), что вызывает измене нйе выходных сигналов объекта 5 и ьюдели 7, Выходные сигналы объекта 5 и модели 7 поступают на входы сумматора 1 Гдля Формирования сигнала рас. согласования (й)вызванного измене. ,нием параметров объекта 5. Сигнал (с) с выхода сумматора 11 подается на один из входов блока 12 умножения, на другой вход которого поступает выходной сигнал функционального преобразователя 9, структура которого 0 определяется по методу вспомогательного оператора. Выходной сигнал блока 12 умножения, определяющий скорость изменения переменного параметра объекта 5, посредством интегратора 6 пода- Я ется на выходы первой и второй моделей 1 и 7.При этом на блок 26 эквивалентность подаются сигналы с блоков 2 и 16 сравнения, соответствующие 519 п Х(М) 4: с/1)т 1 в .масштаб времени и 519 п х, В зависимости от сигнала "1" или "0" на выходе блока 26 эквивалентность через ключ 27 на вход сумматора 21 поступает х или х 2 на другой вход которого поступает значение х Я), В зависимости от знака выходного сигнала сумматора 21 посредством блока 29 сравнения и триггера 30 реализуетя закон управления (2) моделью 1. Изменение переменных объектов 5 х(й) ч и х (с) поступают как начальные услоевия в модель 4, которая в быстром времени" реализует уравнения движения объекта.До момента попадания 1 х( абсолютная величийа х (М) образуется вследствие прохождения величины х(М) через функциональный преобразо. ватель 13 в зону, соответствующую 2, на выходе блока 14 сравнения появляется "1", в результате чего через ключ 15 с блока 16 сравнения проходит сигнал 1 или "0", соответствующий 51 дп О , который запоминается в блоке 19 памяти и подается на вход блока 17 эквивалентностьПоскольку на .его второй вход подается тот же самый сигнал, то на инверсном выходе блока 17 эквивалентность появляется "0", В результате чего через ключ 20 проходит ненулевой произвольный сигнал, на выходе нуль-органа 4 вырабатывается нулевой сигнал, модель 1 продолжает оставаться в режиме "решением, ключи 22 и 23 закрыты, триггер 8 остается в прежнем состоянии, т.е, управление, подаваемое на объект, остается прежним. В случае попадания 1 х, И )1 в зону, соответствующую 2, при наличии в ией переключения управ.ляющего воздействия О на инверсном выходе блока 17 эквивалентность появляется 1, в результате чего через ключ 20 на вход нуль-органа 4 поступает сигнал х(0). Если х ( = О, то нуль-орган вырабатывает сйгнал, поступающий на вход блока управления моделью, ключи 22 и 23 открываются для прохождения сигналов с блока 24 сравнения, на выходе которого реализуется соотношение (1). В результате чего триггер 8 устанавливается в состояние, соответствующее соотношению (1), В то же время сигнал, поступающий с нуль-органа 4 на блок 3 управления моделью, вызывает изменение режима работы модели 1, перевода ее .в режим задания начальных усло вий. После этого весь режим работы , система повторяется.Движение объекта. 5 при подобном управлении происходит по траекторииобеспечивающей минимальную деятель ность процесса управления.Результаты исследований, проделанных на макете предлагаемой системы оптимального управления, показали, что по сравнению с указанным аналогом удалось повысить точность реализации процесса управления на 50, а быстродействие на 30.Формула изобретенияСистема оптимального управления объектами второго порядка, содержащая первую модель, первый выход которой соединен со входом первого блока сравнения, а первый вход - с блоком 15 управления первой моделью, подключенной входом к выходу нуль-органа, второй и третий входы модели - с первым и вторым выходами объекта соответственно, четвертый вход - с выходом 2 О интегратора и первым входом второй модели, второй вход которого подклю-. чен к выходу первого триггера, входу первого функционального преобразователя и входу объекта, первый выход которого подключен через блок начальных уставок к установочному входу первого триггера, а также ко входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второй модели, а выход подключен ко входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого функционального преобразователя, а выход - со входом интегратора, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повы- З 5 щения точности и быстродействия системы, она содержит второй сумматор, триггеры, ключи, блоки сравнения, блоки эквивалентности, функциональные преобразователи, инвертор и блок 10 памяти, первый выход первой модели через последовательно соединенные вто. рой функциональный преобразователь, второй блок сравнения соединен с первым входом первого ключа, второй вход которого подключен к выходу третьего блока сравнения, первым входам первого и второго блоков эквивалентность, а выход соединен со входом блока памяти, выход которого подключен ко второму входу первого блока эквивалентность, соединенного выходом с первым входом второго ключа, второй вход которого подключен ко второму выходу первой модели, входу второго сумматора, а выход подключен ко входу нуль-органа, соединенного своим выходом с первыми входами третьего и четвертого ключей, соединенных своими в=орыми входами спервым и вторым. выходами третьего блока эквивалентность, один вход которого через второй блок эквивалентность подключен к выходу первого блока сравнения, а второй вход через четвертый блок сравнения подключен к первому выходу объекта и входу четвертого блока эквивалентность, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход - с первым входом пятого ключа,.подключенногд вторым входом через инвертор ко второму выходу объекта, а выходом - ко второму входу второго сумма. тора, выход которого соединен со входом пятого блока сравнения, подключенного выходами ко входу третьего триггера, выход которого соединен с пятым входом первой модели и входом третьего блока сравнения, а установочный вход третьего триггера соединен с установочным входом первого триггера, подключенного к своими входами к выходу третьего и четвертого ключей.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2405048/24,кл. С 05 В 13/02,17. 09, 76.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 92456037/24,кл, С 05 В 13/02,01.01.77 (прототип),