Система оптимального управления объектами второго порядка

(22) Заявлено 17. 03. 80 (21) 2893728/18-24с присоединением заявки йе(5 )М. Кл. ц Щ В 1 У4 Гееударатеенивй камню СССР по делам нзеаретеиий и открытий(72) Автор . изобретения В.М.Синеглазов сКиевский ордена Ленина политехнический институтим. 50-летия Великой Октябрьской социалист:,наческой(71) Заявитель 54) СИСТЕМА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ ВТОРОГО ПОРЯДКА Изобретение относится к системам автоматического управления и предназначено для оп 1 имального по быстродействию и расходу топлива управления неколебательными динамическими объек 1 ами второго порядка с запаздыванием типа летательных аппаратов и химико-технологических процессов.По основному авт.св. Мф 813359 известна система, в которой первый вход модели объекта соединен с выходом схемы сброса, второй и третий входы - с выходами первого и второго ключей, а .первый и второй выходысоотве 1 ст венно с выходами первого и второго блоков сравнения, выходы которых подключены ко входам первого элемента И, соединенного своим выходом с одним из входов второго элементаа И и счетным входом первого триггера, первый выход которого соединен с управляющими входами первого и третьего ключей, второй выходс управляющим входом второго ключа,подключенного входом ко входу первого ключа и второму выходу второго триггера, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И.первый выход - с одним из входов блока эквивалентность, первым вхо- дом первого координа 1 ного преобразователя и через третий ключ со входом объекта, второй выход которого соединен с третьим входом, первого токоординат ного преобразователя, подключенного вторым входом к первому входу объекта, входу схемы установки начальных условий, один из выходов которой соединен со входом тречьего ключа, второй выход - со вторыми входами первого, второго триггеров и вторым входом третьего триггера, первый выход которого подключен. ко второму входу блока эквивалентность, соединенному своими выходами со входом схемы сброса, второй вход которой подключен к выходу второго блока сравнения 11.Недостатком извес 1 ной системыявляется низкая точность,Целью изобретения являешься повышение точности системы.Поставленная цель достигается5тем, что в системе оптимального управления объектами второго порядкаустановлены четвертый, пятый ключи,второй координатный преобразователь,первый вход ко 1 орого соединен с пер" т 0вым выходом второго триггера, второй и третий входы - с первым и вторым выходами объекта соответственно,а первый выход, подключенный ко второму входу схемы установки начальных дусловий и второй выход - соответственно с первыми входами четвертогои пятого ключей, соединенных своимивторыми входами с первым и вторымвыходами объекта, управляющими входами - с первым выходом первого т риггера, а выходами - соотве 1 ственно -с четвертым и пятым входами моделиобъекта,На Фиг.1 представлена блок-схема системы оптимального управления Объектами второго порядка; на Фиг.2 - оптимальные линии переключения.Система оптимального управления объектами второго порядка содердит модель объекта 1, первый вход которой соединен с выходом схемы сброса 2, второй и т ретий входы с выходами первого 3 и второго,1 ключей, а первый и второй выходы - соответственно с входами первого 5 и второго б блоков сравнения, выходы которого подключены ко входам первого элемента И 7, соединенного своим выходом с одним из входов второго эле 40 мен 1 а И 8 и счетным входом первого триггера 9, первый выход которого соединен с управляющими входами первого 3 и третьего 10 ключей, второй выход - с управляющим входом второго ключа М, подключенного входом ко входу первого ключа 3 и второму выходу второго триггера 11, счетный вход которого соединен с выходом вто- рого элемента И 8, первый выход - с 50 одним из входов блока эквивалентность 12, первым входом первого координатного Преобразователя 13 и через тре 1 ий ключ 10 со входом объекта 11, второй выход ко 1 орого соединен с третьим входом первого координатного преобразователя 13, подключенного вторым входом к первому входу объекта 1 ч, входу схемы установки начальных условий 15Одним из выходовкоторой соединен со вторым входомтретьего ключа 10, второй выход - совторыми входами первого 9, второго 1триггеров и вторым входом третьеготриггера 16, Нервый выход которогоподключен ко второму входу блока эквивалентность. 12, соединенному своимвыходом со входом схемы сброса 2,второй вход которого подключен к выходу второго блока сравнения б приэтом первый вход второго координатного преобразователя 17-соединен спервым выходом второго триггера 11,второй и третий входы - с первым ивторым выходами объекта, 11 соответственноо, а первый выход, подключенный ко второму входу схемы установки начальных условий 15, и второйвыход - соответственно с первымивходами четвертого 18 и пятого 19ключей, подключенных своими вторымивходами к первому и второму выходамобъекта 11, управляющими входамик первому выходу первого триггера 9,а выходами - соответственно к четвертому и пятому входам моделиобъекта 1 тт,На Фиг,2 представлены оптимальные по быстродействию и расходу топлива линии переключения, где приняты следующие обозначения О 001.,РОООРИО, РОР- линии переключения при наличии и отсутствиизапаздывания в управлении, Х (с)и Х - координаты объекта,м мХ(Ф) и Х(М) - координаты модели. Для релейных неколебательных систем второго порядка оптимальными,в смысле, критерия т3=( о+ К)дС,где Ц - управляемое воздействие, ограниченное условием111 сстОТ - не Фиксировано,который учитывает расход рабочеготела (топлива) и длительность процесса, будут последовательности управленияОттср ООтттст или Отттт О Отттсигде 0 ст,- максимальное значение управляющего воздействия. При этом управляющее устройство, синтезирующееоптимальное управление в Функциифазовых переменных и чистого временного запаздывания в координатах должно реализовать нелинейный закон уп5 920634равления, определяемый на фазовойплоскости уравнениями двух линий переключения. При этом для исключениянеобходимости использования блокапостоянного или регулируемого запаздывания, носящего дополнительнуюпогрешность в решении, целесообразно воспроизводить линии переключения в преобразованных координатахсоответственно для первой кривой 0ХХу ХХ и ХХ, ХХ для второй.При этом обе линии переключения впреобразованных координатах оказываются подобны друг другу, отличаясь 15лишь коэффициентом К,значение которого постоянно, то оказывается возможным для построения указанных линий в преобразованных координатахиспользовать модель, многократно и 20в "быстром времени" реализующую уравнение движения объек 1 а.Устройство функционирует следующим образом.Схема установки начальных условий 15 при отключении значений коор.динаты Хот нулевых производит начальную установку триггеров 9, 11 и 16 и подключение ключа 1 О, причем состояние триггеров 11 и 16 опреде- з 0ляется так, что ц =00 =-1 пХ . Тем самым выбирается оптимальное значение управляющего воздействие на первом интервале (участке АВ траектории фиг.2). Поскольку триггер 9 имеет в данном случае фиксированное состояние О, 1, то ключи 18 и 19 открыты для прохождения сигналов с координатного преобразователя 13, а управляющее воздействие с триггера 11 40 через ключ 1 О поступает на вход объекта управления, вызывая изменение фазовых переменных ХФ),ХМ .Последние через координатный преобразователь 13, принимая значения Х+), Х (+) (или Х " В), Х И) в зависимостй от знака 005), клЮчи 18 и 19 как начальные условия поступают в ускоренную модель, режим работы которой определяется схемой сброса 2 в зависимости от сигналов с блока сравнения 6 и логического блока эквивалентность 12,45 50 Так как состояние триггеров 11 и 16 одинаковы, то блок эквивалент 55 ность 12 выдае сигнал 1 и. схема сброса 2 включает модель 1 в режимнамики объекта в преобразованных координатах с коэффициентом подобия Кпри возбужденнои ключе 3. На входмодели поступает управляющее воздействие 0 п=-О через один из ключей 3или 4, а при указанном начальном гсостоянии "0,1" триггеры 9 возбужденным оказывается ключ 3 и управляющее воздействие поступает на входмодели 1, Ключи 3 и 4 обеспечиваютпооцередную подачу управляющего воздействия О которое может быть, всоответствии со схемным решениемлибо +ОЙДО, либо - О, так как сигнал снимается с выхода триггера управления. При достижении координатымодели Хзначения равного нуля блокЩсравнения 6 вырабатывает сигнал, поступающий на логический блок И 7 исхему сброса 6. Последняя "сбрасывает" модель в исходное состояние, прикотором текущие значения преобразо 4ванных координат объекта вводятсяв модель как начальные условия. После чего модель, ввиду изменившегосяпосле введения ненулевых начальныхусловий состояния блока сравнения 6,а значит и 2, вновь включается в режим "Решение",Этот процесс продолжается до техпор, пока не выполнится условиеХ"4 =Х 4 =О. При этом фазоваятраектория модели совпадает с однойиз кривых, 0 или Ь О и сигналыблоков сравнения 5 и б через логический И 7 изменяют состояние триггера 9, делая его "1,0". Последнийотключает ключи 10 и 3, открываетключи 18 и 19 для прохождения сигналов с координатного преобразователя 17, включает ключ 4-, устанавливаятем самым значение управления на входе объектаОь =О и изменяя вход ускорений модели. 1Теперь в режиме "Решение" управляющее воздействие модели, по-прежнему равное Ощ - -Опоступает через ключ 4 на вход модели, в результате чего модель решает, уравнения динамики объекта в преобразованных координатах с коэффициентом подобия К=1 и на фазовой плоскости строятся траектории, подобные кривым Р О и Р О и ис 1ходящие из точек траектории движения объекта.При выполнении условия ХИ) = =ХИ)=0, что указывает на совпадение фазовой траектории модели с одной из7 9206 кривых переключения Р О и Р, О, сигналы с блоков сравнения 5 и 6 через логический блок И 7 поступаю на логический блок ,И 8 и счетный вход триггера 9. Последний изменяет свое состояние "1,0" при котором сигналы с блока 7 через блок 8 могут поступатьь на счетный вход триггера управления объектом 11, изменяя его состояние. Изменение в данном случае ю состояния триггеров 9 и 11 приводит к изменению знака управляющего возлейст вия ч. Тем саиым реализуется требуемый оптимальный алгоритм управления, состоящий как в определе нии релейного управления нужного знака, так и замене им предыдущего нулевого управления.Ввиду различных состояний т риггеров 11 и 16, блок 12 реализующий ло- ц гическую функцию эквивалентность, имеет на выходе сигнал "0", и схема сброса отключает модель от периодического режима Решение", переводя в режим "Задание начальных условий", д Наконец при достижении преобразованной координатой Х . Х, заданного нулевого значения схемы 15 отключает ключ 10, что соответствует упрежден- ному на время запаздывания отключению зо управления объек 1 а, обеспечивающему сохранение сколь угодно долго заданного конечного состояния Х =Х=0,Результаты исследований, проделанных на макете предлагаемой системы,показали, чо по сравнению с известным удалось повысить 1 очность реализации процесса управления на 20/.Формула изобретенияСистема оптимального управленияооъектами второго порядка по авт.св.Ю 813359, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения точности системы, в ней установлены четвертыйй, пятый ключи, второй координа 1 ный преобразователь, первый входкоторого соединен с первым выходомвторого триггера, второй и третийвходы - с первым и вторым выходамиобъекта соответственно, а первый выход, подключенный к второму входусхемы установки начальных условий,и второй выход - соответственно спервыми входами четвертого и пятогоключей, соединенных своими вторымивходами с первым и вторым выходамиобъекта, управляющими входами - спервым выходом первого триггера, авыходами - соот ветст венно - с четвертымм и пятым входами модели объекта,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР 11 813359, кл.05 В 13/02, 1980 (прототип).