Квазиоптимальный регулятор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 801164664 А 4(51) С 05 В 13/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИВ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Александровский П,М. Элементы теории оптимальных систем автоматического управления. М Наука, 1969, с. 120.Труды.МЭИ, М., т. 9, 1965, с. 82-102Авторское свидетельство СССР, В 646308, кл. С 05 В 17/00, 1978 (прототип).(54)(57). КВАЗИОПТИМАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР,содержащий блок задания, логический.блок, блок синхронизации, последовательно соединенные блок задания на-чальных условий, подключенный выходомк входу ключевого элемента, и И кайалов, каждый из которых имеет источник постоянного напряжения, блок вычисления критерия оптимальности ипоследовательно соединенные модельрегулятора, первый ключ и модельобъекта, подключенная входом к выхо- .ду второго ключа, первый, второйи третий выходы блока синхронизациисоединены соответственно. с управляющим входом ключевого элемента,управляющими входами первых ключейи управляющими входами вторых ключей, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности,он содержит первый и второй инверс-;ные ключи, блок умножения на два,а в каждом из И каналов - блок вычитания, третий ключ и последовательно соединенные инвертор и сумматор, подключенный выходом к входу второго ключа, вход инвертора соединен с выходом источника. постоянного нап-, ряжения, выход модели объекта соединен с первым входом блока вычитания, подключенного. выходом к первому входу блока вычисления критерия оптимальности и первому входу модели регулятора, выход первого инверсного ключа соединен с вторыми входами. блоков вычитания, выход логическогоблока йодключен к вторымвходам сумматоров, выходы блоков вычисления критерия оптимальности черезЪиф третьи ключи соединены с первыми входами логического блока, вторые . входы которого подключены к выходам С источников постоянного напряжения, выход блока задания начальных условий через второй инверсный ключ соединен с вторыми входами моделей регулятора и вторыми входами блока вычисления критерия Оптимальности, первый выход блока синхронизации р соединен с управляющими входами первого и второго инверсных ключей, четвертый выход блока синхронизации соединен с третьими входами блоков вычисления критерия оптимальности и управляющими входами третьих ключей,вход блока задания начальных условий подключен квходам первого инверсного ключа и блока синхронизации, выход ключевого элемента через блок умножения на два соединен с управляющими входами моделей объекта.1164664 Изобретение относится к автоматйке и может быть использовано при управлении динамическими объектами.Цель изобретения - повышение точности регулятора путем учета возмущений, действующих на объект управле ния.не только к моменту начала интер вала решения задачи выбора управляющего воздействия в виде начальных условий с объекта, но и тех возмущений, которые действуют на объект управления в течение решения задачи выбора управляющего воздействия.На фиг. 1 изображена структурная схема регулятора; на фиг. 2-7 - соответственно блок задания начальных условий, модель объекта управления, модель регулятора, блок вычисления критерия оптимальности, логический блок, блок синхронизации.Квазиоптимальный регулятор (фиг. 1) состоит из объекта 1 регулирования, блока 2 задания начальных условий, моделей 3 объекта, моделей 4 регулятора, блоков 5 вычисления критерия оптимальности, логи- ческого блока 6, блока 7:синхронизации, источников 8 постоянного напряжения, ключевого элемента 9, вторых 10 и первых 11 ключей, задатчика 12 выходной величины, сумматоров 13, блоков 14 вычитания, блока 1 умножения,на два, инверторов 16, третьй ключей 17 и первого 18 и второго 19 инверсных ключей (отличие инверсного ключа от обычного заключается в том, что при подаче сигнала с блока синхронизации на обычный ключ, он замыкается, а инверсный размыкается) .Блок задания начальных условий (фиг. 2) имеет три (в случае трехмерной размерности вектора. фазовых координат) параллельно соединенных регистра 20-22 с потенциальными выходами.Модель объекта управления(фиг3) для объекта второго порядка включает в себя операционные усилители 23 и 24, имеющие дополнительные входы для записи начальных условий Х и основные входы Ч логические элементь 1 И-НЕ 25 и 26, логическиеэлементы И 27 и 28, конденсаторы 29 и 30 и активные сопротивления 31-33.Один из вариантов модели регулятора в случае трехмерного вектора фазовых координат представленна фиг. 4, Она имеет два общихвхода Х и У, выход с и включает в себя инверторы 34-36, суммато 5 ры 37-39, блоки 40-42 умноженияна постоянную величину и сумматоры 43 и 44.Блок вычитания среднеквадратичного критерия оптимальности (фиг.5)для трехмерного вектора координатимеет два общих входа Х , У и 1,дч Уобщий выход 2 и состоит из логикческих элементов И-НЕ 45-50, инверторов 51-53, сумматоров 54-56, блоков 57"59 умножения, сумматоров 60и 61 и интегратора 62,Логический блок в случае трехканального регулятора представленна фиг. б. Он имеет две группы обЩ щих входов 2 , 2 , 2 з и Ч Чк, Чз,общий выход Ч и состоит из компараторов 63 и 64, настроенных на выделение минимального иэ двух сравниваемых сигналов, инвертора 65-68,сумматоров 69-72, логических элементов И-НЕ 73-76, логических элементов И 77-79, логического элемента ИЛИ 80 и выходного регистра 81,30 Блок синхронизации (фиг, 7),содержащийся в квазиоптимальном ре 5гуляторе и служащий для выдачи командх на соответствующие ключи в определенные моменты времени, может работать по жесткой программе и состоять из источника 82 постоянногонапряжения, ключа 83, ждущих блокинг-генераторов 84-87, выход предыдущего из них идет на запуск40 последующего.Квазиоптимальный регулятор работает сЛедующим образом,В начальный момент времени припоявлении сигнала рассогласования45 с выхода объекта управления запускается блок синхронизации и выдаетсигнал на первыи выход, при этомключевой элемент 9 замыкается, все, ключи разомкнуты, тем самым сигнал,5 О соответствующий начальным условиям,проходя через блок 15 и увеличиваясь в два раза поступает на входмодели 3, После задания начальныхусловий блок 7 синхронизации вы 55 дает сигнал на ключ 10 и снимаетсигналы с ключевого элемента 9 иключей 18 и 19, При этом ключевойэлемент 9 размыкается, а инверсныемальности, при этом инверсные ключи 18 и 19 находятся в замкнутом состоянии, а ключи 10 и 11 - в разомкнутом состоянии. Через открытый ключ 7 сигнал с блока 5 вычисления критерия оптимальности поступает на вход логического блока 6, куда подаются также сигналы с источников 8 постоянного напряжения и блоков вычисления критерия оптимальности всех имеющихся каналов квазиоптимального регулятора. В логическом блоке 6 происходит выбор управляющего воздействия, соответствующего минимальному значению функционала.В модели объекта управления после, открьпия ключа 10 по сигналу с блока синхронизации квазиоптимального ре 20 гулятора на ее вход поступает сигнал Ч, который закрывает логические элементы И 27 и 28, При этом усилители с заданными начальными условиями, предварительно охваченные обратными связями через активные сопротивления 31,и 32, становятся охваченными емкостными обратными связями и начинают интегрировать входные сигналы. Так модель переходит в режим решения, По мере решения задачи прогноза выходные параметры модели снимаются с выходов интеграторов,В модели регулятора составляю" щие сигнала У проходят через ин-верторы 34-36 и суммируются в сумматорах 37-39 с соответствующими составляющими сигнала Х . Сигналы на выходах сумматоров, проходя через блоки умножения на постоянную величину, выбранную заранее для каждого блока и жестко зафиксированную в нем, суммируются.В блоке вычисления критерия оптимальности при поступлении на его вход сигнапов У и Х их, составляЬ-щие проходят через соответствующие логические элементы И-НЕ, далее составляющие сигнала Хж проходят через инверторы и суммируются с составляющими У . Затем полученные составляющие в блоках умножения возводятся в квадрат, эти результирующие сигнапы суммируются и общий результирующий сигнал поступает на интегратор. С целью обеспечения точности работы блока вычисления критерия оптимальности до начала прогз 1164664., 4ключи 18 и 19 замыкаются, Послезамыкания ключа 10 сигнал 7 с блока 8 постоянного напряжения черезинвертор 16 поступает на сумматор 13,где складывается с сигналом управления, поданным в данный моментна объект 1 управления. С сумматора 13 сигнал управления поступаетна вход модели 3. Модель 3 переходитв режим решения. Выходной сигналс модели в блоке 14 вычитания постоянно сравнивается с выходным сигналом объекта 1 управления, которыйпроходит через открытый ключ 18,По истечении заданного времени, ко- цторое выбирается в зависимости отнеобходимого времени прогноза фазовых координат, ключ 11 замыкается,.в замкнутом состоянии остаются инверсные ключи 18 и 19, остальныеключи разомкнуты, на вход модели 3объекта через модель 4 регуляторапоступает сигнал, равный разностисигналов с выхода модели и объектауправления, на другой вход моделирегулятора поступает сигнал, соответствующий желаемому значению выходной величины. Все это время,начиная от начала прогноза до концапереходного процесса в модели 3 ЗОобъекта, замкнутой моделью регуля"тора блоки 5 вычисления критерияоптимальности вырабатывают сигналы,соответствующие значению функционала от фазовых координат, которыйучитывает. действие возмущений наобъект управления в период выборауправляющего воздействия, за счеттого, что в блоке 14 вычитанияпроисходит сравнение сигналов с выхода объекта 1 и выхода модели, приусловии, что на модель 3 подаетсясигнал управления, представляющийсобой сумму прогнозируемого сигналауправления и сигнала, поданногов данный момент на объект 1 управления. Функционалом может бытьсреднеквадратичный показатель качества от рассогласования текущих .координат процесса и желаемых,поступающих;с эадатчика 12 выходнойвеличины в блок 5 вычисления критерия оптимальности. По истечениисреднего времени переходного процесса сигнал с четвертого выходаблока 7 синхронизации замыкаетключ 17 и подает блокирующий сигналв блок 5 вычисления критерия опти1164664 элементов, на вход которого поступил нулевой сигнал, будет выходной сигнал, а на другом логическом элемен- те, куда пришли оба нулевых сигнала выходной сигнал будет нулевым. Вход логического элемента 73, соответст-.вующего значению функционала по управлению Ч , поступает на один из входов логического элемента И, на 1 О вход которого поступает первыйпрогнозируемый сигнал Ч . Выход логического элемента 74, соответствующего значению функционала по управлению Ч , поступает на один иэ вхо дов логического элемента И 78, надругой вход которого поступает второй прогнозируемый сигнал ЧПо этому же принципу сравниваются сигналы Е и минимальныи из Е и Е 20 затем устанавливается с помощью логических схем 77-79 однозначное соответствие минимального значения функционала и его управления. Выбранный сигнал управления, проходя25 через логический элемент ИЛИ 80,запоминается в регистре 81 с потеницальным выходом. ноза в моделях 3 объекта ключи 18 и 19 закрывают вход этого блока. Затем, когда переходные процессы в моделях 3 прекращаются по сигналу 1 с четвертого выхода блока 7 синхронизации, закрываются логические элементы И-НЕ, а на интегратор 62 поступает сигнал для списывания информации и приведения его в исходное положение.В логический блок на его входы поступают прогнозируемые сигналы управления Ч , Ч , Ч и соответствующие им полученные в блоках вычисления критерия оптимальности значе" ния функционалов Е, Е , Е , Задачей логического блока является выбор и подача на вход управляющего воздействия, соответствующего минимальному значению функционала, полученного при анализе движения модели объекта под действием этого управляющего воздействия. Для этого сигналы 2 и 2 проходят через компаратор,настроенный на выделение минимального сигнала, а также подаются через инверторы 65 и 66 на входы сумматоров 69 и 70, где складываются с минимальным из двух сигналов 2 или Е который снимается с компаратора 63. ЗО В итоге на выходе одного из сумматоров обязательно должен получиться ноль, а на другом каком-то сигнал, На вторые входы логических элементов И-НЕ 73 и 74 подан минимальный из двух сигналов Е или Е с компа-, ратора 63, на одном из логических С выхода ,логического элемента сигнал управления, выбранный в данном цикле решения задачи прогноза, поступает на вход объекта управления, стремясь свести к нулю возникшее рассогласование с более высокой степенью точности. В дальнейшем цикл работы квазиоптимального регулятора повторяется.1164664 и Тирам 863 П твенного комитета С бретений и открытий Ж, Раушская наб каз 4185/43 ВНИИПИ Государ по делам из 113035, Москва