Адаптивная система управления

Изобретение относится к автоматиЧеским самонастраивающимся системам у)правления и может быть использовано ори построении адаптивных систем уп равления с компенсацией контроли руемых и неконтролируемых возмущений,Цель изобретенияповышение точно сти и быстродействия.На фиг,1 представлена функциональ 10 я схема системы управления; на г.2функциональная схема суббло к блока оптимального управления; наг,З функциональная схема блока у равления; на фиг,4 блок коррек 15 и аппроксиматора,Система управления содержит ис точник 1 опорного сигнала, сумматор 2, исполнительный орган 3, объект 4 у равления, датчик 5, блок 6 полосов х фильтров, блок 7 оптимального у равления, блок 8 управления такто в й частотой и цифроаналоговый пре о разователь.9,Субблок блока 7 оптимального уп рвления фиг.2) содержит элементы 10 и 11 сравнения, интегратор 12, усилитель 13, аналого-цифровой прео разователь 14, коммутатор 15, элем нт 16 памяти, блок 17 аппроксима ц и, блок 18 прогнозирования, зле м нты 19-22 памяти, коммутаторы 23 2 , блок 26 коррекции аппроксиматора, б ок 27 сравнения, элемент 28 пам ти, блок 29 сравнения и элемент 30.35 з держки.Блок 17 аппроксимации содержит с бтракторы 31, сумматор 32, элемент 3 деления, сумматор-субтрактор 34,Блок 8 управления тактовой часто 40 той (фиг.З) содержит элемент ИЛИ 35, источник 36 опорного напряжения, ком мутатор 37, первый сумматор 38, ис" точник 39 опорного напряжения, элемент 40 сравнения, блок 41 коммута тдров, дифференциальный усилитель 42, второй сумматор 43 н управляемый генератор 44 частоты,Блок 26 коррекции аппроксиматора (фиг.4) содержит элементы 4548, эле манты И 49, элементы ИЛИ 50, ревер сь 1 вный счетчик 51, первый элемент 52 памяти, субтракторы 53 55, пятый зле мант 56 сравнения, коммутаторы 57 и 58, элемент 59 сравнения, коммутато ры 60 и 61, седьмой элемент 62 срав нения и второй элемент 63 памяти,Система управления работает сле дУющим образом,На объект 4 управления действуетвходное воздействие Е, задаваемое источником 1 опорного сигнала и передаваемое через сумматор 2 и исполнительный орган 3, и неконтролируемая с неизвестным законом изменения,помеха Г. Результатом воздействиявеличин Е и Р на объект 4 управленияявляется выходная величина У, которая поступает на вход датчика 5. Преобразованная датчиком 5 информация овеличине 7 поступает на вход блока 6полосовых фильтров, разбивающих суммарный сигнал на Б спектральных составляющих, количество которых определяется конкретными условиями эксплуатации системы управления, И частотных составляющих с выходов блока6 полосовых фильтров подаются на входы отдельных субблоков:71,7 Л,блока 7 оптимального управления.Субблоки:71,7,Н, анализируя характер изменения выходной величины У,прогнозируют ее поведение на несколько тактов работы схемы вперед. В случае приближения величины 7 к однойиз границ поля допуска вырабатываетсякоманда, поступающая на вход блока 8управления тактовой частотой, который увеличивает тактовую частоту, повышая быстродействие системы управления, Когда спрогнознрованное в блоке7 оптимального управления значениевеличины У выходит за границу полядопуска, блоком 7 вырабатывается команда, подаваемая в цифроаналоговыйпреобразователь 9 с таким расчетом,чтобы, учитывая инерционность последующих блоков, корректирующее воздействие дошло до объекта 4 управления к такту, предыдущему такту выхода величины У за пределы допуска,На выходе цифроаналогового преобразователя 9 формируется корректирующая величина Х , поступающая на входсумматора 2, образуя на его выходесигнал Е= Х+ Хкоторый, поступая на вход исполнительного органа3, образует сигнал Е, поступающийна вход объекта 4 управления и отводящий величину У от границы поля допуска,Сигналы с выходов блока 6 полосовых фильтров поступают на входы блока 7 оптимального управления. В каждом отдельном блоке.717,0 сигнал поступает на элемент 10 сравнения, где из него вычитается выходной5 6567сигнал интегратора 12 о среднем эначении величины входного к блоку 10сигналаВыходной сигнал элемента 10сравнения поступает на вход интегратора 12. От интегратора сигнал .посту 5пает на вход элемента 11 сравнения,где вычитается из начального сигнала.На выходе элемента 11 сравнения получается информация об отклонении1 Осигнала блока 6 от средней величины,т,ечистый переменный сигнал, В случае, если этот субблок блока 7 обрабатывает постоянную составляющуюсуммарного сигнала элементы 0-12 внем отсутствуют.От элемента 1 сигнал поступает вусилитель 13, где приводится к необходимому масштабу. После этого, отмасштабированный сигнал поступает в 20аналого-цифровой преобразователь 14,одновременно сигналы от усилителей13 всех субблоков блока 7 оптимального управления поступают в сумматор38 блока 8С выхода аналого-цифрового преобразователя 14 сигнал поступает в коммутатор 15, тактируемый отблока 8 управления тактовой частотой,От коммутатора 15 информация поступает в элемент 29 сравнения, элемент 3016 памяти, блок 18 прогнозирования иблок 26 коррекции аппроксиматора,Элемент памяти запоминает поступившее в него число, одновременно с записанными ранее,На фиг,2 представлен случай, ког 35да элемент 16 памяти хранит 5 чисел,Работа элемента 16 памяти тактируется сигналами от блока 8 управлениятактовой частотой. Числа из элемента16 памяти поступают в блок 17 аппроксимации,где субтракторы 311 314,количество которых определяется количеством чисел в элементе 16 памяти,вычисляют разницу между соседнимичислами, а сумматор 32 элемента 33деления вычисляет среднее значениеразницы в этих числах, Сумматор-субтрактор 34 прибавляет или вычитаетиз этого среднего значения число, 50задаваемое блоком 26 коррекции аппроксиматора, Это скорректированноесреднее значение поступает в блок 18прогнозирования, где в сумматорахприбавляется несколько раз к измеренному текущему значению, поступающему от коммутатора 5, образуя несколько прогнозов на последующие такты (на фиг2 представлен случай, ког 5 6да формируются 4 прогноза)Эти п,.огнозы поступают в элемент 19 памяти.Одновременно один из прогнозов (какой именно - зависит от инерци 1 нностиобъекта управления) поступает в элемент 27 сравнения, Из элемента 9ближайший прогноз поступает в блок 26коррекции аппроксиматора.При поступлении тактового импульса в коммутатор 23 эти прогнозы перейдут в элемент 20 памяти, затемчерез коммутатор 24 - в элемент 21памяти, затем в элемент 22 памяти,а предыдущие элементы памяти заполняются новыми прогнозаьп, Первыйпрогноз из элемента 19, второй изэлемента 20, третий из элемента 21и четвертый из элемента 22 поступаютв блок 26 коррекции аппроксиматора.Таким образом, в блок 26 поступаютпрогнозы, относящиеся к одному и тому же такту.В блоке 26 коррекции аппроксиматора (фиг4) прогнозы поступают вэлементы 45-48 сравнения и в субтракторы 53-55, В элементах сравнения прогнозы сравниваются с измеренным текущим значением, поступающимот коммутатора 15. Результаты сравнения поступают в элементы И 49 иИЛИ 50, В случаях, если все прогнозыбольше или все прогнозы меньше текущего значения, срабатывает один изэтих блоков, посылая импульс в реверсивный счетчик 51, который прибавляет либо вычитает ециницу из числа, которое посылается для коррекциив блок 17 аппроксимации. Элемент 52памяти служит для установки знакаэтого числа, В субтракторах 53-55вычисляется разница между прогнозами.Результаты двух вычислений поступаютв элемент 56 сравнения. В зависимости от результата сравнения подаетсясигнал на коммутатор 57 или 58, через который проходит максимальнаянз двух величин разница между прогнозами,Аналогично выбирается максимальная величина из результата промежуточного сравнения и результата третьего вычитания субтрактора 55 прнпомощи элемента 59 сравнения и коммутаторов 60 и 61Максимальная разница между прогнозами поступает наэлемент 62 сравнения, где сравнивается с величиной, записанной в элементе 63 памяти. Если разница в про 1 б)5675гнозах превышает эту величину, то отэлемента 62 сравнения поступает сигнал в элемент ИЛИ 35 блока:8Поступивший в элемент 27 сравнения прогноз сравнивается с числом изэлемента 28 памяти и, в случае превышения его посылается сигнал в элемент30 задержки, Туда же подключен выходот элемента 29 сравнения, где сравнивается число из элемента 28 памятии измеренное текущее значение от коммутатора 15В элементе 30 задержки,по поступлении входного импульса,отсчитав количество тактовых импульсов, определяемое глубиной прогнозирования и запаздыванием в объектеуправления, блок формирует на выходе, сигнал управления,Сигналы от элементов 30 задержкиблоков оптимального управления по,ступают в цифроаналоговый преобразо,ватель 9, на выходе которого формируется сигнал Х, поступающий в сумматор 2Сигналы, поступившие в сумматор,38 и в элемент ИЛИ 35 (Фиг,З) блока8, служат для управления частотойследования гактирующих импульсов,При попадании одного из входных сигналов в элемент ИЛИ 35 сигнал с еговыхода поступает на вход коммутатора37, разрешая прохождение сигнала отисточника Зб опорного напряжения навход сумматора 43, увеличивая напряжение на входе управляемого генератора 44, и, соответственно, его час"тоту генерирования,Напряжения, поступающие на вход сумматора 38, складываются и поступают на вход элемента 40 сравнения и на вход блока 41 коммутаторов, В элементе 40 сравнения это напряжение сравнивается с сигналом от источника 39 опорного напряжения, который также поступает на блок 47 коммутаторов. Элемент 40 сравнения в зави" симости от соотношения входных вели" чин производит переключение блока 41 коммутаторов так, что при поступлении этих величин на дифференциаль ный усилитель 42, на его выходе обра". -уется напряжение, пропорциональное Модулю разности входных к блоку 40 Величин. Это напряжение поступает на сумматор 43 и далее на управляемый генератор 44, управляя его частотой генерирования5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Формула изобретения.1Адаптивная система управления,содержащая последовательно соединенные сумматор, исполнительный орган,объект управления, датчик, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с цельюповышения точности, введены источникопорного сигнала, блок полосовыхфильтров, блок оптимального управления, блок управления тактовой частотой и цифроаналоговый преобразователь, выход источника опорного сигнала соединен с первым входом сумматора, к второму входу которого подключен выход цифроаналогового преобразователя, группа входов которого соединена с группой выходов блока оптимального управления, первая группаинформационных входов которого соединена с выходами блока полосовыхфильтров, вход которого соединен свыходом датчика, вторая и третьягруппы информационных выходов блокаоптимального управления соединены соответственно с входом разрешениякоррекции чатоты и информационнымвходом блока управления тактовой частотой, подключенного выходом к тактовому входу блока оптимального управления,:2 Система по.п,1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что блок управления тактовой частотой содержит два цилиндра, два источника опорного напряжения, элемент сравнения, блок коммутаторов, дифференциальный усилитель, коммутатор, э;емент ИЛИ и управляемый генератор частоты, выход первого сумматора соединен с входом элемента сравнения, а также с первым и третьим информационными входами блока коммутаторов, подключенного вторым и четвертым информационными вхо дами к выходу первого источника опор ного напряжения и второму вхоу элемента сравнения, выход которого соединен с управляющим входом блока коммутаторов, подключенного первым и четвертым выходами к первому, а вторым и третьим выходами - к второму входам дифференциального усилителя, выход которого через второй сумматор соединен с вхсдом управляемого гене ратора частоты, выход элемента ИЛИ подключен к управляющему входу коммутатора, соединенного информационным1615675 1 О 15 20 25 ЗО 35 50 55 входом с выходом второго источника -- опорного напряжения, а выходом - с вторым входом второго сумматора, входы первого сумматора и элемента ИЛИ являются соответственно инфор мационным входом и входом разрешения коррекции частоты, а выход управляемого генератора .частоты - выходом блока управления тактовой частотой,.3. Система по.п,1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок оптимального управления состоит из субблоков, каждый из которых содержит четыре элемента сравнения, шесть элементов памяти, четыре коммутатора, интегра тор, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, элемент задержки, блок аппроксимации, блок прогнозирования и блок коррекции аппроксиматора, выход первого элемента сравнения через последовательно соединенные генератор, второй элемент сравнения, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, первый коммутатор, первый элемент памяти, блок аппроксимации, блок прогнозирования, второй элемент памяти, второй коммутатор, третий элемент памяти, третий коммутатор, четвертый элемент памяти, четвертый коммутатор, подключен к адресному входу пятого элемента памяти, выход первого коммутатора соединен с вторым информационным входом блока прогнозирования и первым входом блока коррекции аппроксиматора, входы ко торого с второго по пятый подключены к выходам соответственно элементов памяти с второго по пятый, а первый информационный выход - к второму информационному входу блоков аппрокси мации, выход шестого элемента памяти соединен через третий элемент сравнения с входом элемента задержки, подключенного вторым входом к выходу четвертого элемента сравнения, первый и второй входы которого соединены со" ответственно с выходом первого коммутатора и с входом третьего элемен" та сравнения, подключенного вторым входом к выходу блока прогнозирова ния, вход первого элемента сравнения соединен с вторым входом второго элемента сравнения, подключенного первым входом к второму входу первого элемента сравнения, тактовый вход блока оптимального управления соединен с управляющими входами коммутаторов субблоков, входы первых элементов сравнения субблоков обр- зуют группу информационных входов блока оптимального управления, выходы элементов задержки субблоков образуют первую группу информационных выходов блока оптимального управления, выходы усилителей его вторую группу информационных выходов, а выходы блоков коррекции аппроксимато ра - третью группу информационных выходов.4. Система по и.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок коррекции апцроксиматора содержит семь элемен тов сравнения, три субтрактора, четыре коммутатора, два элемента памяти, элемент И, элемент ИЛИ, и ревер" сивный счетчик, первый вход блока коррекции аппроксиматора соединен с первыми входами элементов сравнения с первого по четвертый, вторые входы которых подключены к входам блока коррекции апроксиматора со второго по пятый, а выходы - к входам элемента И и элемента ИЛИ, соединенных выходами с входами реверсивного счетчика, первые входы субтракторов с первого по третий подключены соответственно к вторым входам элементов сравнения с третьего по первый, вы ход первого субтрактора соединен с информационным входом первого коммутатора и первым входом пятого элемен та сравнения подключенного вторым входом к выходу второго субтрактора и информационному входу второго коммутатора, а выходом - к управляющим входам первого и второго коммутато 54045 тора, подключенного информационным ров, выходы которых соединены с первым входом шестого элемента сравнения и через третий коммутаторспервым входом седьмого элемента сравнения и выходом четвертого коммутавходом к выходу третьего субтрактораи второму входу шестого элементасравнения, выход которого соединен суправляющими входами третьего и чет вертого коммутаторов, выходы реверсивного счетчика за исключением старшего разряда являются значащими разрядами первого выхода блока коррекции аппроксиматора, старший разрядвыхода реверсивного счетчика черезпервый элемент памяти подключен кзнаковому разряду первого выходаблока коррекции аппроксиматора, выходвторого элемента памяти соединен сторым входом седьмого элемента сравения, выход которого является вто рым выходом блока коррекции аппроксиматора,Э1615675 Фиг.1 АШандор ахов к 86 Подписное ака НИИПИ сударственного 113035, но-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 роизводс оставитель:В,ехред М дидьис Тираж 662митета по изобресква, Ж, Рауш киров Корректор :ЭаЛо ениям и открытиям пркая наб., д. 4/5