Система оптимального управления с моделью объектами второго порядка

Соеэ СоветскмкСоцмалнстнческнкРеспублик АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 17,0 З.8021) 2893724/18 24 05 В 13/О соединением заяви 3 Ъеударстееикый кемите СССР ло делам изебретеииЯ и вткрытиЯ)УЯ бликовано 07, 12,81, Бюллетень М 45 та опубликования описания 10.12.81 2-5 8.8 2) Авторыизобретения М. Синеглаэов ума чеико Киевский орденам. 50-летия В И) Заявит кой равол 4) СИСТЕМА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ С МОДЕЛЪЮ ОБЪЕКТАМИ ВТОРОГО ПОРЯДК атичес ачено для о вию управлен ческими объе метрами и м равленияэпичны ми эобретение относится к систем ого управления, предназптимального по быстродейстия колебательными динамиктами с переменными параожет быть использовано дляетательными аппаратами иехнологическими процесса миИзвестны системы оптимального управления 113, позволяющие минимизировать время управления динамическими объектами,которые содержат основной контур управления и контур самонастройки. Контур самонастройки содержит настраиваемую модель, блок сравнения, блок управления моделью, триггеры, блок начальных уставок, сумматор и блок эквивалентности.Иэ известных систем наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система оптимального управления объектами второго порядка 2, первый вход модели которой ина политехнический инсй Октябрьской социалист соединен с выходом интегратора, второй вход - с выходом первого триггера,входом первого функционального преобразователя и входом объекта, первый выход которого подключен через блок начальных уставок к установленному входу первого триггера, а также ко входупервого сумматора, второй вход которого соединен с выходом модели, а выход - подключен ко входу блока умноже Ония, второй вход которого соединен свыходом первого функционального цреобраэователя, а выход - со входом интегратора, выход второго функционального преобразователя, соединенного входом со входом первого блока сравнения,через вгорой блок сравнения, соединенс первым входом первого ключа, второйвходкоторого подключен к выходу третьего блока сравнения, первым входам первбго и второго блоков эквивалентности,а выход соединен со входом блока памяти, выход которого подключен ко второму входу первого блока эквивалентности, 8880714 О 45 соединенного выходом с певым входомвторого ключа, второй вход которого подключен к первому входу второго сумматора, на третий вход подается произвольный ненулевой сигнал, а выход подключенко входу нуль-органа, соединенного выходом с первыми входами третьего и четвертого ключей, соединенных вторымивходами с первым и вторым выходамитретьего блока эквивалентности, один вход 1 Окоторого через второй блок эквивалентности поцкйючен, к выходу первого бло-ка сравнения, а второй вход через четвертый блок сравнения подключен к первому выходу объекта и входу четвер 15того блока эквивалентности, второйвход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход - с первым входом пятого ключа, подключенного вторым входом через инвертор ковторому выходу объекта, а выходомко второму входу второго сумматора,выход которого соединен со входом пятого блока сравнения, подключенноговыходами ко входу второго триггера,выход которого соединен со входомтретьего блока сравнения, а установочный вход третьего триггера соединенс установочным входом первого триггера, подключенного входами к выходузотретьего и четвертого ключей,Известная система обладает недостаточной точностью из-эа использованиядля целей прогнозирования аналоговоймодели,Белью изобретения является повыше-ние точности работы системы при сохранении быстродействия.Поставленная цель достигаетмя тем,что в предложенной системе установлены шестой, седьмой ключи, первое ивторое арифметическое устройства АУ)блок вычисления коэффициентов рекуррентных соотношений, аналого-цифровой преобразователь (АБП) первый вход которого соединен с выходом интегратора,второй и третий соответственно - с первым и вторым выходами объекта, четвертый - с выходом второго триггера,а первый выход - со входом блока вычисления коэффициентов рекуррентныхсоотношений первый, второй, третийвыходы которого подключены к соответствуюшим входам первого АУ, четвертый, пятый и шестой выходы - к первому, второму, третьему входам второгоарифметического устройства, соединенного четвертым входом с четвертым входом первого АУ четвертым выходом АБП пятым входом - с выходом шестого ключа, пятым входом первого АУ, шестымвходом - с шестым входом первого АУ,выходом седьмого ключа, подключенногопервым входом ко второму выходу АЦП,вторым входом - к выходу первого АУ,и входам первого блокасравнения и второго функционального преобразователя,третьим входом - к входу нуль-органа,вторым входам третьего и четвертогоключей и третьему входу шестого ключа,первый вход которого соединен с третьимвыходом АБП, а второй вход - с выходом второго АУ и вторым входом второго ключа,На фиг, 1 представлена структурнаясхема системы оптимального управления объектами второго порядка; на фиг, 2 .схема переходного процесса,Система оптимального управленияобъектами второго порядка содержитмодель 1, первый вход которой соединен с выходом интегратора 2, второйвход - с выходом первого триггера 3,входом первого функционального:,. преобразователя 4 и входом объекта 5, первый выход которого подключен черезблок начальных установок 6 к установочному входу триггера 3, ко входу первого сумматора 7, второй вход которого соединен с выходом модели 1, а выход подключен ко входу блока умножения 8, второй вход которого соединенс выходом преобразователя 4, а выход -со входом интегратора 2. Выход второго функционального преобразователя 9,соединенного со входом первого блокасравнения 10, через второй блок сравнения 11 соединен с первым входом первого ключа 12, второй вход которогоподключен к выходу третьего блока сравнения 13, первым входом первого 14и второго 15 блоков эквивалентности,а выход соединен со входом блока памяти16, выход которого подключен ко второму входу блока эквивалентности 14соединенного выходом с первым входомвторого ключа 17, второй вход которого подключен ко входу второго сумматора 18, ва третий вход подается произвольный ненулевой сигнал, а выход подключен ко входу нуль-органа 19, соединенного выходом с первыми входамитретьего 20 и четвертого 21 ключей,соединенных вторыми входами с первыми вторым выходами третьего блока эквивалентности 22, один вход которогочерез второй блок эквивалентности 15подключен к выходу блока сравнения 10,(4 - текущие координаты перво 4 "го и второго АУ,.Система работает следующим образом.Изменение параметров объекта 5 при-водит к появлению на его выходе отклоа второй вход через четвертый блок сравнения 23 подключен к первому выходу объекта 5 и входу четвертого блока эквивалецтности 24, второй вход которого соединенс выходом блока сравнения 10, а выход - 5с первым входом пятого ключа 25, подключенного вторым входом через инвертор 26 ко второму выходу объекта 5, авыходом - ко второму входу сумматора18, выход которого соединен со входом 16пятого блока сравнения 27, подключенного выходами ко входу второго триггера 28, выход которого соединен со входом блока сравнения 13, а установочный вход второго триггера 28 соединен 1 юс установочным входом триггера 3, подключенного входами к выходу третьего20 и четвертого 21 ключей. Первыйвход АЦП 29.соединен с выходом интегратора 2, второй н третий соответственно - с первым и вторым выходами объекта 5, четвертый - с выходомтриггера 28, а первый выход - со входом блока вычисления коэффициентоврекуррентных соотношений 30, первый, ивторой, третий выходы которого подключены к соответствующим входампервого АУ 31, четвертый, пятый, шестой выходы - к первому, втором, третьему входам второго АУ устройства 32, зесоединенного четвертым входом с четвертым входом АУ 31, четвертым вы ходом АБП 29, пятым входом - с вьходом шестого ключа 33, пятым входом АУ 31, шестым входом - с шестымвходом АУ 31, выходом седьмого ключа 34, подключенного первым входомко второму АБП 29, вторым входом -к выходу АУ 31 первому входу ключа17, третьим входом - ко входу преобразователя 9, третьему входу шестогоключа ЗЗ, первый вход которого соединен с третьим выходом АЦП 29, а второй вход - с выходом АУ 31, выходомнуль-органа 19,45На фиг. 2 представлен оптимальныйпо быстродействию переходной процесс,где приняты следующие обозначения: ,Я ),Х - координаты объекта, Х 1, уф -выходные сигналы первого и второго АУсоответственно.Задачей оптимальной по быстродействию системы управления колебательнымиобъектами является формирование последовательности оптимальных управленийвида +О,дХ, -01 + ООИ(илн - ОП 1+Оьщр Оп 1 где ОпХ- максимальноезначейие уйравляюших воздействий какфункции фазовых координат объекта уп 71 Ьравления )(1 И), Х(+ ). При этом система реализует нелинейный закон управления, определенный на фаэовой плоскости уравнением линии переключения. Поскольку кусочно-линейная или кусочно- нелинейная аппроксимация функции переключения сопряжены со значительными погрешностями, то для реализации закона управления могут быть использованы рекуррентные соотношенияХ"=В(Ь)гд (Ь)О. Х", +С 1(Ь) Х, ЭО)-1 ","-С,(Ь)фдад)О В,( )Х 1.Х,СО на основании которых можно реализовать уравнение движения объекта. Коэффициен- ты А 1(Ь), В,(Ь), С, (Ь), А (Ь), В(Ь), С(Д) являются линейными функциями коэффициентов объекта, шага прогнозирования Ь. Когда параметры объекта неизвес зны, то непосредственное построении линии переключения невозможно и для реализации оптимального по быстродействию алгоритма управления необходимо идентифищровать объект.При этом управляющее воздействие, подаваемое на объект, выбирается из свойств траектории определяемой выходными сигналами первого и второго АУ в окрестности нуля Оор 61 ЯИ Цд 61 ЯИ Х 1 ЯИМ ( ) где М 1 - текущее значение координатыобъекта Х 1 ; ,(1 К ц - значения выходного сигналапервого АУХ" и управляющего1воздействия, подаваемого нанего в момент Х О, в случае когда последняя переменазнака управляющего воздейст- .вия Опроизошла в интервале Управляющее воздействие, подаваемоена входы АУ, определяется следующим образом: ОА= 51 ЯИХ-дВЯЪ 19 ЯН Х"3 (4)нения регулируемой переменчой Х( ),По знаку Х 1 (6) блок начальных устввок 6 производит выбор значения управления на первом шаге движения объекта 5,что обеспечивается начальной установкойтриггера 3. При этом триггер 13 переводится в то же состояние, что и триггер 3, Нв вход объекта 5, модели 1 и, функционального преобразователя 4 подается управление Оо = - 97(тИ Х(Ц, чтовызывает изменение выходных сигналовобъекта 5 и модели 1, Выходные сигналы объекта 5 и модели 1 поступают навходы сумматора 7 для формированиясигнала рассогласования Я (6), вызванного изменением параметров объекта 5.Сигнал 6. ( 6) с выхода сумматора 7 подается на один из входов блока у,лножения 8, на другой вход которого поступает выходной сигнал преобразователя 4,структура которого определяется по методу вспомогательного оператора. Выходнойсигнал блока умножения 8, определяющийскорость изменения переменного параметра объекта 5, посредством интегратора 2 подается на вход модели и через АЦП 29 на вход блока вычислениякоэффициентов рекуррентных соотношений 30, где определяются коэффициенты А (Ь), В(Ь) С (Ь) А(А) В(Ь)Сд Ъ) являющееся линейными функциями параметров объекта и шага прогнозирования й которые затем подаютсяна первый, второй, третий входы АУ 31,32, реализующих рекуррентные соотношения (1) и (2),При этом на блок эквивалентности 24подаются сигналы с блоков сравнения 10и 23, соответствующие 61 ЯЪХ 11 и 6 ф"И ХВ зависимости от сигнала "1" или "0"на выходе блока эквивалентности 24через ключ 25 на вход сумматора 18поступает сигнал -Х или )(, на другой вход которого поступает значение )( .1В зависимости от знака выходного сигнала сумматора 18 посредством блокасравнения 27 и триггера 28 реализуется управление (4), подаваемое черезАБП 29 ив входы АУ 31, 32. Изменение переменных объекта 5 )6) и Хдчерез АБП 29, ключи 33, 34 поступают иа входы АУ 31, 32.,До момента, попадания /Х л ю (вбсолют 1нвя величина 1 образуется вследствие.прохожценич величины )(1 через преобразователь 9) в зону, соответствующую 2,ва выходе блока сравнения 11 появляется1, В результате через ключ 12 с бло35 40 45 После этого режим работы системы повторяется, Движение объекта 5 при подобном управлении происходит цо траектории, обеспечивающей минимальную длительность процесса управления.Результаты исследований, проделанныхф/ на макете системы оптимального управления показали, что по сравнению с прототипом удалось повысить точность реализации процесса управления на 25% при сохранении быстродействия. формула изобретения 50 55 Система оптимального управления с моделью объектами второго порядка, первый вход модели которой соединен с выходом интегратора, второй вход - с выходом первого триггера, входом первого функционального преобразователя и входом объекта, первый выход которого подключен через блок начальных устввок к ,установочному входу первого триггера,кв сравнения 13 проходит сигнал "1"или "0" соответствующий ОА, которыйзапоминается в блоке памяти 16 и подается на вход блока эквивалентности 14. В Поскольку на его второй вход подаетсятот же сигнал, то инверсном выходе блока эквивалентности 14 появляется "0".В результате через ключ 17 проходитненулевой произвольный сигнал, и на 0 выходе нуль-органа 19 вырабатываетсянулевой сигнал, ключи 20, 21 закрыты,триггер 3 остается в прежнем состоянии, ключи 34, 33 пропускают соответственно выходные сигналы АУ 31 и 32, 15 быстродействие которых за счет выполнения операции суммирования высокое.В результате реализуются рекуррентныесоотношения (1) и (2). В случае попадания в зону, соответствующую 2, при 20 наличии в ней переключения управляющего воздействия Ц на инверсном выходе блока эквивалентности 14 появляется,"1", В результате через ключ 17на вход нуль-органа 19 поступает сиг нал Х. Если Х 1 = О, то нуль-орган 19вырабатывает сигнал, открывающий ключи 34, 33 для прохождения соответственно сигналов объекта Х,и )( ъ, а ключг 20 и 2 1 - для прохождения сигналов с блока сравнения 22, на выходекоторого реализуется соотношение (3),В результате триггер 3 устанавливается в состояние, соответствующее соотношению (3).35 а также к входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходоммодели, а выход подключен к входу блокаумножения, второй вход которого соединенс выходом первого функционального преобразователя, а выход - со входом инlтегратора, при этом выход второго функционального преобразователя, соединенного входом с входом первого блока сравнения, через второй блок сравнения со Оединен с первым входом первого ключа,второй вход которого подключен к выходу третьего блока сравнения, первымвходам первого и второго блоков эквивалентности, а выход соединен с входом 15блока памяти, выход которого подключенгк второму входу первого блока эквивалентности, соединениого выходом с первым водо рого ключа, второй входкоторого подключен к первому входу вто-, 20рого сумматора, а выход- к входу нульоргана, соединенного выходом с первыми входами третьего и четвертого ключей, соединенных вторыми входами с первым и вторым выходами третьего бло- дка эквивалентность, один вход которогочерм второй блок эквивалентностй подключен к выходу первого блока сравнения,в другой вход через четвертый блок сравнения подключен к первому выходу объек 30та и входу четвертого блока эквивалентности, второй вход которого соединен свыходом первого блока сравнения, в выход - с первым входом пятого ключа,подключенногб вторым входом через инвертор к второму выходу объекта, а выходом - ко второму входу второго сумматора, выход которого соединен со входом пятого блока сравнения, подключен-.ного выходами ко входу второго триггера, выход которого соединен со входомтретьего блока сравнения, установочный вход третьего триггера соединенс установочным входом первого триггера, подключенного входами к выходутретьего и четвертого ключей, о т л ич а ю ш з я с я тем, чтоо, с цельюповышения точности работы системы,в ней установлены шестой и седьмойключи, первое и второе арифметическиеустройства, блок вычисления коэффициентов рекуррентных соотношений, аналого-цифровой преобразователь первыйвход которого соединен с выходом интегратора, второй и третий - соответственно с первым и вторым выходамиобъекта, четвертый - с выходом второго триггера, а первый выход - со входом блока вычисления коэффициентоврекуррентных соотношений, первый, второй и третий выходы которого подключены к соответствующим входам первого арифметического устройства, четвертый, пятый и шестой выходы соответственно к первому, второму и третьему входам второго арифметического устройства, соединенного четвертым входомс четвертым входом первого арифметического устройства и четвертым выходом АБП, пятым входом с выходомшестого ключа и пятым входом первого арифметического устройства, шестым входом с шестым входом первогоарифметического устройства и выходомседьмого ключа, подключенного первымвходом к второму выходу АЦП, вторымвходом - к выходу первого арифметического устройства и входам первогоблока сравнения и второго функционального преобразователя, третьим входомк входу нудь-органа, вторым входамтретьего и четвертого ключей и третьему входу шеста о ключа, первый входкоторого соединен с третьим выходомАЦП, а второй вход - с выходом второго арифметического устройства и вторымвходом второго ключа. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРпо заявке М 2405048/24,кл, Сз. 06 В 13/02, 1979,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке М 2706390/24,кл, 05 В 13/02, 1979 (прототип), 888071888071 Составитель А. ЛещевТехред А, Ач Корректор Г. Реиетнж Редактор Л. Утекина Заказ филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 10723/12 Тираж 943Подлисное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретениЯ и открытиЯ113035, Москва, Ж йб, Раушская наб., д, .4/б