Устройство для оптимального управления объектами второго порядка

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ ВТОРОГО ПОРЯДКА, содержащее последовательно соединенные объект управления, первый суммат.ор и релейный элемент , выход объекта управления соединен с входом дифференциатора. отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, введены первый масштабный блок, последовательно соединенные второй масштабный блок и второй сумматор и последовательно соединенный третий масштабный блок, блок выделения модуля и умножитель, второй вход которого соединен свыходом третьего масштабного блока, а выход - с третьим входом первого сумматора, выход дифференциатора соединен с входом третьего масштабного блока и через последовательно соединенные первый масштабный блок и второй сумматор с входом объекта управления , вход дифференциатора - с S входом второго масштабного блока, (Л а третий вход второго сумматора соединен с выходом релейного элемента . о 00 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

1(51) 0 05 В 11/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3485264/18-24 (22) 10,08.82 (46) 07.03.84. Бюл. 9 9 (72) А.А. Гордеев (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (53) 62-50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 341013, кл. G 05 В 17/02, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 227436, кл. 0 05 В 11/01, 1968 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ ВТОРОГО

ПОРЯДКА, содержащее последовательно соединенные объект управления, первый сумматор и релейный элемент, выход объекта управления соединен с входом дифференциатора, ÄÄSUÄÄ 1078404 А о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, введены первый масштабный блок, последовательно соединенные второй масштабный блок и второй сумматор и последовательно соединенный третий масштабный блок, блок выделения модуля и умножитель, второй вход которого соединен с- выходом третьего масштабнОго блока, а выход — с третьим входом первого сумматора, выход дифференциатора соединен с входом третьего масштабного блока и через последовательно соединенные первый масштабный блок и второй сумматор с входом объекта управления, вход дифференциатора — с входом второго масштабного блока, а третий вход второго сумматора соединен с выходом релейного элемента.

1078404

Изобретение относится к системам автоматического управления, оптимальным по быстродействию, и может быть использовано в системах автоматическогQ регулирования,. следящих системах, электроприводах и 5 т.д., т.е. во всех случаях, когда объект управления определяется любым нелинейным звеном второго порядка.

Известны устройства для оптимального.по быстродействию управления, содержащие релейный элемент, элемент сравнения, дифференциатор и нелинейный преобразователь, реализующий оптимальный алгоритм переключения релейного элемента Г1 J.

Недостатком данного устройства является сложность реализации и настройки, низкая точность управления.

Наиболее близким по технической 20 сущности к предлагаемому является устройство, содержащее элемент сравнения, релейный элемент, объект дифференциатор и нелинейный преобразователь, который состоит из электроннолучевой трубки, двух фотодатчиков, включенных в мостовую схему и расположенных по разным сторонам светонепроницаемой ширмы, закрепленной с наоужной стороны экра-З0 на и изогнутой по форме оптимальной линии переключения в виде от,— резков (,дуг) логарифмических спиралей. В переходном процессе луч трубки вычерчивает на экране фазовую траекторию, поэтому при пересечении лучом перегородки происходит переключение релейного элемента, чем и обеспечивается оптимальное по быстродействию управление L23. 40

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие.

Цель изобретения — повышение быстродействия в переходном процессе. 45

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные объект управления, первый сумматор, на второй вход которого подается за- 50 дающий сигнал, и релейный элемент, выход объекта соединен с входом дифференциатора, дополнительно вводятся первый масштабный блок, последовательно соединенные второй масштабный блок и второй сумматор и последовательно соединенные третий масштабный блок, блок выделения модуля и умножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего масштабного блока, а выход — с 60 третьим входом первого сумматора, выход дифференциатора соединен с входом третьего масштабного блока и через последовательно соединенные первый масштабный, блок и второй сум- 65 матор — с входом объекта управления, вход дифференциатора — с входом второго масштабного блока, а третий вход второго сумматора соединен с выходом релейного элемента.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 — фазовый портрет процессов управления.

Устройство для оптимального управления содержит первый сумматор 1, релейный элемент 2, второй сумматор 3, объект 4 управления, дифференциатор 5, первый масштабный блок 6, второй масштабный блок 7, третий масштабный блок 8, умножитель 9, блок

10 выделения модуля. Выход объекта 4 соединен с вычитающим входом первого сумматора 1, выход которого соединен с входом релейного элемента 2. Выход объекта 4 соединен с входом дифференциатора 5, выход которого через последовательно соединенные третий масштабный блок, блок 10 выделения модуля и умножитель 9 — с третьим входом первого сумматора 1. Второй вход умножителя.соединен с выходом третьего масштабного блока. Выход дифференциатора 5 через последовательно соединенные первый масштабный блок 6, сумматор 3 соединен. с входом объекта.

Вход дифференциатора 5 связан с входом второго масштабного блока 7, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора 3. Третий вход второго сумматора 3 соединен с выходом релейного элемента 2.

На фиг. 2 показаны линии пере— ключения 1 1, и, 1з(1 „, и z, п ) ис ходного объекта и b(b ) скорректированного объекта. СпЛошной линией изображена траектория исходного объекта и пунктирными линиями — траектория движения скорректированного объекта.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы, поступающие с выхода объекта 4 на сумматор 3 через масштабный блок 7, а также через дифференциатор 5 и масштабный блок 6, образуют две положительные обратные связи — по отклонению и по скорости соответственно. В результате, передаточная функция объекта, которая в общем случае имеет вид

Ь об (Р) 2

2 приводится к следующей эквивалентной передаточной функции

ы (p)

Ь

:ът%, гт

2 где b, а„, а — параметры исходного объекта;

1078404

E = +(Е) / (2bV<), Составитель A. Лащев

Редактор П. Макаревич Техред C.Мигунова Корректор М. Шароши

Заказ 962/41 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

p — оператор дифференцирования.

За счет надлежащего выбора коэффициентов передач в блоках 6 и 7

Е =а /b, К =а„/t эквивалентная пере даточная функция для любых объектов будет иметь одно- .пный вид V (p)

9к6

=Ь/р, для которои закон оптимального управления наиболее простой (квадратичный) и является инвариантным относительно постоянного воздействия p:, а переходные процессы протекают без перерегулирования и с меньшей длительности.

Для скорректированного объекта фазовые траектории состоят из отрезков парабол. Линия переключения

ЬЬ состоит из ветвей парабол, проходящих через начало координат. Она определяется уравнением где знак плюс относится к участку b, а знак минус — к участку И . Закон управления формируется с помощью блоков 9, 10 и -сумматора 1.

Таким образом, введенные положительные обратные связи по отклонению и по скорости, хотя и оказывают дестабилизирующее действие на исходный объект, однако этот факт именио в сочетании с оптимальным релей10 ным управлением дает новый положительный эффект по быстродействию.

Быстродействие увеличивается в

1,5 раза. Упрощается и настройка предлагаемого устройства, так как

)5 регулируются только коэффициенты передачи масштабных блоков. В случае неточной настройки коэффициентов передачи масштабных блоков положительный эффект сохраняется в области начальных условий, зависящей от степени рассогласования настраиваемых коэффициентов и параметров объекта.