Самонастраивающаяся система

 

Изобретение относится к системам автоматического управления, в частности к самонастраивающимся системам управления с эталонной моделью. Целью изобретения является повышение быстродействия процессов самонастройки. Самонастраивающаяся система содержит объект управления 1, эталонную модель 2, вычитатель 3, сумматор 4, блок 5 выработки сигналов настройки 5, цепи настройки 6, состоящие из блока 7 дифференцирования, блока 8 регулируемого коэффициента усиления, усилителя постоянного тока 9 аналогового интегратора, элемента дополнительной обратной связи 10, соответственно первого, второго и третьего ключей 11 - 13, функционального преобразователя 14, блока 15 линейного оператора, блока 16 определения модуля, фильтра низкой частоты 17, порогового устройства 18, а также дополнительный сумматор 19, четвертый ключ 20, умножитель 21, фильтр высокой частоты 22, генератор белого шума 23 и элемент ИЛИ 24. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1606963 А2 (19) а) (gg)g С 05 В 13/04

J t

°

Щтжую

F"- .,;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ю1

° °

° Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГНКТ СССР

Н А BTOPCHOlVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Съ (61) 928302 (21) 4493028/24-24 (22) 18.07.88 (46) 15.11.90. Бюл. М 42 (71) Ленинградский политехнический институт им..M.H.Êàëèíèíà (72) H.Ã.Áóòûðèí, О.П.Кан и А.Н.Щербина (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 928302, кл . G 05 В 13/04, 1980 . (54) САИОНАСТРАИВАЮ1цАЯСЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к системам автоматического управления, в .частности к самонастраивающимся системам управления с эталонной моделью.

Целью изобретения является повышение быстродействия процессов самонастройки. Самонастраивающаяся системз со2 держит объект управления 1, эталонную модель 2, вычитатель 3, сумматор

4, блок 5 выработки сигналов настройки, цепи настройки 6, состоящие из блока 7 дифференцирования, блока 8 регулируемого коэффициента усиления, усилителя постоянного тока 9 аналогового интегратора, элемента дополнительной обратной связи 10, соответственно первого, второго и третьего ключей 11 — 13, функционального преобразователя 14, блока 15 линейного оператора, блока 16 определения, модуля, фильтра низкой частоты 17, порогового устройства 18, а также дополнительный сумматор 19, четвертый ключ 20, умножитель 21, фильтр высокой частоты 22, генератор бело о шума 23 и элемент HJIH 24. t ил. ю т баб%Э 3! (зсйретсние oTHocHTñH к автамати» но кому управлению, н частности к

cамО1 астраннаищимся систсиаи унрав,иен!I с:-. тал:)HHhi„;IH моделями и яВля

Е..,. дана!11!HT ЕЛЬИЫМ К ант. СН.1!э 928302.

1 уст!Опиях работы с ограниченным спектрам входного сигнала устройства ю«нет низкую скоРость настройки параметр 011 ЭтО делае r ак Г уальн61м па 1 0 иск путей ее повышения.

L!е. 1ь )1зсбуетен!1Я вЂ” повышение быстро,.йствия; . I1lB 1ертеже представлена функциО:Iальпая cxc?13. са 1анастре1ивающейся 1 5 системы, где g — - з,а да: ю.щ ее нсздей.: 7iIIc1 х и х — выходные сигналы "бEHОIcт01 упраBл ения и эTс!лсннОЙ I)IO д,з.!!и .

Система содержит объект .1 управления) эталонную модель 2, ны -ита:-ль 3, сумматор 4, блок 5 нырабат-. к.! сигналов настройки цепи 6 настройки,, cocòoEùèå из блока 7 дифферепциранани«„ блока 8 регулируемого 25

1;сакэ p411öèåII Tà усиления, усилителя 9 пасто« Лага тока аналогового интеграл ра, элемента 10 дополнительной обратной связи, первого 11, нтарагс

12. и реTüc"о !3 ключей, функциап11ль- 30 лага 1:реабразавателя 1ч) блока 15 линей«ага оператора, блока 1б апре,!!а!! 1ШЯ 11ОДУо1Я э фи 1ЬТРН HRSKOI» ч:IOToTE! . Ilopoi ОВО Га 1)cTpoHc тна 1 8 ) а э Зс

r;:I!HEI д1палнительный сумма, ар 19 ,.;ОЛОЛ1штель«ый кл)оч 20, умнажитель

21 э фИЛЬтр 22 и6!СОКай Чаатат61, ГЕНЕРатар 23 белого пума и )лемент

1э;-Ттэ 2 /

Само .!астраиваюшаяся система рабата(т следу1оп1«! Образом. !а Вход системы поступает задаю -,;"е воздействие g которое отраб тын=.: :òñë как объектам Управления„ т-!II . тапопнай модель!о 2. Б там случае, если параметры объекта отличаютс«oT параметрон эталонной модели на выходе нычитателя 3 рассагласан IH:;я паянитс I си! Яал рассагласан-:иия С. который .поступает на вход

) 50 блока 5

ЗЛО!: 5 выработки сигналов настройки, пс)!oJLH".уя также инфармацию о

cocтояиии объекта, !161!исляет напра.н— ле! !!е и скорость перестройки каэффиI)HE «таз абратпых связей по выходной ка..рцп«а FQ и ее производным, требуемо|а дпя обеспечения сходимссти и устойчивости процессов самонастройки, и подает сигналы настройки через ключи

13 на входы интеграторов, реализованных на усилителях 9 постоянного тока.

Алгоритм работы блока настройки, реализованного в форме управляем61х коэффициентов обратных связей по каждой компоненте вектора состояния объекта, слецующий: с1 cci

1 о

1, 2, ° ° ° э пу где х — компоненты вектора состояния объекта.

Для структуры, приведенной в фиг, 1, х оO, = ct х jdt, d; — коэф<)! фициенты., определяюшие скорость процесса настройки; р;„ — коэффициенты, определяемые из условия устойчивости и качества процессов настройки;

0(, ) — настраиваемые параметры (коэффициенты обратной связи).

В ..ам случае, если н спектральном составе сигнала рассогласования существу1от составляющие достаточного уровня, чтобы блок смог индентифицирсвать па ннм текущее значение соатветству!ощега параметра объекта и выработать сигнал настройки для компенсации изменения этого параметра, а с другой стороны, т"„ êîãо уровня, что с точки зрения качества работы объекта ега следует считать недопустимым, пороговое устройство 18 вырабатывает выходной сигнал, который включает ключ 13, а н интеграторе устанавливает режим интегрирования, что обеспечивает перестройку соответствующего параметра объекта путем перестройки коэффициента Hередачи блока 8, Если же уровень этих составля1ощих сигнала рассогласования меньше допустимого, та ключ 13 разомкнут, а интегратор переведен в pçæèì хранения информации а последнем перед отключением жтюча 13 значении коэффициента передачи блока 8, Именна этот режим характерен для отработки медленно меняющихся или. постоянных па уранию входных управляющих наздейстний. В этом режиме система не способна производить иден,тификадию параметран объекта, поэтому наилучшим ьариаитам будет стабилизация параметран цепей настройки да момента, когда управляющие воздЕй1606963

Ф

50

55 ствия обеспечат наличие переходной составляющей в выходном си нале объекта х и модели х, что является не»

О обходимым условием получения достоверных оценок параметров объекта и сходимости процесса самонастройки.

С целью получения неограниченного времени хранения информации в интеграторе дополнительно введен функциональный преобразователь 14, представляющий собой последовательно соединенные преобразователь аналог— код и код — аналог с инверсной полярностью выходного сигнала.

В режиме интегрирования, когда ключи 12 разомкнуты управляющим воздействием с выхода порогового устройства 18, функциональный преобразователь 14 работает в режиме слежения за напряжением на выходе аналогового интегратора. В момент перевода интегратора в режим хранения ключи 11 и 12 замыкаются, а ключ 13 размыкается °

При этом аналоговый интегратор переводится в режим фильтра нижних частот первого порядка путем подключения элемента 10 дополнительной обратной связи параллельно конденсатору интегратора. Коэффициент передачи этого фильтра равен единице, что обеспечивается равенством элемента 10 обратной связи и входного резистора аналогового интегратора.

В этом случае аналоговый интегратор и функциональный преобразователь 14 образуют врез ключ 11 замкнутую цепь устойчивость которой обеспечивается порогом нечувствительности функционального преобразователя 14. Напряжение на выходе интегратора поддерживается равным значению его перед переводом в ре ким хранения, что является определяющим фактором для продолжения нормального функционирова.ния системы после последующего перевода интегратора в режим интегрирования.

В качестве функционального преобразователя 14 наиболее удоб <о использование аналого-цифрового преобразователя (АЦП) следящего уравновешивания, так как в структуре АЦП этого типа необходимо присутствует цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), причем полярность выходного сигнала

ЦАП обратна полярности входного сигнала АЦП.

Скорость преобразования функционального преобразователя 14 должна выбираться такого значения, чтобы за

1 время преобразования выходное значение напряжения аналогового интегратора не успело измениться на величину большую, чем порог нечувствительности функционального преобразователя

14. Это практически не накладывает ограничений на выбор функционального преобразователя 14, так как постоянные времени интеграторов в цепях перестройки параметров имеют величины, в десятки и сотни раз превышающие наибольшие из постоянных времени объекта управления.

Блок 15 линейного оператора предназначен для выделения той части спектра сигнала рассогласования, которая преимущественно содержит информацию о соответствующем параметре объекта. После выделения модуля на блоке 16 и фильтрации фильтром 17 низкой частоты сигнал поступает на пороговое устройство 18. Выбор параметров блока 15 линейного оператора и .порога срабатывания порогового устройства 18 производится с учетом конкретных особенностей и параметров объекта управления, сигналов управляюще" о воздействия и уровня шумов измерительных элементов объ кта управления. Нижнее значение порога срабатывания порогового устройства 18 не должно выбираться меньше 2 — 3кратного значения среднего квадрата шумов в составе сигнала рассогласования 4 с учетом обработки его спектра блоко ; 15 линейного оператора.

Скорость процессов самонастройки в значительной мере зависит от ширины спектра входного сигнала. Это делает целесообразным для усксрения. процессов самонастройки введение дополнительного вспомогательного сигнала на входе системы в виде шума с широким спектром гармонических составляющих. В то же время необходимо, чтобы ошибка, воз никающая от действия вспомогательного сигнала, не ухудшала качества работы системы и тем более не влияла на р-áîòó,уже на" òðîенной системы.!

Поэтому формирование и разрешение подачи вспомогательного сигнала производится следующим образом. Входной сигнал подается на фильтр 22 высоких

1606963

Составитель В.Храмов

Редактор Е.Копча Техред М.Дидык Корректор Т.Палий

Заказ 3549

Тираж 662

Подписное

ВНИИПИ Гасударственного комитета па изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35,. Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина,101 частот, согласоганный с полосой пропускания объекта таким образом, что на его выход пропускаются частоты, лежащие в среднечастотной области частотной характеристики объекта, а более низкие частоты подавляются. В этом случае сигнал на выходе фильтра 22 может считаться мерой динамического состояния объекта. При наличии параметрического рассогласования между объектом .и эталонной моделью именно в динамике возникают значительные координатные ошибки, чта делает допустимым в этом режиме использование вспомогательного сигнала.

При этом ошибка от воздействия .вспомогательного сигнала не будет определяющей в сравнении с динамическими ошибками в самой системе. Дополнительный вспомогательный сигнал со спектром,задаваемым генератором 23 белого шума и амплитудой, определяемой величиной сигнала на выходе фильтра 22 высоких частот, формируется на выходе умножителя 21. Информация о необходимости самонастройки параметров объекта в логическом виде присутствует на выходах пороговых устройств 18,соответствующих цепей 5 настройки. Сведенная на элементе ИЛИ 24 эта информация преобразуется на ега выходе в сигнал подтверждения необходимости перестройки параметров, а спедовательно, и подачи дополнительного

I вспомогательного сигнала. При уровне логической единицы ключ 20 замы,, кается и вспомогательный сигнал по5 ступает на вход настраиваемой системы. В противном случае ключ 20 разомкнут, что исключает влияние вспомогательного сигнала на работу уже настроенной системы.

Формула изобретения

Самонастраивающаяся система по авт.св. N- 928302, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в нее дополнительно введены генератор белого шума, умнажитель, дополнительный ключ, дополнительный сумматор, фильтр высоких частот и элемент ИЛИ, причем генератор белого шума подключен к первому входу умножителя, второй вход которого через фильтр высоких частот соединен с первым входом дополнительного сумматора, являющимся входом системы, выход умножителя через дополнительный ключ связан с вторым входом дополнительного сумматора, управляющий вход дополнительнога ключа соединен с выходом элемента

ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам. пороговых устройств, выход дополнительного сумматора соединен с входом эталонной модели.