Система оптимального управления объектом второго порядка

и"и-с А 5

И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

И АВТОРСКОМУ СВИДЮТВЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свнд-ay— (22) Заявлено01.03.77 (21) 2456037/18-24 с присоединением эаявки № (23) Приоритет

Опубликовано 05.03,795юллетень № 9

2 (51) М. Кл, 05 В 13/02

Гвеударственный немнтет

СССР ае делам нзебретеннй н еткрытнй (53) УДК62-.50 (088.8) Дата опубликования описания 07.03.79

В. Н. Игнатенко, В. М. Синеглазов, В. Т. Торба и С. В, Шпит (72) Авторы изобретения

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции

Pl) Заявитель (54) СИСТЕМА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ОБЪЕКТАМИ ВТОРОГО ПОРЯДКА

Предлагаемое изобретение относится к системам автоматического управления, предназначено для оптимального по быстродействию управления неколебательными динамическими объектами второго порядка с переменными параметрами и может быть использовано для управления летательными аппаратами, электропрнводами и химико-технологическими процессами.

Известны системы оптимального управления, позволяющие минимизировать время управления динамическими объектами, которые содержат основной контур управления и контур самонастройки, причем контур самонастройки содержит настраиваемую модель, блок сравнении, блок самонастройки и исполнительный механизм, а основной контур содержит модель, нуль-орган, блок сравнения, блок управления моделью, триггеры, блок начальных установок, сумматор и блок Эквивалентность(1) и j2$ .

Из известных систем наиболее близкой по технической сущности является система онтямальйого управления объектами второго порядка, .содержащая последовательно соединенные первый сум5 матор и блок начальных уставок, выход, которого через первый и второй триггеры соединен с соответствующими входамй блока "Эквивалентность, выход которого подключен к первому входу блока управления первой моделью, второй вход которого подключен к выходу нульоргана и к первому входу блока сравнения, а выход — к первому входу первой, модели, выходы которой соединены, соответственно, со входом нуль-органа и вторым входом блока сравнения, выходы которого подключены к соответствующим входам первого триггера, и вторую модель, подключенную входом ко входам объекта и блока самонастройки, а выходом — к одному иэ входов второго сумматора, другой вход которого подключен к первому входу первого уравнением линии переключения. Поскольку кусочно-линейная или кусочно-нелинейная апроксимация функции переключения сопряжена со значительными погрешностями, то для реализации закона управления может быть использована модель, многократно и в "быстром времени реализующая уравнения движения объекта. Когда параметры объекта неЮ известны, то непосредственно построение линии переключения невозможно и для реализации оптимального по быстродействию алгоритма управления необходимо идентифицировать объект.

Предлагаемая система работает следующим образом. Изменение значений . . задающего воздействия (р (1 ), поступающего на вход сумматора 1, или изменение параметров объекта 16 приводит к появлению на его выходе отклонения регулируемой переменной Х { т ) . .По закону X < { ) блок начальных уставок 17 производит выбор значения уп.,равления на начальном участке движения объекта 1 6, чтд обеспечивается начальной установкой триггера 9. При этом триггер 10 переводится в тд же состояние, что и триггер 9, а логический блок "Эквивалентность 11 выдает сигнал "1 " aa вход блока управления моделью 8. Зто вызывает, с одной стороны, перевод модели 4 в режим периодического решения, а, с другой стороны, выдачу управления U»= -sign х1() на входы объекта 16, второй модели 5 и функционального преобразователя 13, входящего в состав блока самонастройки 18 контура идентификации 19, что вызывает изменение выходных сигналов

40 объекта 16 и модели 5. Выходные сигналы объекта 16 и модели 5 поступают на входы сумматора 2 для формирования сигнала рассогласования (. (t ), выз41 ванного изменением параметров объекта

16. Сигнал -„(1 ) с выхода сумматора 2 подается на один иэ входов блока умножения 14, на другой вход которого поступает выходной сигнал функционального преобразователя 13, структура которого, определяется по методу вспомогательного оператора. Выходной сигнал блока умножения 14, определяющий скорость изменения переменного параметра объекта 16, посредсг( вом интегратора 15 подается на входы первой и второй моделей 4,5. При этом на вход первой моделя с сумматора 3 поступает сигнал управления tf — йй :МЙЪ

3, 651308 суйматора и нервому выходу объекта, а выход — ко второму входу блока само-настройки, выход которого через инте-

Fp&Top подключен ко BTophtM входам первой и второй моделей, а третий вход б первой модели подключен ко второму выходу объекта (3).

Известная система обладает низкими характеристиками по точности и быстродействию.

Целью настоящего изобретения является повышение точности и быстродействия системы.

Поставленная цель достигается тем, что в системе установлены первый функциональный преобразователь и третий сумматор, первый вход которого через первый функциональный преобразователь подключен ко второму входу первого сумматора, второй вход непосредственно подключен к первому выходу первого триггера, а выход - к четвертому входу первой модели, пятый вход которой подключен к выходу первого сумматора, а второй выход первого триггера подключен ко входу объекта, а блок само настройки содержит последовательно соединенные второй функциональный преобразователь и блок умножения.

Блок-схема системы представлена на фиг. 1; на фиг. 2 представлен фазовый портрет системы.

Система содержит 1, 2, З-первый, вт рой, третий сумматоры, 4, 5-первую и вторую модели, 6-блок сравнения, 7нуль-орган, 8 - блок управления первой моделью, 9, 10 - йервый и второй триггеры, 11 — блок Зквивалентность, 12,13 — первый и второй функциональные преобразователи, 1 4 — блок умножения, 15 — интегратор, 16— объект, 17 - блок начальных. уставок, 18 — блок самонастройки, 19 — контур идентификации, g (Ц -задающее воздейс пьие, Х 1{ t ),g<(Ф, ) - фазовые координаты объекта, x (Ф ) Х я { " ) фазовые координаты первой модели.

Задачей оптимальной по быстродействию системы управления объектами второго порядка является формирование последовательности оптимальных управ- лений вида ply ц„ или Хптох, где

О® ц, — максимальное значение управляющих воздействий как функции фазовых координат объекта управления

Х { ). М (. Ф. ). При этом система реализуется нелинейный закон управления, определенный на фаэовой плоскости

5 6513 Ц о + o,,ãäå Ср определяется видом задающего воздействия (1 ) и формируется при прохождении Q (Ф, ) через функциональный преобразователь

2 (для объектов второго "порядка у (f) представляется любой кривой не выше второго порядка) . Изменение переменнь х. объекта 16 (1 ) и Хг() поступают как начальные условия в модели 4. Как только координата модели 4 (1 ), где Ф Ф./fU pl>0 i— масштаб времени, образуемая в процессе решения моделью 4 уравнений движения объекта 16, принимает нулевое значение, нуль-орган 7 вырабатывает сигнал, поступающий на Входы блока управления моделью 8 и блока сравнения 6. При этом блок сравнения 6 определяет знак переменной Х (Ф ), постунаюшей на его другой вход, и возбуждает, в зависимости от значения Sign х (t ), один из входов триггера 9. Поскольку до достижения изображающей точкой объекта 16 линии переключении знак переменной X (t )

L не меняется, то начальное значение управления U+ сохраняется неизменным. В то же время сигнал, поступающий с нуль органа 7 на блок управле36 ния моделью 8, вызывает изменение .режима работы модели 4, переводя ее в режим задании начальных условий, После этого весь режим работы системы повторяешься до тех пор, пока при возбуждении нуль-органа 7 блок срав33 нения 6 не,определит изменения знака переменной Х (Ф ) ° при Х (O)=() . (процесс настройки заканчивается до этого момента). Это будет свидетель40 ствовать о прохождении траектории отображающей точки модели 4 через начало координат системы. При этом триггер 9 изменит свое состояние, а значит,и управление 0о, что определяет

49 движение отображающей точки но линии переключения 40 (или L 0, в зави-, симости от начальных условий фиг. 2).

Поскольку состояния триггеров 9 и 10 в этом случае не совпадают, то логический блок "Эквивалентность останавливает решение на модели 4. Движение объекта 16 при подобном управлении происходит по траектории, обеспечивающей минимальную длительность процесса управления.

Формула изобретения

1. Система оптимального управления объектами второго порядка, содержащая последовательно соединенные первый сумматор и блок начальных уставок, выход которого через первый и второй триггеры соединен с соответствующими входами блока ":Эквивалентность", вы ход которого подключен к первому входу блока управления первой моделью, второй вход которого подключен к выходу нуль-органа и к первому входу блока сравнении, а выход — к первому входу первой модели, выходы которой соединены со входом нуль-органа и вторым входом блока сравнения, выходы которого подключены к соответствующим входам первого триггера, и вторую модель, подключенную входом ко входам объекта и блока самонастройки, а выходом — к одному. из входов второго сумматора, другой вход которого подключен к первому входу первого сумматора и первому выходу объекта, а выходко второму входу блока самонастройки, выход которого через интегратор подключен ко вторым входам первой и второй моделей, а третий вход первой модели подключен ко второму выходу объекта, о т л и ч а ю m а я с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия системы, в ней установлены первый функциональный преобразователь и третий сумМатор, первый вход которого через функциональный преобра-. зователь подключен ко второму входу первого сумматора, второй вход к первому выходу первого триггера, а выход - к четвертому входу первой модели, пятый вход которой подключен к выходу первого сумматора, а второй выход первого триггера подключен ко sxoду объекта.

2. Система оптимального управления объектами второго порядка по п. 1, о т л и ч ю щ а я с я тем, что блок самонастройки содержит последовательно соединенные второй функциональный преобразователь и блок умножения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка М 1934939/18-24, кл. Cj 05 В 13/02, 18.06.73, по которой принято положительное решение о выдаче авторского свидетельства.

2, Авторское свидетельство СССР (по заявке М 2405048/18-24), кл. Q 05 В 13/02, 17.09.76.

3. Авторское свидетельство СССР (по заявке No 2387387/18-24), кл, С, 05 В 13/02, 21.07.76.

651308 Составитель Г. Нефедова, Техред 3. Фанта - КорректорЕ. Папп

Редактор С. Равва.Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 804/44 Тираж 1014 Подписное

UHHHHH Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

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