Релейный регулятор

(72) Авторы изобретения

К. Г. Фаворский и А. В. Репников (7l) Заявитель Московский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (54) РЕЛЕЙНЫЙ РЕГУЛЯТОР!

Изобретение относится к регулирующим устройствам автоматики, оптимальным релейным системам управления,.к регуляторам замкнутых систем с кусочно-постоянным управлением, обеспечивающим изменения знака управляющего воздействия при состояниях системы, определяемых гиперповерхностями оптимального переключения.

Известен репейный оптимальный регулятор для объекта И -ro порядка, содержащий датчиков информации и .преобразователей переменных состояния, И вЂ” 1 координатный функциональный преобразователь и двухвходовой компаратор, причем выходы всех датчиков соединены со входами всех преобразователей переменных состояния, выходы которых первого напрямую, а последующие через функциональный преобразователь, связаны со входами компаратора (1).

Наиболее близким к предлагаемому является релейный оптимальный регулятор, содержащий последовательно соединенные датчик переменной состояния, устройство определения знака, устройство перемножения знаков

2 релейных сигналов и исполнительное устройство, выход датчика состояния связан через устройство выделения модуля с первым входом устройства запоминания экстремума, выход которого соединен со входами первых функциональных преобразователей, причем выход устройства определения знака через дифференцирующее устройство связан со вторым входом устройства запоминания экстремума (2) .

Недостатком известного регулятора является наличие методической погрешности .при определении моментов переключения для объектов, передаточная функция которых выше второго порядка. При определении момен15 тов переключения используется точка экстремума измеряемой переменной в пространстве состояний, для которой известны только величина экстремума переменной состояния и скорость ее изменения, равная нулю.

Погрешность в таких системах вызвана отсутствием информации об ускорении и последующих производных в момент экстремума измеряемой переменной состояния.

Цель изобретения — повышение точности регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что в регулятор дополнительно введены селектор положительных сигналов, интегратор, вторые функциональные преобразователи и компара-, торы, выходы устройсгва выделения модуля и устройства запоминания экстремума связаны соответствующими входами первого компаратора, выход которого через последовательно соединенные селектор положительных сигналов и интегратор связан с первыми входами вторых функциональных преобразователей, второй вход которых соединен с выходом устройства запоминания экстремума, а выход подключен к первому входу соот.ветствующего второго компаратора, второй вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего первого функционального преобразователя, а третьи входы вторых компараторов подключены к выходу устройства выделения модуля, выходы вторых компараторов соединены с соответствующими входами устройства перемножения знаков, а выход дифференцирующего устройства соединен со входом обнуления интегратора.

На чертеже изображена блок-схема регулятора.

Регулятор включает в себя датчик 1 переменной состояния, устройство 2 определения знака, устройство 3 перемножения знаков релейных сигналов, исполнительное устройство

4, устройство 5 выделения модуля, устройство 6 запоминания экстремума, первые функциональные преобразователи 7, дифференцирующее устройство 8, вторые компараторы 9, первый компаратор 10, селектор 11 положительных сигналов, интегратор 12, вторые функциональные преобразователи 13. Выход датчика 1 подключен к последовательно соединенным устройствам определения знака

2, перемножения знаков 3 и исполнительному 4, а также последовательно соединенным устройствам вьщеления модуля 5 и запоминания экстремума 6. Выход устройства 6 соединен с первым входом комларатора 10, входами всех функциональных преобразователей 7 и первыми входами всех функциональных преобразователей 13. Выход устройства 5 подключен ко второму входу компаратора 10 и третьим входам всех компараторов 9, Выход компаратора 10 соединен со вторыми входами всех вторых функциональных преобразователей 13 через последовательно соединенные селектор положительных сигналов 11 и интегратор 12. Выходы соответствующих функционального преобразователя 7 и функционального преобразователя 13 подключены к первым двум входам

88597!

Д соответствующего компаратора 9, а выход

-ro компаратора 9 подключен к +1 входу устройства перемножения 3. Выход устройства 2 определения знака через дифференцирующее устройство 8 подключен ко входам обнуления интегратора 12 и устройства 6 запоминания экстремума.

Устройство реализует следующий алгоритм

U = — sign х Ь ядп (1х — Х; — f;

1 (тэ, I "1 max) l ° где х — изменяемая переменная состояния или сигнал, поступающий с датчика 1; — координата переключения при ускорении и дальнейших производных равным нУлю, зависЯщаЯ от 1х п,а„, время; отсчитываемое от момента экстремума; (х лзах — экстремальное отклонение сигнала х, снимаемое с устройства 6, реализующего зависимость

1О

20! Х 1, 1фи. б1Я"11 Х = 51+ Х;

1Х! Hf74 51@i Х - б 1 УИХ, О, Я(Ил- Cl5tplX/&40 < ma<

$sign(IXI „-Ix))dt — Д- — "=о; ч — " ж

Э5

Характеристика компаратора 10 — трехпозиционная с зоной нечувствительности, так как на него поступают равные сигналы1х ща„=!х!

40 при sign x = sign х или разныеЦща„)(х при sign х = — sign x. Селектор 11 положительных сигналов (может быть реализован диодом) устраняет сбои в работе интегратора 12 при наличии помех на выходе устройства 5.

Функции — закладываемые в функциональные преобразователи 7 и fi(t>,(gmqx) закладываемые в преобразователи 13 определяются по следующей методике.

Если экстремум не является граничным, т.е. в момент экстремума х=0, то изображающая точка в момент экстремума в и-мерном пространстве состояний находится в n — 2 — мерной области, для которой определены х = хщах и g- О, а последующие производные могут быть произвольными. В области фиксируемого экстремума выделяют одномерное многообразие по параметру х и находят семейство оптимальных переходных процессов при

Сигнал sign x снимается с устройства определения знака, а сигнал sign 11х — (.; f x

ЭО

"(тэ х1гпах)) — с соответствующих вторых компараторов. Сигнал t в регуляторе формируется интегратором 12 в соответствии со следующей зависимостью;

885971 фиксированном xmax Одномерное многообразие начальных условий дает n — 1 кривую совокую ности точек для каждого переключения в и-мерном пространстве состояний. Дополняя и-мерное пространство состояний до и+1-мерного координатой времени, отсчитываемого от момента экстремума или от момента времени начала процесса в расчете, проектируют полученные кривые на плоскость х, t>. Расчет повторяют для разных значений xmax. Полученную функцию проекций кривой для i-ro переключения и для определенного значения хгпах разбивают на две частиХ; и 1;(тэ, )х щах) где ф личина координаты переключения по координате х, при х =. О, à fi(ts, )x)max) — приращение .этой координаты при изменении х. Величины Al для i-ro переключения объединяют в функциональную зависимость Xi = 1(хщах) и закладывают в i-ый функциональный преобразователь 7, а приращения fi(t . ()фаях) — в i-ый двухкоординатный функциональный преобразователь 13.

Управляющее воздействие на первом интервале определяется устройством определения знака согласно выражения U = -sign x npu этом на второй и последующие входы устройства 3 подаются сигналы +1 с компараторов 9.

Момент экстремума определяется компаратором

10, сигнал с которого в этот момент становится +1 и интегрируется интегратором 12. Совокупность сигналов с двух I-ых преобразователей 7 и 13 определяет значение i-ой координаты переключения, равное сумме (1+1;(тэ, Х бах) . Компараторы 9 переключаются последовательно в момеит равенства модуля измеряемого сигнала координате переключения по мере уменьшения измеряемого сигнала и реализуют с помощью устройства 3 и — 1 переключение управляющего воздействия, При отработке рассогласования в момент x = 0 схема приходит в исходное состояние за счет обнуления устройства запоминания экстремума 6 и интегратора 12.

Регулятор исключает ошибки при определении моментов переключения для объектов, передаточная функция которых выше второго порядка, так как учитывает для определения моментов переключения значения переменных: измеряемую переменную и ее скорость, равную нулю, отнесенные к моменту не граничного экстремума и ускорение в момент экстремуыа за счет введения в регулятор времени. Использование времени, отсчитываемого от момента экстремума, устраняет методическую погрешность в определении координаты переключения, равную величине Ф;(тэ, fx(mex).

Повышение точности расширяет класс объек.

f тtоoвe, для которых предлагаемый регулятор дает квазиоптимальное решение.

Формула изобретения

Релейный регулятор, содержащий последовательно соединенные датчик переменной состояния, устройство определения знака, устройство перемножения знаков релейиых сигналов и исполнительное устройство, выход датчика состояния связан через устройство выделения модуля с первым входом устройства запоминания экстремума, выход которого соединен со входами первых функциональных Реобра20 зователей, а выход устройства определения знака через дифференцируюшее устройство связан со вторым входом устройства запоминания экстремума, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, он содержит селектор положительных сигналов, интегратор, вторые функциональные преобразователи и компараторы, выходы устронства выделения модуля и устройства запоминания экстремума связаны с соответствующими вхо30. дами первого компаратора, выход которого через последовательно соединенные селектор положительных сигналов и интегратор связан с первыми входами вторых функциональных, преобразователей, второй вход которых соеЗ динен с выходом устройства запоминания экстремума, а выход подключен к первому входу соответствующего второго компаратора, второй вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего первого функционального преобразователя, а третьи входы вторых компараторов подключены к выходу устройства выделения модуля, выходы вторых компараторов соединены с соответствующими входами устройства перемножения знаков, а выход дифференцирующего устройства соединен со входом обнуления интегратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Павлов А. A. Синтез релейных систем, 50 оптимальных по быстродействию. "Наук ", 1966, с. 209-219.

2. Авторское свидетельство СССР Р 283354, кл. G 05 В 17/00, 1974 (прототип).