Релейный регулятор

Союз Советскнх

Соцналнстнческнз

Реслублнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (n>900257 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 070480 (2) ) 2907207/18-24 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 2301.82. Бюллетень ¹ 3

Дата опубликования описания 230182

G 05 В 11/14

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

j33) УДК б 2-50 (088.8) (72) Автор изобретения

К. Ре Фаворский

Московский ордена Ленина и ордена Октябрьск Революции (71) Заявитель авиационный институт иы. Серго Ордионикидвй (54) РЕЛЕЙНЫЙ РЕз:ЛЯТОР

Изобретение относится к регулирующим устройствам автоматики, к оптимальным релейным системам управления, а также к регуляторам замкнутых 1 .систем с кусочно-постоянным управлением, обеспечивающим изменение знака управляющего воздействия при состояниях системы, определяемых гиперповерхностями переключения.

Известен релейный оптимальный регулятор доя объекта р -ro порядка, содержащий н датчиков информации о переменных состояния и р преобразователей переменных состояния, (Л-1) координатный функциональный преобразователь и двухвходовой компаратор, причем выходы всех датчиков связаны со входами всех преобразователей переменных состояния, выходы которых, первого напрямую, а последующие через функциональный преобразователь, связаны со входами компаратора (1).

Наиболее близким о технической сущности к предлагаемому является релейный регулятор, содержащий первый датчик фазовой координаты, последовательно соединенные устройство определения знака, дифференцирующее устройство и устройство запоминания экстремума, компараторы, выходами подключенные к соответствующим входам устройства перемножения знаков, а вход устройства определения знака через устройство определения модуля соединен со вторым входом устройства запоминания экстремума (2).

Однако погрешность в таких системах вызвана от=утствием при построении ал- îðèòìà инфор,мации об ускорении изменения измеряемой координаты и ее последующих производных в точках фиксируемого экстремума.

Цель изобретения — повышение точности регулятора, пу-.ем повышения точности в определенци моментов реключения оптимального релейного управления.

Поставленная цель достигается тем, что в регулятор дополнительно вводят вторые датчики фазовых координат, преобразователи координат и функциональные преобразователи, выходы датчиков фазовых координат соединены соответствующими входами преобразователей координат, выход первого преобразователя координат соединен со входом устройства определения знака и первым входом первого компаратора, выход устройства определения модуля соединен с первыми входами

900257 вторых компараторов, вторые входы первого и вторых компараторов соединены с выходами соответствующих функциональных преобразователей, выходы вторых преобразователей координат соединены с соответствующими входами функциональных преобразователей, а выход устройства запоминания экстремума соединен с одним иэ входов функциональных преобразователей кроме первого.

На чертеже изображена блок-схема регулятора.

Регулятор включает в себя К датчиков фазовых координат 1, K преобразователей координат 2, устройство определения модуля 3, устройство запоминания экстремума 4, функциональные преобразователи 5, устройство перемножения знаков релейных сиг.алов б, устройство определения знака

7, компараторы 8 и дифференцирующее устройство 9.

Выходы всех датчиков 1 соединены с соответствующими входами всех преобразователей 2, выход первого из которых соединен со входом устройства определения модуля 3, устройством определения знака 7 и первым входом первого компаратора 8, выходы последующих преобразователей 2 соединены с соответствующими входами всех функциональных преобразователей 5, (5@HI(LI,HoHBJiF.HoI o преобразователя 5 соединен со вторым входом первого компаратора 8. Выход устройства определения модуля 3 подключен ко входу устройства запоминания экстремума 4, выход которого подключен к первому вхоцу всех преобразователей 5 кроме первого, выходы которых подключены ко вторым входам соответствующих второго и последующих компараторов 8, а первые входы компараторов 8 кроме первого подключены к выходу устройства 3. Выходы всех компараторов 8 подключены ко входам устройства перемножения знаков релейных сигналов б, а выход устройства определения знака 7 через дифференцирующее устройство 9 подключен ко входу обнуления устройства 4.

Каждый из преобразователей 2 реализует операцию

H х;= Qo j у;

)=I где x - выходной сигнал i-го преобразователя 2; у — выходной сигнал j-го датчика 1.

Устройство запоминания максимума

4 совместно с устройством определения модуля 3, устройством определения знака 7 и дифференцирующим устройством 9 формируют сигнал х<„ на выходе устройства 4, определяемые выражениями

x

<дд < < (5 д дд1дд х при

Обнуление запомненного сигнала х„„ реализуется при значении х< = 0 устройствами 7 и 9.

Сигнал V на выходе первого компа1Ц ратора 8 определяется зависимостью

V = — sign G, гдето= х,+f, (х,х

)х«), а функция f,(x> х,...,х„ реализуется в первом функциональном преобразователе 5. Сигнал W на выходе второго и последующих компараторов 8 определяется зависимостью

Х вЂ” sign/1, i = 1,2,..., и — к, где

Х1 /х

Устройство умножения знаков релейных сигналов б реализует операцию

<д К

U = V <-:-< К, где U — выходной сигнал устройства б, определяющий знак управл ющего воздействия системы управления .

Известный регулятор при наличии и датчиков реализует (< — 1) мерную гиперповерхность оптимального переключения в И мерном измерительном базисе. При наличии К датчиков (K4<) в

К мерном измерительном базисе нельзя реализовать полную гиперповерхность

35 оптимаг..ного переключения для определения зсех (<<-1) переключений, так как в рассматриваемом случае размерность гиперповерхности ранка или меньше размерности измерительного щ базиса. Гиперповерхность оптимально1о переключения строится методом попятного движения путем последовательного увеличения размерности от одномерного многообразия — фазовая траектория последнего интервала управления до (и†.1) мерного многообразия точек — совокупность фазовых траекторий второго интервала. В предлагаемом регуляторе (К-1) мерное многообразие точек поверхности оптимального переключения реализуется в

К мерном измерительном базисе для определения (-K+1)-го и последующих переключений вплоть до отключения управления. Для этого семейство

55 траекторий (и -К+2) ичтервала управления проектируют на К мерное измеряемое подпространство и определяют положение проекции изображающей точки в измеряемом подпространстве относительно полученной проекции по зависимости 8 =0, где 6=x<+f (х, х,...,х ) уравнения проекций семейства фазовых траекторий (n-Ê+2) интервала управления на измеряемое подпространство. Так, например, 9002. при К = 2 измеряемые сигналы х1 и х г дают на плоскости в ортах х „и хг в измеряемом подпространстве точку, соответствующую проекции изображающей точки в пространстве состояний на плоскость х,х, а уравнения 5 х + f,(õ ) соответствуют проекции на плоскость х > х г фазовой траектории последнего интервала управления, проходящей через конечную точку приведения. Последнее переключение произойдет в момент, когда проекция изображающей точки в измеряемом подпространстве, движение которой определяется траекторией предпоследнего интервала, совпадает с проекцией фазовой траектории последнего интервала.

В пространстве состояний (и-K)-e переключение определяется К мерным множеством точек переключения. В этом К мерном множестве выделяют се- 2О мейство (К-1) мерных множеств по многообразию параметра x „. Например, объем разбивают на семейство поверхностей, каждая из которых соответствует определенному значению з5 х „„. Выделенное (К-1) мерное множество в данном случае является проекцией на измеряемое подпространство состояний точек (h-К)-го переключения при точечном отображении области фиксируемого" экстремума по гиперповерхности оптимального переключения и может быть реализована зависимостью Жи О.

Область фиксируемого экстремума х „„ определяется как пространство (и-2)-го порядка по признаку x„= х,„; х, О. Точечное отображение этого пространства на семейство фазовых траекторий второго интервала, т.е. на полную гиперповерхнссть оптималь- 40 ного переключения, будет так же (и-2) мерное многообразие.

Чтобы размерность выделенных областей точек первого и последующих переключений была не более (К-1) и она могла бы быть реализована зависимостью Х =О, в К мерном базисе необходимо сократить .размерность области фиксируемого экстремума. Для этого в области фиксируемого экстремума значения высших производных принимаются равными нулю, т.е. и1 n-t (> <+<) х" = О, х = О,...,х О

Например, на измеряемом подпространстве второго порядка — плоскости (К-2) можно выделить одномерные однообразия — линии переключения. При

3 область фиксируемого экстремума одномерна, так как отличается значением второй производной для зна- gQ чений х„=х ; х1=0. Область фиксируемого экстремума (линию по фазовым траекториям) отображают на поверхность оптимального переключения, где она даст кривую и проектируют вновь полученн; ю кривую на плоскость х, х z, Проекция этой кривой может быть выражена зависимостью I yI + f (х1,х ), а момент переключения определяться по зависимости Ж» = О.

При и = 4 область фиксируемого экстремума двумерна и является плоскостью с ординатами х, х, т.е. в точке экстремума могут быть произвольными величины второй и третьей производной. Выбрав х = О, сократим

Ф размерность области фиксируемого экстремума до одномерного. Семейство оптимальных процессов, для которых начальными условиями является линия с вариацией значений х, даст в пространстве состояний кривую точек первого переключения, кривую точек второго переключения и кривую точек третьего переключения, совпадающую с фазовой траекторией, которые проектируются на измеряемое подпространство второго порядка при К = 2 и выражаются (xÄ(+ f (х х ); I x<1 + Йг (x х г) г

Кривые первого и второго переключения зависят от положения линии начальных условий или от величины х

Для реализации регулятора заранее просчитываются оптимальные процессы при разных значениях х,. Результаты просчета в виде функций закладываются в функциональные преобразователи 5 и 6 регулятора. В регуляторе знак релейного управляющего воздействия на первом интервале управления определяется сигналом V.

Первое и последующие переключения произойдут при сменах знаков сигналов У;, последовательно от первого до (n -К)-го переключения. Знак сигнала W меняется один раз в процессе перевода фазового состояния в конечную точку приведения. Последующие за (и -К)-м переключения происходят при смене знака сигнала V, который изменяется (К-1) раз. При достижении сигналом нулевого значения регулятор за счет связи через устройства 9 и 7 приводится в исходное состояние °

Коэффициенты С() преобразователей переменных состояния 2 выбираютея так, чтобы обеспечить окончание процесса при х1. = О.

Предлагаемый регулятор, беэ применения наблюдателей для восстановления полной информации о состоянии объекта, позволяет реализовать оптимальные и квазиоптимальные процессы.

Когда и -К = 1 и в процессе управления в точке экстремума выполняется х1 = О, то реализуются оптимальные процессы, при и -К)1 реализуются процессы близкие к оптимальным, так как не учитываются значения высших производных. По отношению к известному регулятору предлагаемый регулятор реализует оптимальные и квазиоп900257

Формула изобретения

Составитель А. Лащев

Техред С.Мигунова Корректор Н.Швыдкая

Редактор Л. Филиппова

Заказ 12181/65

Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тимальные процессы для более широкого класса объектов управления.

Релейный регулятор, содержащий

5 первый датчик фазовой координаты, последовательно соединенные устройство определения знака, дифференцирующие устройство и устройство запоминания экстремума, компараторы, выходами подключенные к соответствующим вводам устройства перемножения знаков, а вход устройства определения знака через устройство определения модуля соединен со вторым входом уст- ройства запоминания экстремума, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повыаения точности регулятора, он содержит вторые датчики фазовых координат, преобразователи коорди- 2О нат и функциональные преобразователи, входы датчйков фазовых координат соединены с соответствующими входами преобразователей координат, выход первого преобразователя координат соединен со входом устройства определения знака и первым входом первого компаратора выход устройства определения модуля соединен с первыми входами вторых компараторов, вторыевходы первого и вторых компараторов соединены с выходами соответствующих функциональных преобразователей, выходы вторых преобразователей координат соединены с соответствующими входами функциональных преобразователей, а выход устройства запоминания экстремума соединен с одним из входов функциональных преобразователей кроме первого.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сборник трудов МАИ Р 3874.

Системы ориентации и навигации и их элементы. 1976, с. 64-70.

2. Авторское свидетельство СССР

9 283354, кл. 6 05 В 17/00, 1969 (прототип) .