Устройство для компенсации запаздываний
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 250LBO (2! ) 2874328/18-24 ) 5) ) М. Кп.з
G 05 В 11/01 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий
{S3} УДК 62-50 (088. 8)
Опубликовано 30Я982. Бюллетень ¹ 36
Дата опубликования описания 3(109.82 (72) Автор изобретения (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ЗАПАЗДЫВАНИЙ
Изобретение относится к автомати.ческому управлению многомерными объектами со многими эапаэдынаниями по состоянию, параметры и значения запаздываний которых известны неточно, и может быть использовано при разработке систем автоматизированного управления для производственно-. технологических объектов. 10
Известно устройстно компенсации запаздывания н объектах управления, в котором параллельно объекту управления включается полная модель объекта и модель объекта управления без запаздывания (1J.
Для функционирования систем автоматического управления с такими устройствами требуется точное зна ние модели объекта упранления. Как правило, параметры объекта управления точно неизвестны и (или) изменяются во времени. Это приводит к снижению качества автоматического управления, а в ряде случаев, к потере устойчивости и неработоспособности системы.
Наиболее близким по достигаемому результату к предлагаемому является устройство компенсации запаздывания, содержащее сумматор, первый и второй блоки запаздывания, блок сравнения, выход которого соединен с входом. объекта управления (2). .Данное устройство есть распространение первого устройства на многомерные объекты и также имеет малую точ ность .
Цель изобретения — повышение точности компенсации запаздывания и устойчивости системы автоматического управления при неточном знании и изменении параметров объекта управления.
Укаэанная цель достигается тем, что устройство компенсации запаздываний содержит масштабирующие блоки, выход объекта управления соединен через последовательнс соединенные первый и второй блоки запаздывания, первый масштабирующий блок, сумматор и второй масштабирующий блок с входом блока сравнения и через третий масштабирующий блок с вторьм входом сумматора, выход первого блока запаздывания через четвертый масштабирующий блок соединен с третьим входом сумматора.
На чертеже изображена структурная схема устройства компенсации запаздываний.
962839
y(t) = С X<), (2) где х (t) — вектор выхода (состояния) 20объекта управления;
U(t) — вектор входа объекта управления;
f(t) — вектор возмущающих воздействий;
y(t) — вектор управляемйх переменных;
  — числовая матрица входа и матрица возмущения;
С вЂ” числовая матрица выхода (CB-квадратная. матрица); 2) — значения запаздываний в объекте управления;
Ад — числовая квадратная матрица;
Az,Аг- числовые квадратные матрицы состояния, соответствующие первому и второму запаздываниям объекта.
При отсутствии запаздываний
7„= 2= векторное дифференциальное уравнение, описывающее динамику изменения вектора управляемых переменных у(t) в соответствии с (1) и (2) будет иметь вид и()= v(t)-(cB) с(-(й .и )x(t)+A„x(t- „)+
25 ih x(t-ò ) (). (4) 40
Отсюда
Выражение (6 ) для сов ок уп иост и объекта 9 управления и устройства компенсации совпадает с выражением (3) при отсутствии запаздываний в
50 объекте управления.
Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известными является то, что система, состоящая из устройства компенсации запаздывания и объекта управления, является системой с отрицательной обратной связью (без учета регулятора и главной обратной i связи). При этом
60 используются свойства подобных систем подавлять параметрические возмущения. Вследствие описанного соединения функциональных элементов устройство компенсации, как устрой65 ство обратной связи, при изменении
Выходной сигнал x (t). поступает на вход блока 3 и подвергается масштабированию. Матрица коэффициентов передачи (усиления) элементов масштабирующего блока 3 равна A„+A2.
Поэтому сигнал на выходе блока 3 имеет вид (A<+A2) х () . Матрицы коэффициентов передачи для масштабирующих блоков 1,2 и 4 устанавливаются равными А„,A и (СВ) " соответственно.
Блок 5 запаздывания обеспечивает запаздывание на величину 7„, а блок б - на величину г . Выходной сигнал x(t), проходя через последова-
Уст оойств о содержит четв ертый масштабирующий блок 1, первый масштабирующий блок 2, третий масштабирующий блок 3, второй масшта бирующий блок 4, первый блок 5 запаздывания, второй блок 6 запаздывания, сумматор 7, блок 8 сравнения, многомерный объект 9 управления с запаздываниями по состоянию.
Изобретение обеспечивает компенсацию запаздываний по отношению к управляемым переменньм следующего объекта управления с запаздываниями по состоянию — = A x(t)+A x (t- i„)+A dt О . 1 +8 88) C (A + д д ) Х(Ц+ СВо (Ц+ С61 Щ (Ъ) 83 а о 1 г Устройство работает следующим образом. тельное соединение блоков 5 и 6, сдвигается во времени и принимает вид x(t-E „) на выходе блока 5 и х(t-Тг) на выходе блока б. Выходные сигналы блоков запаздывания x(t- ) и x(t- i<), поступая на входы блоков 1 и 2, подвергаются масштабированию. На выходе блоков 1 и 2 будут сигналы Агх(t-С„) и А2х(t- i2) COOT ветственно. В результате алгебраического суммирования выходных сигналов блоков 1 - 3, выполняемого в блоке 7, на выходе блока 4 появляется вектор сигналов (A„+Аг) х(t)+ +Aqx (t 2) +A2x (t Ò2) . В масштабирую щем блоке 4 этот сйгнал подвергается преобразованию в соответствии с матрицей (СВ) "С. Выходной сигнал блока 4 после сравнения с управляющим сигналом v(t) в блоке 6 поступает на вход объекта управления в следующем видег В соответствии с выражениями (1), (2} и (4) дифференциальное уравнение, определяющее динамику объекта управления по отношению к вектору измеряемых переменных у (), принимает вид — c (А х(Ц+А„x(t-7„) А х(Ф.-7>)+Sv-8() "c(-(A ) ().A x(t-i„)+ +A2x(t 2) a B< Е). (5) ÉÌ -С(А 4А„+Я ) x(t)+cBq(t)>CB f(t) (Ь) 962839 Формула изобретения ВНИИПИ Заказ 7507/64 Тираж 914 Подписное Филиал ППП "Патент", г,Ужгород, ул.Проектная,4 параметров объекта А,А„,А обеспечивает устойчивость комйенсации запаздывания и устойчивость системы автоматического управления. Это можно также показать математическими выкладками, используя результаты теории дифференциальных уравнений с отклоняющими аргументами. На чертеже и в описании рассмотрен случай двух запаздываний. Уст- 10 . ройство принципиально не изменится при большем числе запаздываний, лишь увеличится число блоков запаздывания в их последовательном соединении. 15 Предлагаемое устройство является простым в технической реализа ции, так как не используются интеграторы и (или) динамические элементы и модели, как это имеет место в известном устройстве. Устройство Может быть реализовано на усилительных элементах и элементах запаздывания, Кроме того, предлагаемое устройство в отличие от известного не требует измерения входного сигнала объекта ° В системе автоматического управления, использующей предлагаемое устройство компенсации, сохраняется . точная отработка эадающего воздействия. Действительно, компенсирующий сигнал посТупает не на вход регуля,тора, а на вход объекта управления. Следовательно, регулятор формирует управляющий сигнал только в функции рассогласования между реальньм выходным сигналом объекта управления и его заданньи значением. Работа регулятора и устройства компенсации является независимой. Устройство для компенсации запаздываний,.содержащее сумматор, первый и второй блоки запаздывания, блок сравнения, выход которого соединен с входом объекта управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности,оно содержит масштабирующие блоки, выход объекта управления соединен через последовательно <соединенные первый, второй блоки запаздывания, первый масштабирующий блок, сумматор и второй .масштабирующийблок с входом блока сравнения и через третий масштабирующий блок с вторым входом сумматора, выход первого блока запаздывания через четвертый масштабирующий блок соединен с третьим входом сумматора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Смит О.Дж. Автоматическое регулирование. М., Госфиэматиздат, 1962, с. 429. 2. AIevisakis G., Seborg D.Е. An extension of the Sinith Predictor method to muItivariabIe Iinear sistems containing time deIays.I u ControI, 1973, Ч. 3, Р 17, р. 541551 (прототип) .
