Релейный регулятор

Релейный регулятор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

РЕЛЕЙНЫЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий последовательно соединенные Функциональяый преобразователь, релейный элемент и исполнительное устройство f причем.каждый из к входов функционального преобразователя соединен с выходом соответствующего датчика состояния объекта, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и. расширения функциойальных возможностей регулятора, он содержит последовательно соединенные временной селектор экстремума и интегратор, соединенный выходом с (k+1)-м входом функционального преобраэрвателя, первый вход которого подключен к входу временного сбл ектора экстремума. (Л tsO « ОО СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

35П G 05 B 13/ОО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ селектора экстремума.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЦТИЙ (21) 3365919/18-24 (22) 18.12.81 (46) 15.07.83. Бюл. В 26 (72) К.Г.Фаворский (71) Московский ордена Ленина и ордена, Октябрьской Революции авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (53) 62-50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2907207, кл. G 05 В 11/14, 1981.

2. Авторское свидетельство. СССР

Р 283354, кл. G. 05 B 17/00, 1970.

З..Павлов A.A. Синтез релейных систем, оптимальных по быстродейетвию. М., "Наука", 1966, с. 139 (прототип).

„„SU„„1029139 A (54) (57) РЕПЕЙНЫЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий последовательно соединенные функциональный преобразователь, релейный элемент и исполнительное устройство, причем. каждый иэ. к входов функционального преобразователя соединен с выходом соответствующего датчика состояния объекта, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности к расширения функциональных возможностей регулятора, он содержит последовательно соединенные временной селектор экстремума и интегратор, соединенный выходом с (k+1)-м входам функционального преобразователя, первый вход которого подключен к входу временного g

1029139

Изобретение относится к регуляторам замкнутых систем с кусочно-постоянным управлением, обеспечивающим изменение знака управляющего воздействия при состояниях системы, определяемых гиперповерхностями переключения.

Известен регулятор, реализующий управления при отсутствии информации о некоторых переменных состояниях объекта, в котором используются 10 устройства запоминания экстремума (1) и L».

Однако данный регулятор характеризуется недостаточной точностью и сложностью. 15

Наиболее близким к предлагаемому является релейный регулятор, содержащий последовательно соединенные функциональный преобразователь, релейный элемент и исполнительное устройство, причем каждый из к входов функционального преобразователя соединен с выходом соответствующегo датчика состояния объекта (3 3.

Недостатком известного регулятора является требование наличия информации об п переменных состояниях. При наличии к датчиков точность реализации оптимального управления зависит от воэможности редуцировать уравнения движения объекта управле30 ния до уравнения к-го порядка. При отсутствии такой воэможности известным регулятором нельзя реализовать оптимальные управления, 35

Кроме того, введение в регулятор между к датчиками и функциональным преобразователем наблюдателя существенно усложняет регулятор, так как в некоторых случаях реализация наб- 40 людателя возможна лишь на базе применения цифровых вычислительных машин.

Цейью изоберетения является повышение точности и расширение функцио- 45 нальных возможностей регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что регулятор содержит последовательно соединенные временной селектор экстремума и интегратор, соединенный выходом с (1+1)-м входом функционального преобразователя, первый вход которого подключен к входу временного селектора экстремума.

На фиг. 1 изображена блок-схема регулятора, на фиг. 2 — 4-линии пере- . ключения в переменных состояниях соответственно х1i х2 х1 х2 t х1 t э. для объекта управлейия, представляемого колебательным звеном.

Регулятор содержит датчики 1 сос- 60 тояния объекта, функциональный преобразователь 2, релейный элемент 3, исполнительное устройство 4, временной селектор 5 экстремума и интегратор 6. 65

Регулятор работает следующим образом.

Вводится еще одна ось измерения t в пространство состояний и повышается его размерность,до к+2 °

Этой осью t является ось времени, причем нуль отсчета времени совмещен с экстремальной точкой траектории приведения по переменной х, т.е. / за нуль отсчета времени взят момент, когда фазовая траектория оптимального движения проходит гиперплоскость экстремумов одной из переменных состояния, в частности момент экстремума сигнала х . Затем определяется положение к-мерной гиперповерхности оптимального переключения уже в (k+2) -м мерном пространстве (х

° ° ° х +2, tэ) и пРоектиРУетсЯ гипеРповеРхность оптимального переключения на (k+1)-мерное подпространство (х,,..., х1, т )йэ. Таким оРРаэом полУчаетсЯ к-мерная гиперповерхность переключения в (k+1) -мерном подпространстве, размерность которого определяется по количеству сигналов х „ х и t . Гиперповерхность переключения реализуется в функциональном преобразователе зависимостью

Ф(ху ° ° ° ух1 ° йэ)=0

Реализация этой гиперповерхности требует постановки на объект управления датчиков и дополнительной обработки сигналов с целью получения tý.

Далее для наглядности рассмотрим работу регулятора в случае колебательного объекта второго порядка без демпфирования. На фиг. 2 приведена линия оптимального переключения в пространство параметров х„ и х2, которые определяются уравйениями х. — х х.,+ u<, где u — управляющее воздействие.

На борту имеем датчик переменной х, отсутствие воэможности измеренйя переменной х2 и дифференцирования сигнала х„. На фиг. 2 цифрами 1, 2, 3, 0 йоказаны оптимальные переходные процессы. Изобразим линию переключения OAB в трехмерном пространстве х, х2, t (линия OLB на фиг. 3 ), где за начало отсчета времени сэвозьмем экстремальные точки оптимальной траектории по переменной х < — точки 2. В рассматриваемом случае время t> — время от момента экстремума до момента переключе- ния пропорционально углу о . Спроектируем линию О В на плоскость x„ot э

Получаем линию ONB которую вйносим на отдельный рисунок (фиг. 4). Линию ОМВ можно получить, если по оси абцисс откладывать величины, пропорциональные углу о (1 = a), а по

21<

1029139 оси ординат — координату точки переключения хд для всех точек линии OAB. Линйя переключения ОИВ реализуется в функциональном преобразо,вателе 2.таким образом, синтезируются оптимальные процессы для п=2,к=1, т.е. для системы второго порядка при наличии одного измерителя. В том случае, когда начальные условия процессов определяются в соответствии с зависимостью М пУ,,О= gnX 2, регулятор реализует оптимальнйе переходные процессы. При несоответствии с приведенной зависимостью регулятор реализует кваэоптимальные процессы в три интервала энакопостоянства управления, причем время переходного процесса увеличивается не более чем на 50% (процессы подобные процессу 4, 5, б,,0

1 t 1 на фиг. 2 ).

Регулятор реализует оптимальные процессы следующим образом.

Оптимальный переходный процесс 1

П

2, 3 ", 4" (фиг. 4 ) соответствует процессу. 1, 2,. 3, 4 (фиг. 2). Линия ОМВ реализована в функциональном преобразователе 2. При этом, если изображающая точка слева от линии ОИВ, то управление определяется зависимостью 0 -УдпМ„, если изображающая точка переходит линию ОИВ, то управление меняет знак.

От точки 1 до точки 2 изображаю1/ II щая точка движется по оси х, так как на интегратор б не поступает входного сигнала с временного селектора 5 экстремума. В точке 2"-. точке экстремума с селектора 5 снимается постоянный релейный сигнал, который интегрируется в блоке б, на выходе которого вырабатывается сигнал t . При пересечении траектории 2", 1", 4" с линией ОИВ происходит переключение и изменяется знак управляющего воздействия. В момент, когда x равен или близок

5 к нулю, управление выключается.

Данный регулятор решает проблему синтеза оптимальных релейных регуля» торов в случаях, когда не все необходимые переменные состояния подлежат изменению. Аналогичная проблема, решается с помощью наблюдателей, но применение наблюдателей в ряде случаев ведет к существенному усложнению аппаратурной реализации peryJIHTopа °

Повышение точности достигается за счет того, что для реализации рассматривается (k+1)-мерная модель объекта управления, а редукция до

k-мерной модели объекта ведет к увеличению погрешности.. Увеличение точности обеспечивается также тем,. что в прототипе на втором и дальнейших интервалах управления движение изображающей точки происходит вдоль оптимальной поверхности переключения. Наличие шумов приводит к ложным переключениям (дребезгу ) управления.

В регуляторе изображающая точка после переключения уходит от. гипер30 поверхности, что ведет к устранению ложных переключений. К тому же точность определения переключения зависит от величины угла пересечения фаэовой траектории с гиперповерхностью

35 оптимального переключения. Чем боль- . ше этот угол, тем меньше погрешность.

Предлагаемый регулятор обеспечивает большую точность в определении переключения из-за большего угла по сравнению с известными.

1029139

Состамвмаяь В.НеФедов

Техред И.Метелева Корректор М.Демчнк

Редактор A.Ãóëüêî;

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 ю

Заказ 4977/45 Тираж 874 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений И открытий

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