Система оптимального управления колебательными объектами произвольного порядка

Система оптимального управления колебательными объектами произвольного порядка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1.СИСТЕМА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНЫМИ ОББЕКТА1-М ПРОИЗВОЛЬНОГО ПОРЯДКА,содержащая первую,вт-орую ,...,1-ю,. .., (п-2)-ю прогнозирующие мод ели, выходы которых соединены с первой группой входов,число которых равно порядку соответствующих прогнозируюТвдх моделей, первого, второго, ..., i-ro, ..., (п-2)-го блоков управления , первые и вторые выходы которых подключены к первым и вторым входам соответствующих прогнозирующих моделей , третьи выходы блоков управления подключены к первым входам последующих коммутирующих устройств первой группы, за исключением (п-2)-го блока управления, и первым управляющим входам соответствующих коммутирующих устройств первой группы, за исключением первого блока управления, первая группа выходов которых подключена к второй группе входов, число которых равно порядку соответствующих прогнозирующих моделей минус три, BTO-I рого, ..., i-ro, ..., (п-2)-блокОв управления, третий выход (п-2)-го блока управления подключен к (п-1)-му входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом триггера, выход которого подключен к входу объекта управления, первый. (п-1)-й выховторой , 1-й, ды которого подключет.1 к (п+2)-му, (п+1)-му, ...,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1092467

ЗШ С 05 В 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTMA (2 } ) 3548364/18-24 (22) 04.02.83 (46) 15.05.84. Бюл, }} - 18 (72) В.M.Ñèíåãëàçîâ и И.В.Синицын (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (53) 62.50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке 1«- 2721506/18"24, кл. G 05 В 13/02, 1979.

2, Лернер А.Я., Розенман Б.А. Оптимальное управление. M., "Энергия", 1970, с. 310-313 (прототип). (54)(57) }.СИСТЕМА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНЫМИ ОБВЕКТАМИ ПРОИЗВОЛЬНОГО ПОРЯДКА, содержащая первую, вторую,..., i-ю,..., (n-2)-ю прогнозирующие модели, выходы которых соединены с первой группой входов, число которых равно порядку соответствующих прогнозирующих моделей, первого, второго, i го, ..., (n-2)-го блоков управления, первые и вторые выходы которых подключены к первым и вторым входам соответствующих прогнозирующих моделей, третьи выходы блоков управления подключены к первым входам последующих коммутирующих устройств первой группы, за исключением (n-2)-ro блока управления, и первым управляющим входам соответствующих коммутирующих устройств первой группы, за исключением первого блока управления, первая группа выходов которых подключена к второй группе входов, число которых равно порядку соответствующих прогнозирую«««их моделей минус три, вто рого, ..., i-ro, ..., (n-2)-блоков управления, третий выход (n-2)-ro блока управления подключен к (n-1)-му входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом триггера, выход которого подключен к входу объекта управления, первый, второй, ..., i-й, ..., (и-1)-й выходы которого подключены к (и+2)-му, (n+1)-му, ..., (i+2)-му,..., четвертому входам (n-2)-й прогнозирующей модели, а и-й выход объекта управления соединен с вторым входом блока сравнения, первыйвход которого соединен с внешним источником задающего воздействия, выход блока сравнения сое- динен с и-м входом (n-2)-й прогноэирующей модели, с первым входам 3 (n-2)-го блока управления и со входом блока начальных уставок, выход которого соединен с установочным входом С: триггера, с вторым входом (п-2)-го блока управления, с вторым управляю- д щим входом (n-2)-го коммутирующего устройства первой группы и с первыми входами второго, ..., i-го...., (n-2)-го элементов ИЛИ, выходы которых подключены к вторым входам соот- ветствующих блоков управления и вторым управляющим входам соответствукщих коммутирующих устройств первой грушь«, 1 кроме второго элемента ИЛИ, первые входы блоков управления, кроме (n-2)-ro, подключены к третьим входам соответствующих прогнозирующих моделей, четвертые выходы второго,..., рр

i-ro, ..., (п-2)-ro блоков управления подключены Ко вторым, трет«««««, входам всех предыдущих элем нтов

ИЛА, отличающаяся тc«, «то, с целью сокращения аппаратурных 3(«трат, в систему дополнительно в« (;ле«», функциональный IIPPO«IPI3OBQTCJ«I

1092467 ключей, и-4 коммутирующих устройств второй группы, п-3 коммутирующих устройств третьей группы, выходы которых соединены с третьими, четвертыми... входами прогнозирующих моделей, нечетные входы подключены к первому, второму, ..., i-му. .., (n-1)-му выходам объекта управления, четные входы, за исключением четных входов (n-3)-го коммутирующего устройства,— к выходам последующих коммутирующих устройств второй группы, нечетные входы которых соединены с четвертыми, пятыми... входами соответствующих прогнозирующих моделей, четные входы коммутирующих устройств второй группы соединены с выходами соответствующих прогнозирующих моделей,за исключением последних выходов, первые управляющие входы коммутирующих устройств второй группы соединены с третьими выходами соответствующих блоков управления и.первыми входами ключей, вторые управляющие входы— с вторыми входами соответствующих блоков управления, управляющие входы коммутирующих устройств третьей группы соединены со вторыми входами соответствующих ключей и выходами последующих ключей, за исключением (n-3)-го коммутирующего устройства, управляющий вход которого соединен с третьим выходом (n-2)-го блока управления и вторым входом (и-3) — го ключа, четные входы которого соеди— иены с выходами (и-2)-й прогнозирующей модели, выходы ключей соединены со вторыми, ..., а-ми,..., (и — 2) — ми входами первого элемента

ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом (и-2) — го ключа,; ервый вход ( которого соединен с выходом первого ключа, в т о рой вход — с выходом функционального преобразователя, выходъ| которого соединены с первым и вторым выходами объекта управления, первый вход первого ключа соединен с третьим входом первого блока управления, вторая группа выходов коммутирующих устройств первой группы, за исключением (n-3)-ro коммутирующего устройства, подключена ко вторым, третьим ... входам последующих коммутирующих устройств первой группы.

2. Система по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что i и блок управления i-й прогнозирующей модели содержит первый, второй, ..., (i-1)-й нуль-органы, соединенные входами с первой группой входов i-го блока управления, кроме последнего входа этой группы, а выходами — с входами элемента И, выход которого соединен с первым входом злемента сравнения, второй вход которого соединен с последним входом первой группы входов

i го блока управления, а выход элемента сравнения является третьим выходом i-ro блока управления и соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и единичным входом первого триггера, выход первого элемента ИЛИ является четвертым выходом 1-го блока управления, второй вход соединен с вьгходом элемента И и первым входом второго элемента И 1И, второй вход которого связан с вторым входом

i-го блока управления, выход которо го соединен с первым входом блока пав чальпых уставок, входом элемента задержки, первым входом третьего элемента ИЛИ и нулевым входом первого триггера, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого связан с входом блока сброса, выход которого является первым выходом i-го блока управления, второй вход блока íàчальных уставок является первым входом i-го блока управления, а выход соединен с установочным входом второго триггера, выход которого является вторым выходом i-го блока управления а вход

l связан с. выходом четвертого эле— мента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом элемента задержки, второй,..., (i-2)-й входы соединены с входами второй группы входов i-ro блока управления, (i-1)-й вход соединен с выходом ключа, первый вход которого соединен с выходом функционального преобразователя, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым входами первои группы входов (-ro блока управления, второй вход ключа соединен с вторым входом четвертого элемента ИЛИ.

1092467

Изобретение относится к системам автоматического управления, предназначено для оптимального по быстродействию управления линейными стационарными колебательными динамическими объектами n-ro порядка, последнее звено которых является интегрирующим, и может быть использовано для управления летательными аппаратами, судами на воздушной подушке, электроприводами и химико-технологическими .процессами.

Известна система оптимального управления объектами произвольного порядка, содержащая прогнозирующееустройство, блок управления, блок сравнения, сумматор, блок начальных уставок, триггер fl ).

Однако известная система характеризуется низкими точностью и быстродействием для объектов управления выше четвертого порядка.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система оптимального управления объектами произвольного (n-го) порядка,содержащая блок управления, блок начальных уставок, триггер, коммутирующее устройство и и-1 прогнозирующее устройство, к,".ждое из которых содержит 2 " прогнозирующих моделей, блоков управления (i- максимальный порядок прогнозирующего устройства) и 21 (i>P) коммутирующих устройств (2 1.

Недостатком указанной системы является высокая аппаратурная сложность вследствие многократного дублирования моделей низких порядков при использовании их в прогнозирующих моделях высоких порядков.

Цель изобретения — сокращение аппаратурных затрат.

Поставленная цель достигается тем, что в систему, содержащую первую, вторую,...,i-ю, .. °, (n-2)-ю прогнозирующие модели, выходы которых соединены с первой группой входов, число которых равно порядку соответствующих прогнозирующих моделей, первого, второго,...,i-ro, ...,(n-2)"ro блоков управления, первые и вторые выходы которых подключены к первым и вторым входам соответствующих прогнозирующих моделей, состоящих из последовательно соединенных колебательного звена и.динамических звеньев первого порядка, последнее из которых - интегрирующее, третьи выходы блоков управления подключены к первым входам последующих коммутирующих устройств первой группы, за исключением (n-2)го блока управления, и первым управляющим входам соответствующих коммутирующих устройств первой группы, за исключением первого блока управления, первая группа выходов .Которых подключена к второй группе входов, число которых равно порядку соответствующих прогнозирующих моделей минус три, второго,..., i-го, (n-2) — го блоков управления, третий выход (n-2)-го блока управления подключен к (п-1)-му входу первого элемента ИЛИ, вьгход которого соединен со счетным входом триггера,выход которого подключен к входу объекта управления, первый, второй, i-й,..., (и-l)-й выходы которого подключены к (и+2)-му, (и+1)-му,..., (i+2)-му, ..., четвертому входам (n-2)-й прогнозирующей модели, а и-й выход объекта управления соединен с вторым входом блока сравнения, первый вход которого соединен с внешним.:источником задающего воздействия, выход блока сравнения соединен с и-м входом (n-2)-й прогнозирующей модели, . с.первым входом (n-2)-ro блока уп— равления и со входом . блока начальных уставок, выход которого соединен с установочным входом триггера, с

35 вторым входом (n-2)-го блока управле ния, с вторым управляющим входом (и-2)-го коммутирующего устройства первой группы и с первыми входами второго, ..., i-го,..., (n-2)-го элементов ИЛИ, выходы которых и подключены к вторым входам соответствующих блоков управления и вторым управляющим входам соответствующих коммутирующих устройств первой групЭ пы, кроме второго элемента ИЛИ перУ вые входы блоков управления, кроме (n-2)-го, подключены к третьим входам соответствующих прогнозирующих моделей, четвертые выходы второго-,..., i-го, ..., (и-2)-ro блоков управле50 ния подключены ко вторым, третьим... входам всех предыдущих элементов

ИЛИ, дополнительно введены функциональный преобразователь, и-2 ключей, и — 4 коммутирующих устройств второй

55 группы, и-3 коммутирующих устройств третьей группы, выходы которых соединены с третьими, четвертыми, входами прогнозирующих моделей,не1092ч67

40

1 четные входы подключены к первому, второму,..., i ìó,..., (и 1)-му выходам объекта управления, четные входы за исключением четнйх входов (n-3)-ro коммутирующего устройства,— к выходам последующих коммутирующих устройств второй группы, нечетные входы которых соединены с четвертыми, пятыми,...,входами соответствую щих прогнозирующих моделей, четные входы коммутирующих устройств второй группы соединены с выходами соответствующих прогнозирующих моделей, за исключением последних выходов, первые управляющие входы коммутирующих устройств второй группы соединены с третьими выходами соответствующих блоков управления и первыми входами ключей, вторые управляющие входы — с вто1,ыми входами соответствующих блоков управления„ управляющие входы коммутирующих устройств третьей группы соединены с вторыми входами соответствующих ключей и выходами последующих ключей за исключением (n-3)-го коммутирующего устройства, управляющий вход которого соединен с третьим выходом (n-2)-го блока управления и вторым входом (n-3)-го ключа, четные входы которого соединены с выходами (и-2)прогнозирующей модели, выходы ключей соединены с вторым,..., i-м,..., (п-2)-м входами первого элемента

ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом (и-2)-ro ключа, первый вход которого соединен с выходом первого ключа, второй вход — " выходом функционального преобразователя, выходы которого соединены с первым и вторым выходами объекта управления, первый вход первого ключа соединен с третьим выходом первого блок» управления, вторая группа выходов коммутирующих устройств первой группы, за исключением (и-3)-го коммути-. рующего устройства, подключена ко в..арым, третьим... входам последующих коммутирующих устройств первой группы.

При этом i-й блок управления i-й прогнозирующей модели содержит первый, второй,...,(i — 1)-й нуль-органы, соединенные входами с первой группой входов 1-го блока отравления,кроме последнего входа этой группы, а выходами — с входами элемента И, выход которого соединен с. первым входам ) пе:.1е нтя ср аннеHI/B, н r np(rrr вход которого соединен с последним входом первой группы входов i-га блока управления, а выход элемента сравнения является третьим выходам 1-го блока управления и соединен с первым входом первого элемента И51 и единичным входом первого тригi ep выход первого элемента ИЛИ является четвертым выходом i-го блока управления, второй вход соединен с выходом элемента И и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого связан с вторым входом i-ro блока управления, выход которого соединен с первым входом блока начальных устаВоК входом элемента задержки, первым входом третьего элемента ИЛИ и нулевым входом первого триггера, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И1П1, выход которо— го связан с ьходом блока сброса,выход которого является первым выхо— дам з.-га блока управления, второй вход блока начальных уставок является первым входам i-го блока управления, а выход соединен с установочным входом второго триггера, выход которого является вторым выходом i-го блока управления, а вход связан с выходом четвертого элемента ИХП1,первый вход которого соединен с выходом элемента задержки„ второй (i-2)-й входы соединены с входa— ми второй группы входов i-го блока управления, ()-1)-й вход соединен с выходом ключа, первый вход которого соединен с выходам функционального преобразователя, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым входами первой группы входов

i — ãî блока управления, второй вход ключа связан со вторым входом четвертого элемента ИЛИ. функциональный преобразователь содержит первый, второй,..., (2-1) — и нелинейные элементы, соединенныс между собой последовательно через второй, третий, ..., 2-й масштабные элементы, причем выходы всех нелинейных элементов соединены с вторым, третьим,..., 2-м входами сумматора, выход которого является выходом функциональнога преобразователя„ а первый вход сумматора через первый масштабный элемент соединен с входами второго масштабного элемента, являкщегося входом функционального преобразователя, а вторые входы нелипейных элементов соединены с выхо:roì

А1„х„+ А1у + А„

А х„

2 .х2

-х

3 х

1 х

2 х

X4= где А„„, А„, Аз,А, — постоянные коэффициенты.

Система оптимального управления колебательными объектами произвольного порядка содержит первую 1,вторую 2,..., i-ю 3,...,(n-3)-ю 4, (n-2)-ю 5 прогнозирующие модели,выходы которых соединены с первой 25 группой входон, число которых равно порядку соответствующих прогнозирующих моделей, первого 6, второго 7,..., i--го 8,...,(ri-3)-го 9, (и-2)-го 10 блоков управления, первые и вторые выходы которых подключены к перзым и вторым входам соответствующих прогнозирующих моделей 1,2,..., 3,..., 4,5, третьи выходьt блоков управления 6,7,..., 8,...,9,10 подключены

35 к первым входам последующих коммутирующих устройстн первой группы 11 !

1 2,..., 1 3, 1 4 за исключением (и-2) -го блока управления 10, и первым управляющим входам соответствую40 щих коммутирующих устройств первой группы 11,...,12,...,13,14,за исключением первого блока управления 6, первая группа выходов которых подключена к второй группе входов, число

45 которых равно порядку соответствующих прогнозирующих моделей минус три, второго 7, ..., i-го 8...,, (п-3)-го 9, (n-2)-ro 10 блоков управления, третий выход (n-2)-го блока управления 1О подключен к (n-1)му входу первого элемента ИЛИ )5, выход которого соединен со счетным входом триггера 16, выход которого подключен ко входу объекта управления 17, первый, второй,..., i-й,..., (n-1)-й выходы которого подключены к (и+2)-му, (п+1) — му,...,(+2)-му, четвертому входам (n-2)-й прогS 10924 источника опорных напряжений,i-е коммутирующее устройство первой,второй и третьей группы состоит из ключей.

На фиг.1 приведена блок-схема

5 предлагаемой системы; на фиг.2 — то же, i-ro блока управления, i-й прогнозирующей модели и i-х коммутирующих устройств; на фиг.3 — то же, функционального преобразователя; на

1 фиг.4 — временные диаграммы системы 4-ro порядка вида

67 б ноэирующей модели, а и-ый выход объекта управления 17 соединен с вторым входом блока сравнения 18,первый вход которого соединен с внеш1ним источником задающего воздействия, выход блока сравнения 18 соединен с и-м входом (и-2)-прогноэирующей модели, первым входом (и-2)-го блока управления 10 и входом блока начальных устанок 19, выход которого соединен с установочным входом триггера 16,вторым входом (n-2)-го блока управления

10, вторым управляющим входом (п-2)го коммутирующего устройства первой группы 14 и первыми входами второго

20, третьего 21,..., i-го 22,.. °, (n-2) — го 23 элементов ИЛИ, выходы которых подключены к вторым входам соотнетствуюи тх блоков управленцу!я 6, 7,...,8,....,9 и вторым управляющим входам соответствующих коммутирующих устроистн первой группы 11,...,12

13,14,кроме второго элемента ИЛИ 20, первые входы блоков управления 6,7, ...,8,...,9,10, кроме (n-2)-ro, подключены к третьим входам соответствующих прогнозирующих моделей

2,...,3,...,4,5, четвертые выходы второго 7, ..., i-го 8,..., (и-3)-го

9, (и-2)-го 10 блоков управления подключены ко н-.срым,...,23, выходы первого 24,второго 25,.... (i-2)-го

26,..., (n-3)-rо 27 коммутируюцих устройств третьей группы соедине с третьими. четвертыми,... входами прогнозирующих моделей, нечетные входы подключены к первому, второму, -му,..., (n 1)-му выходам объекта управления 17, четные входы,за исключением (и-3) — го коммутирующего устройства 27, — к выходам последуюших коммутирующих устройств второй группы 28,...,29,...,30,нечетные выходы которых соединены с четвертыми. пятыми...,входами соотнетствующих прогнозирующих моделей 2....,3 Ä,,...4, четные входы коммутирующих устройств второй группы 28,...,29,..., 30 "îåäèíåíû с выходами соответствующих прогнозирующих моделей 2...3,„, ...,4,5 . за исключением последних выходов, первые управляющие входы коммутирующих устройств второй группы 28,...,29,...,30,31 соединены с третьими выходами соответствующих блоков управления 7,...,8,...,9,10 и первыми входами ключей 32,...,33..., 34, вторые управляющие входы — с вторыми входами соответствующих бло1092467 ков управления 7, ° ° °,8,...,9, )O,ónравляющие входы коммутирующих устройств .третьей группы 24,25,...,26„,, ...,27 соединены. с вторыми входами соответствующих ключей 34,31,...,32,„,g ...,33 и выходами последующих ключей 31,..., 32,...,33, за исключением

1(n-3)-го коммутирующего устройства

27, управляющий вход которого непосредственно соединен с третьим входом (n-2)-ro блока управления 10 и вторым входом (и-3)-ro ключа 33, а четные входы которого непосредственно соединены с выходами (n-2)-й прогнозирующей модели 5, выходы ключей

34,31 32,...,33 соединены с вто-рым,..., i-м,...,(n-2)-м входами первого элемента ИЛИ 15, первый вход которого соединен с выходом (n-2)-го ключа 35, первый вход ко орого соеди- 2О нен с выходом первого ключа 34„ второй вход -с выходом функционального преобразователя 36, входы которого соединены с первым и вторым выходами объекта управления 17, первый вход первого ключа 34 соединен с третьим выходом первого блока управления б, вторая группа выходов коммутирующих устройств первой группы 11,...,12...,, !

3,14 за исключением (n-3)-го комму- 10 тирующего устройства 14, подключена к вторым, третьим.... входам последующих коммутирующих устройств первой группы. Причем i-й блок управления

8-й прогнозирующей модели содержит ,первый 37, второй 38,..., k-й 39, (i-2)-й .40, (i-1)-й 41 нуль-органы, соединенные входами с первой группой входов i-го блока управления, кроме последнего входа этой группы, а выходами — с входами элемен"."a

И 42, выход которого соединен с первым входом элемента сравпения 43, вто— рой вход которого соединен с последним входом первой группы i-го блока управления 8,а выход элемента сравнения 43 является третьим выходом

i ãî блока управления 8 и соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 44 и < единичным входом первого триггера 45, выход первого элемента

ИЛИ 44 является четвертым выходом

i-го блока управления 8, второй вход соединен с выходом элемента И 4? и первым входом второе.о элемента ИЛИ 46, второй вход которого связан с вторым входом i-го блока управления 8, . выход которого соединен с первым входом блска начальных уставок 47, входом элемента задержки 48, первым входом третьего элемента ИЛИ 49 и нулевым входом .первого триггера 45, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ 49, выход которого связан с входои блока сброса 50, выход которого является первым выходом i-го блока управления 8, второй вход блока начальных уставок 47 является первым входом

i-го блока управления 8, а выход соединен с установочным входом второго триггера 51, выход которого является вторым выходом i — го блока управления 8, а выход связан с выходом четвертого элемента ИЛИ 52, первый вход которого соединен с выходом элемента задержки 48, второй,...,(i-2) — и входы соединены с входами второй группы входов i-го блока управления 8, (i-1)-й вход соединен с выходом ключа 53, первый вход которого соединен с выходом функционального преобразователя 54, первый H второй входы которого соединены с первыи и вторым входами первой группы входов i-го блока управления 8„ второй вход ключа

53 соединен с (i-2)-и входом четвертого элемента ИЛИ 52, à i — е коммутирующее устройство третьей группы 26 содержит первый 55, второй 56, k-й 57,..., (i-2)-й 58, (i-1)-й 59, i--й 60 ключи, i-я прогнозирующая «одель 3 содержит колебательное звено

61 u i-2 последовательно соединенных динамических =-веньев первого порядка

62....,63, {i-1)-е коммутирующее устройство второй группы 29 содержит первый 64, второй 65,..., k-й 66,..., (i-2)-й 67, (i-1)-й 68 ключи, (i — 1)-е коммутирующее устройство первой группы 12 содержит первый 69,..., k-й 70„. (i-3)-й 71 ключи, функциональный преобразователь 37 содержит первый

72, второй 73,..., (2-1)-й 74 нели- нейные элементы, соединенные между собой последовательно через второй 75, третий 76,..., Р-й 77 масштабные элементы, причем выходы всех нелинейных элементов 72,73,...,74 с.оединены с вторым, третьим 2-м входами сумматора 78, выход которого является выходом функционального преобразователя 37, а первый вход сумматора 78 через первый масштабный элемент 79 соединен с входом второго масштабного .элемента 75, являющегося входом функционального преобразователя 37,а вторые входы нелинейных элементов 72, 109246!

9

73,..., соединены с выходом источника опорных напряжений 80.

Оптимальной задачей по быстродействию системы управления объектами произвольного порядка является 5 формирование последовательности оптимальных управлений вида +Б „,а«, U a« +Птах пН !!мах +(!млх (1д э где U à„- максим льное значе ие управляющих воздействий как функции фазовых координат объекта управления.

При этом система реализует нелинейный закон управления, для реализации которого могут быть использованы модели, многократно и в "быстром" времени реализующие уравнение движения объекта.

Предлагаемая система обеспечивает оптимальное по быстродействию управление с (n-1)-м переключением управле20 ния, когда коэффициент затухания колебательного звена больше 0,215 и при начальных условиях (-х,!(0) = х х2(О) = ... = х (О) = О. 25

Весь период работы предлагаемой системы условно разобьем на три этапа.

Первый этап начинается после пода- З0 чи задающего воздействия на блок сравнения 18 и заканчивается первым пе-! реключением управления на объекте 17.

На этом этапе (п-2)-я прогнозирующая модель 5 находится в режиме периодического решения, а остальные прогно35 зирующие модели находятся или в режиме периодического решения, нли в ре; жиме задания начальных условий.

Второй этап начинается с момента

40 отключения (перевода в режим начальных условий) (n-2)-й прогнозирук щей модели 5 и заканчивается (n-2)-м (предпоследним) переключением управления на объекте 17. На этом этапе

45 сигналы на второе, третье,..., (n-2)-е переключения на объекте 17 поступают на триггер 16 через элемент

ИЛИ 15, ключи 33,...,31,...,34 с блоков управления 9,...,8,...,7,6, после чего соответствующие прогнозирую50 щие модели 4,...,3,..., 2,1 отключаются, Третий этап начинается с момента отключения первой прогнозирующей модели 1 и кончается попаданием объекта 17 в заданное конечное состояние, На этом этапе функциональный преобразователь 36 дает последнее, (n-1)-е переключение управяения на объекте 17

Предлагаемая система работает следующим. образом.

lia первом этапе изменение значений задающего воздействия 9 в виде напряжения, поступающего на вход блока сравнения 18, приводит к появлению на его выходе отклонения регулируемой переменной дХ„.По знаку йХ > ббллоокк,начальных уставок 19 (выполненный на базе компаратора 521 СА 1,2 или 3) выдает кратковременный сигнал, который производит установку триггера 16, тем самым производится выбор значения управления на начальном участке движения объекта управления 17. По этому же сигналу, поступающему на вторые входы блоков управления 6,7,,,8, ...,9,10 и вторые управляющие входы коммутирующих устройств первой и второй группы 11,..., 1 2, ..., E 3, 14 и 28, ...29, ..., 30 через элементы И!Ж 20,21,...,22,...23 (а на блок управления 10 и коммутирующее устройство 14 непосредственно), блоки управления переводят все прогнозирующие модели, работающие в различных ускоренных масштабах времени, в режим периодического решения, подключают выходы коммутирующих устройств второй группы к выходам соот .ветствующих прогнозирующих моделей и входы коммутирующих устройств первой группы ко входам соответствующих блоков управления. Кроме того, в начальном состоянии ключи 34, 31,...,32,..., 33 закрыты и выходы коммутирующих устройств третьей группы 24,25,..., 26,... подключены к выходам последующих коммутирующих устройств второй гругпы 28,...,29,...,30,... (выходы коммутирующего устройства 27 подключены к выходам (n-2)-й модели 5),После подачи начального управления на объект !7 текущие координаты его Х, Х,...,Х, поступают на входы (и-2)-й прогнозирующей модели i-го порядка 5, которая, подобно остальным моделям, вычисляет, какого значения достигнет координата Х, если, начиная с данного момента, система (п-1)-го порядка будет переведена в заданное равновесное состояние. В свою очередь, координаты всех моделей 5,4,...,3,2,кроме первой 1, поступают через коммутирующие устройства второй и третьей групп в предыдущие модели 4,...,3, ...,2, 1. Начальное управление на

1092467

12 модели 5 выбирается аналогично управлению на объекте 17 путем подачи сигнала с выхода блока сравнения 13 на первый вход блока управления 10, а на остальных моделях — путем подачи сигнацов с последних выходов сооТветствующих коммутирующих устройств третьей группы на те же входы блоков управления. Первая модель в ускоренном масштабе времени решает укорочен- 1О ную на и-3 порядка систему уравнений (третьего порядка) динамики обьекта. После задания начального управления на вход модели 1 в виде 1<т0=

=-g

Момент второго переключения определяется функциональным преобразователем, входящим в блок управления 6, п<25 еле чего координаты модели 1Х„(т) ),Х.(V ) ! принимают нулевое значение. Тогда блок управления 6 кратковременно переводит модель 1 в режим задания начальных условий, после чего восстанавли- 30 вается первоначальное управление на модели .l и она пеоеводится в режим периодического решения и т. д. Это повторяется до тех пор,пока элемент сравне) ния блока управления 6 не определит пеI ремену знака координат X> (.!1<) приХ (фХ (4Ъ

= U, что свидетельствует о прохождении отображающей точки модели 1 через начало координат в трехмерном пространстве. В результате, сигнал с блока управления 6 поступает через коммутирующее устройство первой группы

11 на вход блока управления 7, кото в<й производит второе переключение управления на модели 2, решающей

=истему уравнений четвертого порядка, Первое переключение в этой модели, как и в остальных, производится сраву же после поступления начальных ус.товий спустя некоторый отрезок времени. Одновременно блок упоавления

6 переводит модель в режим задания начальных условий до тех пор, пока сигнал с последующей модели 2 не переведет ее в прежний режим.

Третье переключение управления на второй модели 2 производится блоком управления 7 аналогично первой модели 1 и, как только координаты

1З(4 ),Y {4,Х„(Ямодели 2 примут нулевое значение, блок управления 7 кратковременно переведет модель 2 в режим начальных условий, а сигнал с четвертого выхода блока управления 7 через элемент ИЛИ 20 поступит на блок управления 6, переводя модель 1 в режим периодического решения .

Весь цикл работы первой и второй моделей повторяется до тех пор, пока элемент сравнения блока управления

7 не определит перемену знака координаты K (V ) при К„(V )=X (4 )=Х(4 ) = О, в результате чего сигнал с третьего выхода блока управления 7 пос-уиает через последу<ощее коммутируюшес устройство первой группы на вход последующего блока управления, который производит второе переключение управления на третьей прогнозирующей модели пятого порядка. Одновременно с этим блок управления 7 переводит модель 2 в режим задания начальных vcловий, модель 1 — в режим периодического решения,, подкпючает вход коммутирующего устройства 11 к входу последующего коммутирующего устройств < 3T0H Fpv : Ibl а выходы KoNMy тир ую щего устройства; ретьей группы 25 подключает ко Bõîäàì коммутирующего устройства этой группы 24 посредством коммутирующего устройства второй группы 28. В результате координаты третьей моделиХ„(Ф), Х (V ), Х (4 ) поступают как начальное условие и модель 1.

Как только координаты модели 1 попадут в нуль. блок управления 6 выдаст

cI-.ãíàë, который пройдет через коммутирующее устройство 11 и последующее коммутирующее устройство этой группы на вход блока управления третьей моделью, определяя третье (предпослед— нее) переключение этой модели. Послед— нее переключение управления ею произойдет по „сигналу с соответству:ощего блока управления, После попадания четырех координат третьей модели Х (y>), )((ът),К (< ),Õ„{V )a: уль первая и вторая модели 1 и 2 переведутся в режим периодического решения, коммутирующие устройства первой и второй группы 11 и 28 переключатся в прежнее положение, и описанный цикл работы будет повторяться до тех пор, пока все пять координат третьей модели не по— падут в нуль и т.д.

Рассмотрим работу i-й прогпозиру—

|ошей модели (1+2) -го порядка 3. 1ля

1092467 выбора начального управления на моде— ли 3 сигнал с последнего выхода -;oMмутирующего устройства третьей группы 26 подается на вход блока начальных уставок 47 (фиг.2), который уста- 5 навливает триггер 51 в состояние — sign Xg g(4 ") .Èeðâîe переклю чение управления осуществляется переброской триггера 51 по сигналу, проходящему через четвертый элемент

1О

ИЛИ 52 с элемента задержки 48, реализующего запаздывание на время О

1 сигнала, поступающего через второй элемент ИЛИ 46 или с выхода элемента И 42 или с выхода элемента ИЛИ 22. 15

Второе, третье,..., i-е переключения управления осуществляются триггером 5) по сигналам, поступающим через элемент ИЛИ 52 и ключи 69,..., 70,...,71 коммутирующего устройства первой группы 12 с третьих выходов предшествующих блоков управления

7,6. Последнее переключение управления осуществляется сигналом с выхода функционального преобразователя 54, реализующего два полувитка спирали линии переключения колебательного звена путем суммирования характерис еик всех нелинейных элементов 72, 73,..., 74 и линейной функции входного сигна- ЗО ла, получаемой с выхода мася т; . ного элемента 79 в сумматоре 78. Это: си«нал проходит через ключ 53, который открывается сигналом на предыдущее переключение и поступает через элемент

ИЛИ 52 на триггер 51. Как только координатыХ, (41),Х,(«11),„,Х„(1 1модели 3 примут нулевое .значение, нуль-органы 37,38, ...,39,...,40,41 сработают и на выходе элемента И 42 появится сигнал, 4g который;во-первых, поступает на первый вход элемента сравнения 43, на выходе которого сигнал отсутствует,. так как старшая координата К (4 )не изменила знак; во-вторых, пройдя че- 45 рез первый элемент ИЛИ 44, переведет все предь«дущие модели 1,2,... в режим периодического решения и переключит соответствующие коммутирующие устройства первой и второй группы 11,...,5О и 28,... в первоначальное положение; в-третьих, пройдя через второй элемент ИЛИ 46, поступает на блок начальных уставок 47, восстанавливая первоначальное значение управления на модели 3, на нулевой установочный вход первого триггера 45 и третий элемент ИЛИ 49, а затем на блок сброса 50 (реле, осуществляющее пе-реключения в схеме модели, в результате чего модель переходит из режима периодического решения в режим задания начальных условий путем размыкания входных цепей и зарядки конденсаторов цепи обратной связи до напряжений, соответствующих начальным условиям ), который на время присутствия на его входе сигнала переводит модель 3 в режим задания начальных условий, а затем возвращает ее в режим периодического решения; в-четвертых, пройдя через элемент ИЛИ 46, поступает на элемент задержки 48, производя .первое переключение на модели 3. После этого описанные циклы работы 1-и модели 3,будут повторяться до тех пор, пока зсе координаты этой ."оделиХ,. „;(4 ),Х (g ).ДХ.(фre примут нулсвые значейия. Тогда, после срабатывания нуль-органоь- 37,38,...,39, ...,40,41 сигнал с выхода элемента

И 42 поступит на блок сравнения 43, который определит перемену знака коорI динаты Х,; iaaf) . .f . Сигнал с блока сравHg нения 43 поступает: во-первых, через элемент ИЛИ 44 на все предшествующие блоки управления и коммутирующие устройства первой и второй групп, произвсдя описанные переключения; во-втоpbf«:„ íà единичный вход . триггера 45, который воздейст ..óåò на блок сброса

50, Гереиодящнй модель 3 в режим з;- isния началь««ых условий; в-третьих. на первый управляющий вход коммутирующего устройства 122. поцключая его входы к выходам послсдуюцего коммутиру1— щего устройства первой группы; в-четвертых, на послецующий блок упра.зле— ния через соответствукщее коммутирующее устройство первой группы, осущес: вляя второе переключение на (i+1)-й модели: в-пятых, на первый, управляющии вход коммутирующего устройства ?9,подключая выходы era к выходам коммутируюшего устройства трет ей гру«1пы 26, в рез ;«ьтате чеГО координаты (i+1)-й модели Х;(V"),Х (4 )„.,",(} поступают как начальные условия в (i-!)-ю модель. Модель 3 вновь переводится в режим периодического решения по сигналу, поступающему ffa второй вход блока управления 8 через элемент ИЛИ 22 с одной из по