Способ формирования управляющего воздействия систем автоматического регулирования

Способ формирования управляющего воздействия систем автоматического регулирования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

32080 5

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВКДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства М

МПК G 05Ь 21/02

Заявлено 20.XI.1969 (№ 1376837/18-24) с присоединением заявки Ко

Приоритет

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.3.078(088.8) Опубликовано 04.Х1.1971. Бюллетень ЛЪ 34

Дата опубликования описания 20.1.1972

Авторы изобретения

П. А. Илюхин и В. Н. Силаев

Заявитель

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ в Способ относится к технике автоматического регулирования и может быть использован для регулирования различных объектов при наличии высокого уровня помех на входе системы, а также при высоком уровне высокочастотных шумов ее аппаратуры.

Известен способ формирования управляющего воздействия с использованием переменных структур, заключающийся в том, что на основе измерения сигнала ошибки системы формируется сигнал функции переключения в виде суммы сигналов ошибки и ее производных с числом членов на единицу меньше порядка системы. По сигналу функций переключений в зависимости от совпадения или несовпадения его знака и знака сигнала ошибки и его производных переключается сигнал ошибки, сигналы ее производных, а также некоторые промежуточные координаты таким образом, что при совпадении знаков сигнала переключения с переключаемым сигналом последний подключается на управление согласно устойчивой структуре, а при несовпадении их знаков — по неустойчивой структуре. Благодаря этому в системе устанавливается скользящий режим, ее поведение определяется управлением функции переключений и не зависит от изменения параметров регулируемого объекта. Ошибка системы при этом за счет переключений изме- 30 ряемых входных сигналов или некоторых координат системы, например координаты исполнительного привода, стремится к нулю, т. е. обеспечивается астатизм высокого по. рядка.

Недостаток рассмотренного способа связан с трудностями получения производных высокого порядка в условиях шумов и с невозможностью выполнения поэтому условия скользящего режима, что приводит в случаях высокого уровня шумов к утрате системами приемных структур описанных положительных свойств.

Известен также способ, обеспечивающий некоторое повышение помехоустойчивости за счет предварительной линейной фильтрации сигнала ошибки и снижения порядка производных, формируемых в функции переключения. В известном способе это достигается за счет компенсирующего эту фильтрацию дифференцирования после переключений во вспомогательном контуре, сформированном с помощью промежуточных координат объекта на основе принципов переменных структур.

Этот способ формирования управляющего воздействия позволяет сохранить работоспособность систем с переменной структурой только при наличии относительно невысокого уровня шумов путем обеспечения частотно скользящих режимов. При высоком уровне

320805

3 шумов известный способ не обеспечивает получения производных высокого порядка, так как наличие существенных нелинейностей в самой системе, например в исполнительных приводах, не обеспечивает достаточного подавления уровня шумов в ней.

В отличие от известного способа исходные сигналы переключения и переключаемые сигналы по предлагаемому способу не используются непосредственно в переключениях, характерных для систем переменной структуры, а применяются для формирования из них и из их производных дополнительных сигналов, которые и посылают на кусочнолинейные переключения, свойственные переменным структурам. Получение этих дополнительных сигналов с помощью указанного принципа нелинейной компенсации шумов поясним на примере переключаемого сигнала, пропорционального сигналу по первой производной ошибки системы. Исходный переключаемый сигнал дополнительно дифференцируется один или (и — 1) раз, выделяется сигнал, равный по величине первой его производной, далее абсолютные величины производных фильтруются и путем алгебраического суммирования исходного сигнала с зафильтрованным сигналом абсолютной величины производной соответствующего знака формируется сумма и разность исходного переключаемого сигнала и зафильтрованного сигнала абсолютной величины его производной. При положительном значении первой производной исходного сигнала на переключение подается сигнал, пропорциональный разности указанных сигналов, при отрицательном знаке производной исходного сигнала — пропорциональный сумме этих сигналов.

Аналогично преобразуется сигнал ошибки и остальные исходные переключаемые сигналы и сигналы переключения.

Преобразования сигналов можно записать в следующем виде:

I i (у„- (/) — I 4 (/) I) при ру,, (/) ) 0 ® $Л,(g„(t)+,(t) ) при pg„(t) 0

Н где р=

df у1; (/) — сигнал, в качестве которого может быть соответствующий исходный переключаемый сигнал или исходный сигнал переключения; у;() — преобразованный сигнал переключения или переключаемый сигнал;

4 (t) — зафильтрованный сигнал абсолютной величины производной соответствующего исходного сигнала; й, — коэффициент пропорциональности.

Сигналы, полученные преобразованием исходных сигналов, согласно формуле (1) подаются на кусочно-линейные переключения, выполняемые по известным приемам систем

4 переменной структуры с той лишь разницей, что при этом переключаются соответствующие преобразованные по формуле (1) сигналы.

Переключения выполняются таким образом, что при совпадении знаков преобразованных сигналов переключения и переключаемых сигналов последние подключаются на управление согласно устойчивой структуре, а при несовпадении знаков этих сигналов — согласно неустойчивой структуре. Полученные после переключения сигналы дополнительно преооразуются в обратной последовательности по сравнению с формулой (1), т. е. формируется сумма и разность переключенного сигнала и зафильтрованного сигнала абсолютной величины производной соответствующего ему исходного сигнала; затем при положительном знаке первой производной исходного сигнала используются сигналы, равные сумме указан20 Hblx си. алов, при отрицателы1ом — раз о этих сигналов. Преобразование описывается формулой: (А, (х, + 1,. (t) ) при pg„(t) ) 0

25 И;(х — I(z(/)Ц при pgit(t) (О)

zi () = (2) где х., — переключенный сигнал i-й цепи.

Сигналы после преобразования согласно формуле (2) суммируются с целью получения сигнала управления приводом. Полученный суммарный сигнал далее дифференцируется с целью компенсации фазового запаздывания и подается на обработку приводом системы.

Чтобы обеспечить необходимое качество регулирования системы и ее устойчивость в

35 случае существенного изменения параметров объекта при работе системы в режиме простых переключений и увеличить степень подавления помех в заданной полосе частот сигнал управления приводом подвергают преобразованию в соответствии с формулой (1.).

В этом случае в качестве слагаемых и вычитаемых в формуле (1) используются зафильтрованные сигналы абсолютных величин, производных некоторых промежуточных коор45 динат или выходной координаты системы, а также некоторых преобразованных производных сигнала ошибки. Сигналы промежуточных координат или сигналы выхода системы в этом случае дифференцируются, выделяется зафильтрованный сигнал абсолютной ве.:ичины и формируются суммы и разности исходного сигнала управления приводом и каждого зафильтрованного сигнала абсолютных величин производной сигнала промежу55 точной или выходной координаты системы и зафильтрованного сигнала абсолютной величины некоторых производных сигнала ошибки. В случае положительного знака первой производной исходного сигнала управле60 ния приводом на отработку приводом подается сигнал полученной разности, а в случае отрицательного значения указанноь производной — сигнал суммы. Для установления скользящего режима подключение сиг65 налов суммы и разности, использующих в

320805

5 качестве слагаемых зафильтрованные сигналы абсолютных величин производных ошибки и возможно сигнала переключения, формирование преобразованного сигнала управления приводом производят при обратном соотношении знака первой производной исходного сигнала управления. Иными словами, при положительном знаке его первой производной используют сигнал суммы, при отрицательном — сигнал разности исходного сигнала управления приводом и зафильтрованного сигнала абсолютной величины, соответствующей преобразованной или непреобразованной производной ошибки системы, а также сигнала переключения. Полученный в результате суммирования составляющих преобразованный сигнал управления далее дифференцпруется и подается на отработку приводом системы.

Блок-схемы, приведенные на фиг. 1 и 2, иллюстрируют предлагаемый способ.

На фиг. 1 и 2 обозначено:

1 — датчик сигнала ошибки системы;

2 — фильтр;

8 — блок формирования исходного сигнала переключения;

4 — 6 — блоки формирования исходных переключаемых сигналов по ошибке системы по первой и i-й ее производной;

7 — 8 — блоки дифференцирования соответствующих исходных сигналов;

9 — 12 — блоки формирования абсолютных величин производных исходных сигналов соответствующего знака;

18 — 16 — блоки фильтров;

17 — 26 — суммирующие блоки;

27, 28 — логические элементы выделения преобразованных сигналов;

29, 80 — блоки формирования преобразованных сигналов;

81 — 88 — элементы кусочно-линейного переключения сигналов, учитывающие знак соответствующих переключаемых сигналов и сигналы переключения д (1);

84 — 86 — элементы компенсационного преобразования нереключенных сигналов;

87 — суммирующий блок формирования исходного сигнала управления приводом z(t);

41, 42 — блоки дифференцирования сигнала промежуточной координаты c(t) и исходного сигнала управления z (t);

48, 44 — блоки формирования абсолютных величин производной координаты с (/) соответствующего знака;

45, 46 — фильтры;

47 — 50 — суммирующие блоки;

51, 52 — логические элементы выделения составляющих преобразованного сигнала;

58 — суммирующий блок формирования преобразованного сигнала управления приводом z (t).

Схема, показанная на фиг. 1, работает следующим образом, Сигнал ошибки системы x<(t) измеряется

65 б в датчике 1 как разница между входным сигналом / (/) и выходным сигналом q;(t), сигнал ошибки фильтруется в фильтре 2 и путем многократного дифференцирования сигнала х, (1) и суммирования полученных производных с сигналом ошибки х (/) в блоке формирования исходного сигнала переключения 8 полу. чается сигнал переключения g>(t), а в блоках 4 — 6 формируются исходные переключаемые сигналы, пропорциональные соотвЕтственно ошибке системы, первой и i-й ее производной, где i 1,..., n — 1 (и — порядок системы) .

Из указанных исходных сигналов согласно предлагаемому способу формируются преобразованные сигналы, которые подаются в элементы кусочно-линейного переключения

81, 82, 88, Порядок операций, которым подвергаются исходные сигналы, рассмотрим на примере получения преобразованного переключаемого сигнала по производной сигнала ошибки (по остальным сигналам этп операции аналогичны). Исходный переключаемый сигнал рх>, с выхода блока 5 преобразуется в блоке 8, представляющем собой реальное дифференцирующее звено. Сигнал с выхода блока 8, пропорциональный производной сигнала рх>, подается на входы блоков 11 и 12.

Сигналы с выходов блоков 11 и 12 фильтруются в блоках 15 и 16 и поступают в блоки суммирования 19 и 20, где формируется сумма и разность исходного переключаемого сигнала рх с выхода блока 15 и зафильтрованных сигналов абсолютной величины его производной + I i I и д с выходов блоков 15 и 16. Сигналы, пропорциональные сумме (блок 19) и разности указанных сигналов (блок 20), вместе с сигналом первой производной с выхода блока 8 поступают на входы логического элемента выделения преобразованного сигнала 28, который в соответствии с формулой (1) в случае положительного знака первой производной исходного сигнала рх> выделяет на выходе сигнал, пропорциональный разности сигналов, а в случае отрицательного знака первой производной, т. е. р х — сигнал, пропорциональный сумме указанных сигналов. Аналогично преобразуются сигналы ошибки и i-й ее производной в блоках формирования преобразованных сигналов

29, 80 соответственно. Блоки 29, 80 содержат как составляющие элементы, аналогичные элементам 7, 9, 10, 18, 14, 17 и 18, входящим в блок формирования преобразованного переключаемого сигнала рх или соответствейно элементам 7, 9, 10, 18, 14, 17 и 18 входящим в блок формирования преобразованного сигнала переключения полярностей связей между группой элементов контура управлейия ь (1).

Преобразованный переключаемый сигнал рх с выхода блока 28 и преобразованные ( переключаемые сигналы, пропорциональйые сигналам ошибки х(/) с выхода блока 29, сигналам i-й производной с выхода блока 80, 320805

15 го г5

3о

7 подаются на соответствующие входы элементов кусочно-линейного переключения Л вЂ” 88.

В элементах Л вЂ” 38 происходит подключение преобразованных переключаемых сигналов в зависимости от совпадения их знаков со знаком преобразованного сигнала переключения полярностей связей g (t) в соответствии с устойчивой или неустойчивой структурой.

Далее сигналы с выходов элементов 81 — 33 подвергаются компенсационному преобразованию в соответствии с формулой (2), для чего формируются сигналы суммы и разности этих сигналов с зафильтрованными сигналами абсолютных величин производных переключаемых сигналов в блоках 21 — 26 соответственно. Сигналы суммы и разности с этих блоков поступают на входы элементов компенсационного преобразования 84 — 86, на управляющие входы которых подаются сигналы, пропорциональные первым производным исходных переключаемых сигналов с выходов блоков 29, 8 и 80 соответственно.

Скомпенсированные, преобразованные переключенные сигналы с выхода элементов 84—

86 подаются на вход суммирующего блока

87, с выхода которого получают исходный сигнал управления приводом z(t). Для компенсации фазового запаздывания, вносимого фильтром 2 и отчасти нелинейными преобразованиями, сигнал управления приводом дифференцируют в блоке 88 и подают на отработку приводом 89 системы.

С целью повышения помехоустойчивости системы за счет снижения уровня высокочастотных помех исходный сигнал переключения полярностей связей, сформированный в блоке 8, может быть получен путем суммирования преобразованных сигналов ошибки и (и — 1) производных, полученных в блоках формирования преобразованных сигналов соответственно с выхода блоков 18, 22, 24 ит.д.

На фиг. 2 приведены элементы и блоки, введенные для повышения устойчивости системы.

Повышение устойчивости достигается с помощью преобразования исходного сигнала управления z (t) с использованием сигналов промежуточной координаты c(t) и зафильтрованного сигнала абсолютной величины преобразованной i-й производной сигнала ошибки, а также, возможно, производной сигнала переключения. Использование зафильтрованных сигналов преобразованных производных обеспечивает в режиме простых переключений увеличение подавления полосовых помех в случае применения преобразования по формуле (1) или обеспечение более надежного скользящего режима в случае применения преобразования по формуле (2).

Рассмотрим случай преобразования сигнала z, (t) согласно формуле (1).

Преобразование сигнала управления приводом z (t) в соответствии с формулой (1) 8 производится в блоках 42 — 50 таким образом, что на выходе логического элемента 51 в случае отрицательного знака его первой производной получается сигнал суммы исходного сигнала управления приводом z", (/) и зафильтрованного сигнала абсолютной величины производной промежуточной коордипаты c(t), получаемого с помощью блоков

41, 48, 45, 47.

В случае положительного знака производной сигнала управления приводом zz (t) получается разность указанных сигналов, формируемых с помощью блоков 44, 46 и 48 соответственно. Сигнал с выхода элемента 51 подается на вход суммирующего блока 58.

В блоках 49, 50 формируется сумма и разность исходного сигнала управления приводом я," (t) и зафильтрованного сигнала абсолютной величины i-й производной сигнала ошибки, которые подключаются с помощью логического элемента 52 также на вход блока 58 согласно формуле (1) или (2).

На выходе суммирующего блока 53 получают преобразованный сигнал управления приводом z(t), который после компенсационного дифференцирования в блоке 88 подается на отработку приводом 89.

Предмет изобретения

1. Способ формирования управляющего воздействия систем автоматического регулирования, заключающийся в том, что измеряют зафильтрованный сигнал ошибки системы и не более (и — 1) его производных, формируют сигнал переключения путем суммирования этих производных с сигналом ошибки и подают сигналы, пропорциональные производным сигнала ошибки и некоторым промежуточным координатам системы на переключение в соответствии с устойчивой и неустойчивой структурой в зависимости от совпадения или несовпадения их знаков со знаком сигнала переключения, и затем дифференцируют переключенные сигналы, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности системы регулирования, исходный сигнал переключения и переключаемые сигналы дифференцируют, выделяют абсолютные величины обоих знаков сигналов этих производных, которые затем фильтруют и получают сумму и разность исходного сигнала и зафильтрованного сигнала абсолютной величины его производной, и при положительном значении производной первого порядка исходного сигнала на переключение устойчивой или неустойчивой структуры подают сигнал, пропорциональный разности полученных сигналов, при отрицательном знаке первой производной исходного сигнала — пропорциональный сумме этих сигналов, далее формируют сигнал суммы и разности переключенных сигналов и соответствующих им зафильтрованных cHI палов абсолютных величин

320805

10 исходных переключаемых сигналов и в случае отрицательного знака первой производной исходного переключаемого сигнала одают на формирование суммарного сигнала управления приводом разность этих сигналов, в случае положительного знака этой производной — сигнал их суммы, и, дифференцируя суммарный сигнал управления, подают его на отработку приводом.

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости и качества регулирования, формируют сигналы суммы и разности исходного сигнала управления приводом и зафильтрованных сигналов абсолютных величин некоторых производных сигнала ошибки и сигналов промежуточных координат системы и далее в зависимости от знака первой производной исходного сигнала управления приводом, полученные сигналы суммы или разности суммируют, формируя преобразованный сигнал управления, который дифференцируют и подают на отработку приводом.

320805

Ф г

Редактор Л. Утехина

Заказ 8980/18 Изд. М 1571 Тираж 473 Подписное

UIiHHIIH Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, нр, Сапунова, 2

Составитель 3. Маркова

Техред Л. Евдонов

Корректоры: 3. Тарасова и Т. Бабакина