Квазиоптимальный регулятор

Квазиоптимальный регулятор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскых

Соцыалыстыческых

Республик ()646308

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСУВУ (61) Дополнчтельное к авт. свил-ву (22) Заявлено 01,06.76 (21) 2366596/18-24 с присоединением заявки № (51) М, Кл2

G O5 B 17/00.

Гааударствеииый каматет

СССР аа делам кзабретеакк и аткрытик (23) ПриоритетОпубликовано 05.02 7Жюллетень № >

Дата опубликования описания08 С)2,79. (53) У,цК 62-80 (088. 8) (72) Автор изобретения

В. В. Рохин (7 3) Заявитель (54) КВАЗИОПТИМАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР

Предлагаемое устройство относится к автоматике и может быть использовано при управлении динамическими объектами.

Известны квазиоптимальные регуляторы с.использованием модели объекта, работающей в ускоренном масштабе времени, для прогноза на отрезок времени фазовых коор.динат объекта для некоторых значений уп, равляющего воздейсгвия (1 J. Малая точность известных регуляторов — их недостаток.

Наиболее близким по техническому исполнению устройством является регулятор, содержащий блок задания начальных условий, соединенный через первый ключ с моделями объекта, входы которых соединены через вторые ключи с соответствующими источниками постоянного напряжения, а выходы через блоки вычисления критерия оптимальности соединены с логическим блоком, выход которого соединен с объектом н блок синхронизации, соединенные первым и вторым ключами f2J.

К недостаткам известного регулятора отиосйтся его малая точность. Целью изобретения является увеличение точности регулятора путем использования .Р,-. 1

ii "3. < ., 1

;".л о, с

2 данного устройства при синтезе систем, оп- тимизируемых по критерию качества, представляющему собой интеграл за время переходного процесса, например при оптимизации по быстродействию.

Поставленная цель достигается тем, что квазиоптимальный регулятор содержит третий ключ, вход каждой модели объекта соединен через третий ключ с выходом модели регулятора, один вход которого соединен с выходом модели объекта, второй вход сое-.

1а динен с задатчиком выходной величины объекта, а один из выходов блока синхронизации соединен с одним из входов третьего ключа.

На чертеже изображен квазиоптимальный регулятор.

Регулятор состоит из объекта регулирования 1, блока задания начальных условий 2, модели объекта 3, модели регулятора 4, блока 5 вычисления критерия оптимальности, логического блока 6, выбираю20 щего нз ряда функционалов минимальный и задающий на Объект регулирования значение управляющего воздействия, обеспечивающего модели минимум функционала; блока синхронизации 7, источника постоянного напряжения 8 первого, второго и третьего ключей 9, 10, 11, задатчика выходной величины объекта 12.

Ц, Ц, U — фиксированные значения управляющего воздействия (варианты управления), Х » — желаемое значение выходной величины, К, Q, K> — группы ключей, управляющих работой схемы.

Работа схемы происходит следующим образом. В начальный момент времени ключ

9 замкнут, остальные . ключи разомкнуты, тем самым осуществляется задание начальных условий в модель объекта 3. После заданий начальных условий в модель объекта

3, ключи 9 и 11 разомкнуты, а ключи 10 замкнуты. На каждую из моделей 3 объекта поступает одно из фиксированных значений управляющего воздействия (вариант упрзвления), модель переходит в режим ре!пения и прогнозирует иа время прогноза значения фазовых координат объекта. После конца прогноза ключи 11 замыкаются, остальные разомкнуты, вход модели объекта

3 замыкается с выходом через модель ре гулятора 4 на другой вход которого поступает желаемое значение выходной величины. Все это время, начиная с начала прогноза до конца переходного процесса в модели объекта 3, замкнутой моделью регу- лятора 4, блоки вычисления критерия оптимальности 5 вырабатывают значения функционала от фазовых координат. Этим функционалом,может быть, например время от начала прогноза до момента, когда ошибка между желаемым и текущим значением выходной величины на модели не превышает

5% ее первоначальной величины. После окончания переходного процесса в последней из моделей объекта 3, логический блок 6 сравнивает значения функционалов и задает на объект 1 значение управляющего воздействия той модели объекта 3, величина функционала на выходе блока вычисления критерия оптимальности которой была минимальной. После этого цикл повторяется. . Рассмотрим в качестве примера функционал минимума среднеквадратичной ошибки. Представим его в виде суммы двух слагаемых;, - min g (x —, х) dt

= пип (P (х — х„) dt +

+ Ф (x — х ) 2а)

Минимизация функционала происходит по управляющему воздействию, то есть выбирается такое значение управляющего воздействия, которое доставляло бы минимум функционалу.

Управляющее воздействие, доставляющее минимум одному из слагаемых, совсем, ие обязательно обеспечивает минимум всвй сумме, поскольку при этом значение второго слагаемого может быть достаточно

6308 велико. Отсюда следует, что система оптимальная в смысле функционала

Ф (u) = ф (х — х, ) df будет неопт мальна в смысле функционала

3 9)u) = $ (x — х42dt.

Второе слагаемое в сумме несет в себе информацию о дальнейшем поведении систе-. мы и представляет собой интеграл с момента времени, до конца переходного процесса Т.от квадрата ошибки системы. Для его определения при решении задачи минимизации функционала необходимо знать как функцию времени, так и управляющее воздействие, которое, начиная с момента времени э, сводит ошибку системы к нулю оптимальным образом.

В .предлагаемом устройстве наилучшее управление выбирается из предположения, что, начиная с момента времениТ, система управляется с помощью известного регулятора, что дает возможность учесть измене-.

26 нйе второго слагаемого в сумме в зависимости от выбранного варианта управляющего воздействия.

В качестве модели объекта и модели ре- гулятора могут использоваться цепи, собранные íà RC-цепочках и операционных усилителях. В качестве модели регулятора может использоваться любой известный регулятор, например, пропорциональный. Един- . ственным требованием к нему является устой. чивость модели объекта 3, замкнутой мозп делью регулятора 4. Модель регулятора 4 следует синтезировать такой, чтобы параметры ее, при выбранной структуре регулятора, обеспечивали минимум заданного функционала.

Блок синхронизации 7 управляет рабоЗ> той ключей для трех интервалов времени:

Л t — ключ 9 замкнут, остальные разомкнуты, задание начальных. условий на модели.

Л 4 — ключ !О замкнут, остальные ра-.

40 зомкнуты, модель в режиме решения;

Л Q — ключ 1! замкнут, остальные разом кнуты, модель в режиме решения, s .конце интервала после конца переходного процесса происходит анаЛиз полученных функцио- . налов и выдача управляющего воздействия

4э на объект 1..

В простейшем случае блок синхронизации 7 может работать по жесткой программе и состоять из трех последовательно соединенных одновибраторов, выход последнего из которых идет на запуск первого, В каэо честве ключей могут применяться реле. В качестве блока вычисления функционала, для задачи минимума среднеквадратичной ошибки например, последовательно соединенные квадратор и интегратор. В качестве модели объекта и модели регулятора могут использоваться цепи, собранные на RC-цепочках и операционных усилителях В ка, честве модели регулятора может служить любой регулятор, например пропорциональный.

Формула изобретения

6

К достоинствам предлагаемого квазиоптимального регулятора следует отнести получение для широкого класса объектов более оптимальных переходных процессов, чем может обеспечить наилучший известный для данного объекта регулятор.

Квазиоптимальный регулятор, содержащий блок задания начальных условий, сое- диненный через первый ключ с моделями объекта, входы которых соединены через вторые ключи с соответствующими источниками постоянного напряжения, а выходы через блоки вычисления. критерия оптимальности соединены с логическим блоком, выход которого соединен с объектом, и блок

46308 синхронизации, соединенный с первым и вторым ключами, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности регулятора. он содержит третий ключ, вход каждой модели у объекта соединен через третий ключ с выходом модели регулятора, один вход которого соединен с выходом модели объекта, а второй вход соединен с задатчиком выходной величины объекта, а один из выходов блока синхронизации соединен с одним из входов третьего ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Александровский П. М. Элементы теории оптимальных систем автоматического управления, М,, 1969, е. 120.

2. Труды МЭИ вып, 5Э, М., 1965, с, 82 —.

102.

Редактор Э. Губиицкая

Заказ III 38

Составитель К. Лащев

Техред О. Луговая Корректор Л. Василина

Тираж IOI4 Подписное НИКПИ Государственного комитета СССР цо делам изобретений и открытий

I I3035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4