Устройство для синтеза оптимального управляющего воздействия

Устройство для синтеза оптимального управляющего воздействия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

а ан 6 :(.,,Р,, Ь.тЕи.. т,.;„„„„ .,,„. и 65T469"

Союз Советскмк

Соцмалмстммескнк републ

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 18.06.73 (21) 1934939/18 24 с присоединением заявки № (23) Приоритет г (51) М. Кл.

G 05 В 13/02

G 06 G 7/36

Гасударетаениый комитат

СССР

Il0 делам изобретений н аткрытий

Опубликовано 15.04.79Бюллетеиь № 14 (5Ç) УДК62-50 (088. 8) Дата опубликования описання17 04 79 (72) Авторы изобретения

В. H. Игнатенко и В. П. Лепеха (71) Заявитель

Киевский ордена Ленина попитехнический институт (54) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ СИНТЕЗА ОПТИМАЛЬНОГО

УПРАВЛЯЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к области автоматического управпения и может быть использовано дпя управпения петатепьными аппаратами и химико-технопогическими процессами.

Известно устройство, позвопяюшее минимизировать дпитепьность переходного процесса и компенсировать запаздывание в управпяюшем органе, состоящее из модели, блока синтеза оптимапьной кривой переключения, блока синтеза управпений модепи, бпока формирования оптимальных управпений объекта и координатного преобразования (1).

Недостатком известного устройства является реапизация одного непинейного закона управления.

Из известных устройств наиболее близким к изобретению по технической сущности явпяется устройство, содержащее управляемую модель, первый вход которой соединен с бпоком сброса, второй и третий входы соединены соответственно с первым и вторым выходами объекта, а выходы соединены соответственно с первым и вторым нупь-органами, первый, второй и третий ключи, первый триггер, бпок сравнения, блок задания начальных состояний и первый и второй

5 эпементы И f2).

Недостатком описанного устройства явпяется низкая точность и быстродействие и получение только двухуровневых управляющих сигналов.

Цепью изобретения является повьпнение точности и быстродействия устройства дпя синтеза оптимального управляющего воздействия.

Поставленная цепь достигается тем, что в устройстве дпя синтеза оптимапьного управпяюшего воздействия установлены второй и третий триггеры, причем вход бпока задания начальных состояний соединен с первым выходом объекта, первый выход которого соединен с первым управляющим входом первого ключа, а второй выход соединен с первыми входами первого, второго и третьего

657 409

55

lul U триггеров, Первые выходы первого и второго триггеров соединены с соответ— ствуюшими входами блока сравнения, выход которого соединен с одним из входов блока сброса, другой вход которого S соединен с одним из выходов первого нупь-органа, другой выход которого соединен с одним из входов первого эпемента И, другой вход которого соединен с выходом второго нупь-органа, а его выход соединен со вторым входом третьего триггера и с одним из входов второго элемента И. Выход этого эпемента соединен со вторым входом первого триггера, второй выход которого через второй и третий кпючи соединен соответственно с четвертым и пятым входами модепи, первый выход третьего триггера соединен со вторым управляющим входом первого кпюча, вход которого соединен с первым выходом первого триггера, а выход— со входом объекта, и с управляющим входом второго ключа, а второй выход третьего триггера соединен с другим входом второго элемента И с управпяющим входом третьего кпюча.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства дпя синтеза оптимальных управпяющих воздействий; на фиг. 2 — оп30 тимапьные по расходу топлива линии перекпючения.

Устройство вкпючает в себя объект управпения 1, управпяемую модець 2, блок 3 задания начапьных состояний, первый, второй и третий триггеры 4, 5,,6 первый, второй и третий ключи 7,8,9, первый и второй нуль-орган 10,11:, первый и второй элемент И 12, 13, бпок сброса 14 и бпок сравнения15

На схеме даны такие обозначения;

U — управпяюшее воздействие . текущее значение управляющего воздействия, U X — максимапьное значение управляющего воздействия, X„(t)регулируемая переменная; х ()- пинейная комбинация регупируемой переменной м и ее производной; Xq 0 и Х ) - координаты модепи;Ь01,„и РОР„- пинии переключения.

Дпя репейных некопебатепьных систем второго порядка оПтимальными, в смыспе критерия, б

3,1 (I u(+ 1 ) dt, (.1) о где U - управляющее воздействие, ограниченное условием

Г!ри этом управпяющее устр< йство, синтезирующее оптимальные управления в функции фазовых переменных системы, должно реапизовать нелинейный закон управления, опредепяемый «а фазовой плоскости Х< Х2 уравнениями линий перекпючения вида LOl „и РОР

Кривые переключения 101 и РОР в данном спучае оказываются подобными, отпичаясь лишь постоянным коэффициентом, который зависит от значения К, входящего в (1). В обоих случаях уравнения, описывающие LOL< и РОР1 в функции переменных Х„М W>(t), могут быть попучены как решение уравнений динамики объекта при значениях управпяющего воздействия.

Указанные кривые разбивают фазовую плоскость на три обпасти I, II, 1П оптимапьные значения управлений в которых соответствуют приведенным на фиг. 2. Достижение фазовой точкой системы кривой Ш(1 опредепяет откпючение управления объекта (U = О) и свободное движение системы. Как только в результате такого движения фазовая точка достигнет линии переключения

РОР, образованной из частей траекторий системы при управлении -0„„, и +Umc управляющее воздействие принимает соответствующие значения и дальнейшее движение, как и в обычной оптимальной по быстродействию системе, происходит по траекториям PO или Р О.

Устройство работает следующим образом.

Блок 3 задания начальных состояний при откпонении значений координаты объекта X (t) от нулевых производит начапьную установку триггеров 4, 5, 6 и дает сигнал "1" на первый управпяюший вход ключа 7, причем состояние триггера

4 выбирается так, чтобы О =-в1ц и Х„H ).

Тем самым устанавпиваетсч оптимальное значение управпяющего воздействия на первом интервале движения объекта (участке А В траектории А ВС О, фиг. 2) .

Поскольку триггер 6 имеет в данном спучае фиксированное состояние "0 1", то управпяюшее воздействие с триггера 4 через кпюч 7 поступает на вход объекта управпения, вызывая изменение фазовых переменных Х<(6) и Х (4) .

Значения этих координат как начапьные условия поступают в управпяемую модепь, режим работы которой определяется блоком сброса 14 в зависимости

Вг от сигналов с нудь-органа 1 0 и блока срлвнения I.">. Так как начальные состояния триггеров 1 и > одинаковые, то бпок 1. > выдает сигняп "1" и блок сброса 14 включает модепи в режим "решение". Управляюшее воздействие 0 =-Ц поступает на входы модепи через 8 и чем обеспечивается его поочередняя передача в зависимости от состояния триг— гера 6.

Поскольку управляющее воздействием„ подается с выхода тоиггера 4, то оно принимает значения -Ощс,„, а траектории, образуемые в резупьтате решения на модели, повторяют оптимапьные линии перекпючения и исходя из точек фазовой траектории объекта (фиг.2).

При начальном состоянии "0,1" триггера 6 возбужденным оказывается кпюч9 и управляющее воздействие поступает на вход модели, чем обуспавпивается построение траекторий, повторяющих линии перекпючения LO ипи L0 (фиг.2).

Этот процесс продопжается до тех пор, м м пока не выпопняется условие X„(9)=X (4) O, При этом фазовая траектория модели совпадает с одной из кривых Ь„O или Ю и сигналы нуль-органов 10 и 1 1 через элемент И 12 изменяют состояние триггера 6, депая его "1,0". Последний откшочает ключи 7 и 8 и включает ключ 9, устанавливая тем самым значение управления на входе объекта (1,5 = О и подключая вход 9 ускоренной модели.

Теперь в режиме "решение" управпяюшее воздействие модепи, по-прежнему равное U®=, поступает через кпюч 9 на вход модепи, в результате чего на фазовой плоскости Х„Х2 строятся траектории, подобные кривым PO ипи Р О и исходящие из точек траектории движения объекта ВС (фиг.2). Теперь при выпопм м пении условия А (О) =Х (0)=0, свидетепь—

Форму па изобретения.

При достижении координатной модепи Х (означения, равного нулю, нуль— орган 10 вырабатывает сигнал, поступающий на логический элемент 12 и блок сброса 14. Последний прекращает режим

"решение" в модели и переводит ее в исходное состояние, при котором текущие значения координат объекта вводясся в модепь как начапьные условия, поспе чего модель, ввиду изменившегося состояния нуль-органа 10 и бпока сброса 14, вновь вкпючается в режим "решение".

",409 6 ствуюшего о совпадении фазовой траекто- рии модели с одной из кривых переключения < или Р О„сигналы с нупь-органов

10 и .1 1 через эпемеHт И 12 поступают

5 на элемент И 13 и триггер 6. Последний изменяет свое состояние "1,0", при котором сигналы нуль-органа 10 через элемент И 13 могут поступать на вто10 рой (счетный) вход триггера 4, изменяя его состояние. Изменение состояния. триггера 4 и 6 в данном спучае приводит к перемене знака управления И; а с другои — к подключению ключей 7 и 8 и отключению ключа 9.

Тем самым реализуется требуемый оптима пьный алгоритм управления, состоящий как в опредепении рапейного управления нужного знака, так и замене нм предыдущего нулевого значения управления. Это обусповливает движение объекта ня конечном участке по кривым

1>О или Р О к заданному нулевому состоянию.

Поскопьку теперь состояния триггеров 4 и 6 не совпадают, блок сравнения 15, реализуя погическую функцию

"эквивалентность", имеет ня выходе сигнала 0", а бпок сброса 1 1 отключает модель от периодического режима

"решение", переводя ее в режим "задание начальных условий". И, наконец, при достижении регудируемой переменной объекта х (t) заданного нулевого

З5 значения бпок 3 отключает кпюч 7, чем обеспечивается сохранение заданного конечного состояния объекта.

Введение новых элементов — второго и третьего триггера и их соединения с

4р имеющимися элементами — отличает предпагаемое устройство от известного и позволяет воспроизведением двух линий переключения повысить точность реализации процесса управления неколебатель45 ными объектами второго порядка, а Т8Кже повысить быстродействие устройства упр авл ени я.

Устройство дпя синтеза с>птимального управпяюшего воздействия, содержашее управляемую модель, первый вход которой соединен с бпоком сброса, второй и тре55 тий входы соединены соответственно с первым и вторым выходами объекта, я выходы соединены соответственно с первым и вторым нул органами, первый, втоt

t 1

657409

46 ое рой и третий ключи, первый триггер, блок .сравнения, блок задания начальных состояний и первый и второй элементы И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродей-. ствия устройства, в нем установлены второй и третий триггеры, причем вход блока задания начальных состояний соединен с первым выходом обьекта вый выход которого соединен с первым управляющим входом первого ключа, а второй выход соединен с первыми входами первого, второго и третьего триггеров, первые выходы первого и второго триггеров соединены с соответствующими BxoElBMB блока сравнения, выход которого соединен с одним из входов.блока сброса, другой вход которого соединен с одним из выходов первого — нуль-органа, другой выход которого соединен с одним из входов первого элемента И, другой вход которого соединен с выходом второго нупь-органа, а его выход соединен со вторым входом третьего триггера и с одним из входов второго элемента И, выход которого соединен со вторым входом первого триггера, второй выход которого через второй и третий ключи соединен соответственно с четвертым и пятым входами модели, первый выход третьего триггера соединен со вторым управляющим входом первого ключа, вход которого соединен с первым выходом первого триггера, а выход — со входом объекта, и с управляющим входом второго ключа, второй выхса третьего триггера соединен с другим входом второго эпемента И и с управляющим входом третьего ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 341013, кп. 505 В 17/02, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

% 161671, кл. $06 Q 07/02, 1965.

Филиал ППП "Патент г. Ужгород,ул. Проектная, 4