Устройство для оценки переменных состояния объекта управления

Устройство для оценки переменных состояния объекта управления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Соватсиик

Социапистичесииз

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Закалено 14.07.80 (2! ) 2985253/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (5l)M. Кл.

GOS В 23/00

9вуднротееней комитет

CCCP но деном изобретений . и отнрмтнй

Опубликовано 15.07.82. Бюллетень № 26 (53) УДК @2 0 (088.8) Дата опубликования описания 18 82 оттрвинкин, ев

;.(1:.М<,„;,,;;, бп

А. М. Гольденберг, А. А. Королев, В

Б. А. Рябов, С. Б. Шаумциян и Ш (72) Авторы изобретения

Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Револю и авиационный институт им. Серго Орджоникидзе и завод "Дагдизель (7l ) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ OIJEHKH ПЕРЕМЕННЫХ

СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к управлению и может быть использовано при проектировании систем управления различными объектами с использованием минимально необходимого количества датчиков для измерения переменных состояния.

Необходимость разработки устройств, которые позволили бы косвенно оценить переменные состояния по минимуму информации, обусловлена тем обстоятельством, что в большинстве случаев доступны приборному измерению лишь некоторые составляющие вектора состояния, а также тем, что использование измерительных приборов не всегда целесообразно вследствие их сложности.:

Известны устройства для оценки переменных состояния объектов управления, в которых оценка производится путем реше-, ния дифференциальных уравнений, описы- 20 вающих движение самого объекта. Такие устройства называются наблюдаюшими устройствами и содержат электронную модель объекта управления, блок сравнения, . входы которого соединены с датчиком измеряемой переменной состояния и выходом цепи, в которой формируется сигнал оценки этой же переменной, а выход — с входами цепей электронной модели, в которых формируются сигналы оценки переменных состояния объекта (1 ) .

Однако в данном устройстве при большом сигнале с блока сравнения интеграторы в цепях оценки насыщаются. Это приводит к тому, что оценка переменных состояния затягивается, а сама оценка производится с большой ошибкой. Этот недостаток устройства для оценки весьма затрудняет их использование в системах управления.

Наиболее близким по техническому решению является устройство для оценки вектора состояния объекта управления, содержащее последовательно соединенные интеграторы, модель датчиков параметров, блок сравнения и усилитель. В данном устройстве при больших сигналах с блока сравнения в работу включается цепь авкиванкя соответственно равны К4, ls>, К, К . Они определяются, исходя из заданйого качества процессов оценивания известными в теории методами.

Через нормально разомкнутые контакты 12 переключателя 9 выход усилителя 10 соединен только с входом интегрирующей цепи 2, но коэффициент усиления

1 сигнала ошибки оцекивания равен К, который выбирается из условия минимума времени отработки ошибки оценивакия.

В соответствии с дифференциальными уравнениями входы цепей 4 и 5 соединены с рулевым приводом системы управления.

Устройство работает следующим образом.

Пусть структура электрокной модели объекта управлекия отвечает следующим уравнениям

A л Ф ,.де „, Х, Х, Х4 — оценка переменных

2 сос тоякия; измеряемая переменная сос тояния; ошибка оценивакия измеряемой переменной состояния;

ЬХ

U - управляющее воздейс тв ие ка объек т управления;

Ь вЂ” весовые коэффициен I ) 1 ты при переменных состояния;

k, ° — коэффициектыуправ1 ления моделью.

Надлежащим выбором коэффициентов

К - . К можно получить оценки перемен4 л и п ных состояния А4, )(, (,, )(, близкие к реальным величинам переменных состояХ., )(, )(ъ, )(4 .

Л

Когда сигнал Ь)(4 мал, т. е. ошибка оценивания (разкость сигналов с датчика для измерения Xw, и с выхода модели 94) мала, ro устройство эа счет наличия отрицательных обратных связей сводит эти ошибки к нулю. Когда b 3„= О, значит

A п п величины оценивания Х1, Х, Х,, x, близки к реальным величинам.

При больших ошибках оценил 1пил и:! .! ряс мои Иерю 1енкой ГоГтоян1 я X g . к >, д > л

Гkff клщ I . X1 1pPез;)(ходи с зап:i>i

3 94,364 9 томатической настройки параметров модели объекта управления, которая приводит в соответствие коэффициенты модели и коэффициенты объекта и устраняет рассогла-. сования между измеренными величинами переменных Состояния и их соответствующими оценками (21 .

Однако процесс оценки переменных состояния все же затянут вследствие необходимости перестройки коэффициентов to модели. Кроме того, известное устройст во сложно по своей структуре.

Бель изобретения — снижение времени оценки (идентификации) неизмеряемых переменных состояния при большом сигнале рассогласования между измеренной величиной переменного состояния и оценкой той же переменной и упрощение структу- ры устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство содержит последовательно соединенные блок определения модуля и переключатель с нормально-замкнутым и нормально-разомкнутым контактам и, вход блока определения модуля соединен с вхо-д5 дом усилителя, выход которого через нормально-замкнутые контакты переключателя соединек с вторыми входами интеграторов и первым входом первого интегратора, а через нормально-разомкнутые контакты переключателя - с третьим входом последнего интегратора.

На чертеже изображена блок-схема предложенного устройства.

Устройство для оценки переменных состояния объекта управления содержит

35 электронную модель объекта 1, которая состоит из ряда интегрирующих цепей

2 - 5 (по числу дифференциальных уравнений, описывающих изменение перемен40 ных состояния объекта управлении). модели датчиков 6 параметров, включенной последовательно в интегрирующую цепь 2, вырабатывающую оценку этой же переменкой, блок 7 сравнения, который своими входами соединен с выходом модели дат45 чиков 6 измеряемой переменной состояния и выходом модели этого датчика, блок 8 определения модуля сигнала ошибки оценивания измеряемой переменной состояния, вход которого соединен с выходом блока 7 сравнения. Переключатель

9, последовательно подключенный к выходу блока 8, другой выход блока 7 сравнения через усилитель 10 и через нормально замкнутые контакты 11 переключателя 9 соединен с соответствующими вхолами интегрирующих цепей 2 — 5. Ко6Фгщп нты усиления сигнала ошибки >щл и л л

Х С 4 (4 К Х

12 Т 14 4 и л

X - + +К и й п л

Х3 5 Х 4Х «1(q+О Х++ +Ê44 Х Ь40

5 9436 то срабатывает переключатель 9 и своими контактами 12 подключает выход усилителя 10 на вход цепи 2. Входы других интегрирующих цепей отключаются от выхода усилителя 10. Сигнал h)(, на входы цепей 3 - 5 не подается.

При этом коэффициент усиления в цепи

К обеспечивает отработку ошибки оцени4 вания Ь Х в заданное время до заданного предела.- l0

В этом случае система (1) принимает вид л л х =х л у a3,4 4+ Ь О

4 43 ъ 44 + 4

I5 (2) При нулевых начальных условиях и считая, что за время отработки ошибки оценивании b.k< в цепи 2 сигналы )t, л и Х на выходе цепей 3 - 5 будут

4 лалы, можно считать, что система (1) вырождается в уравнение

x, ê„{)(„- x„), (3) которое имеет решение

Х„=Х„(- Е" ), { 4) где k — корень характеристического урав-ЗО нения.

Выбором К можно обеспечить, что Х будет существеHHo отрицательной величиГ ной. Пусть 3.= -К, тогда подбором знал чения К можно обеспечить очень быстл 3S рую отработку сигнала 4 Х до заданного предела. После чего срабатывает блок 9 переключения и своими контактами 11 вновь подключает выход усилителя 10 к входам всех цепей интегрирования (2 - 5) модем ли объекта управления, Вновь производится оценка всех переменных состояния объекта управления.

Так квк в момент подключения выхода усилителя 10 к входам цепей 2 — 5 через

45 контакты 11 сигнал ошибки оценивания

Ьх мал, поэтому он отрабатывается до вольно быстро, и оценки чензмеряемых переменных состояния, х, Х близки к реальным величинам.

Предложенное устройство выгодно оч личается от всех известных устройств оценки переменных состояния объекта управления тем, что оно позволяет сравнительно прость ми средствами обеспечить малое время оценки неизмеряемых переменных состояния при больших значениях ошибки оценивания 4 Х, . Испытание опытного макета показало, что время отклики переменных состояния с помощью предложенного устройства в 10 - 20 рвэ мень ше, -чем с помощью известных. При использовании предложения в современных системах управления этот эффект позволяет значительно улучшить динамику двя жени я.

Формула изобретения

Устройство для оценки переменных состояния объекта управления, содержащее последовательно соединенные интегрвторы, модель датчиков параметров, блок сравнения и усилитель, о т л и ч в ющ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, оно содержит последовательно соединенные блок определения модуля и переключатель с нормально замкнутым и нормально рвэомкнутым контактами, вход блока определения модуля соединен с входом усилителя, выход которого через нормально замкнутые контакты переключателя соединен с вторыми входами интеграторов и первым входом первого интегратора, а через нормально разомкнутые контакты переключателя с третьим входом последнего иитегра тора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кузовков Н. Т. и др. Непрерывные и дискретные системы управления и методы идентификации. М., "Машиностроение, 1978, с. 138 — 140.

2. Авторское свидетельство СССР

% 429415, кл. G05 В 17/02. 1972 (прототип) .

943849

Составитель А. Лащев

Редактор Н. Воловик Техред М, Рейвес Корректор B. Синипкая

Заказ 5105/52 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113ОЗ5, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4