Квазиоптимальная по быстродействию система управления

Квазиоптимальная по быстродействию система управления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик 1987575 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 17. 04. 81 (2>) 3268085/18-24

1И) М.Nn.з с присоединением заявки М -.

1 (23) Приоритет

С 05 В 13/00

Государственный комитет

С С С P но делам изобретений и открытий

f53) УДК 62-50 (088.8)

Опубликовано 07-0М3- Бюллетень Ио 1

Дата опубликования описания 07.01. 83 (72) Авторы изобретения

А.Я.Лащев (73) Заявитель с

У (54) КВАЗИОПТИМАЛЬНАЯ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ СИСТЕМА

УПРАВЛЕНИЯ .

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и управления, а именно к системам управления оптимальным по быстродействию.

Известна самонастраивающаяся система автоматического управления, содержащая основной контур управле- . ния и контур подстройки, включенный перед релейным элементом по ходу 10 прохождения сигнала и являющийся элементом управления реле, причем в качестве элемента управления реле служит дорогостоящая цифровая вычисли-. тельная машина, которая реализует общеизвестный принцип максимума (1 ).

Недостатком известной системы является сложность реализации в общем виде и в частном случае применения.

Очень трудно в системе n-ro порядка организовать и - 1 переключение релейного элемейта, так как .необходимо расчитать моменты переключений и определить n - 1 производную по времени. Ввиду того, что приемлемую точность можно получить лишь при определении производной не выше второго порядка, то станет ясно, что управление в таких случаях может быть только кваэиоптимальным, 30.2

Известна самонастраивающаяся система управления квазиоптимальная по быстродействию, содержащая последовательно соединенные первый блок умножения, интегратор, блок управления, объ кт управления и блок сравнения, второи вход которого соединен через соответствующие последовательно соединенные блок формирования функции чувствительности и второй блок умножения с соответствующими первыми входами первого блока умножения и входами соответствующего квадратора, а выход - с вторым входом блока управления через блок формирования частной производной — с вторыми входами вторых блоков умножения., через последовательно соединенные формирователь критерия оптимальности, третий блок умножения, сглаживающий фильтр и первый сумматор — с входом усилителя, выход блока формирования критерия оптимальности соединен через последовательно соединенные дифференциатор и четвертый блок умножения с вторым входом второго сумматора и непосредственно с вторым входом третьего блока умножения, выход каждого из квадраторов соединен с соответствующим входом второго сумматора (2 ).

987575

Из (1) видно, что естественно требование Q(0 для обеспечения нормального функционирования контура

l5 настройки и устройчивости всей cuci темы с градиен« ы«а процедурой поиска (2) дй

Q"- ga9g Я, (4) при 9 = 0,5е, где е = х - у, у—

® выходная величина системы упранления.

Зададим значение Л н уравнении (2) таким, чтобы выполнялось условие л=4 (ll

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является квазиоптимальная по быстродействию система упранления, содержащая последовательно соединенные эадатчик, блок сравнения, формирователь критерия оптимальности, первый сглаживающий фильтр, первый блок умножения, первый сумматор, усилитель, второй блок умножения и блок интеграторов, ныход которого соединен с управляющим входом регулятора, первые входы блоков вспомогательных операторов подключены к выходу эадатчика, а выходы через соответствующие третьи блоки умножения — к соответствующим входам второго блока умножения и вхо-, дам соответствующих кнадраторов, выходы которых соединены с соответствую-, щими входами второго сумматора, выход которого через второй сглаживающий фильтр подключен к второму входу первого блока умножения, выход блока сравнения через блок формирования час-25 тной производной подключен к вторым входам третьих блокон умножения, а через регулятор — к входу объекта управления, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, 30 выход первого сглаживающего фильтра через" дифференциатор соединен с вторым входом первого сумматора (3 ).

Недостатком известной системы являются низкие устройчивость и 35 быстродействие.

Целью изобретения является повышение быстродействия и устройчиности системы.

Поставленная цель достигается 40 тем, что в системе выход блока интеграторов соединен с вторыми входами блоков вспомогательных операторов.

На фиг. 1 представлен график времени переходного процесса) на фиг,.2 функциональная схема оптимальной по быстродействию системы управления.

Система управления содержит блок

1 сравнения, регулятор 2; объект

3 управления, блок 4 интеграторов, формирователь 5 критерия оптимальности,первый. сглаживающий фильтр б, первый блок 7 умножения, первый сумматор 8, усилитель 9, второй блок 10 умножения, блок 11 формирования частной производной,, дифференциатор 12, блоки 13 вспомогательных операторов, третьи блоки 14 умножения, -квадраторы 15, второй сумматор 16, второй сглаживакщий фильтр 17 и задатчик

18.

Рассмотрим работу оптимальной по быстродействию системы управления.

Иэ теории самонастраивающихся систем известно, что полная производная критерия оптимальности Q зависит от скорости изменения подстраиваемых параметров eL;(i = 1, 2.... ) и скорости изменения неподстраиваемых параметровр (j= 1, 2..., m), а также от характеристик входного сигнала и может быть представлена н виде: где K= const > О, а — составляюЫ щая, вызванная влиян«йем входного сигнала и неучитываемых факторов (,возмущений ).

Для обеспечения Я< О необходимо чтобы так как составлякщие в левой и правой частях имеют разные знаки.

8р.

Если в (1) и (3) положить 1 аф 1 а — - определяется только входным дЯ сигналом х (t ) . Эадача контура настройки в таком случае — компенсация динамической ошибки е. Повышая скорость и величину составляющей в левой. части уравнения (3) можно обеспеЪить малую зависимость составляющей - ) — в правой части, а значит

i34 и зависимость переходного процесса от характеристик входного сигнала

x(t).

Предложенное техническое решение решает задачу обеспечения кваэиоптимального по быстродействию переходного процесса апериодического характера в классе градиентных самонастраивающихся систем.

Потребуем, чтобы обеспечивалось равенство

987575

Из (7 ) и (8 ) следует, что в момент возникновения рассогласования алгоритм настройки величины А по закону (5) обеспечит резкое нарас- . тание интенсивности подстройки коэффициентов pt;, а затем по мере отработки ошнбки скорость изменения с(; стремится к нулю, реализуя закон процесса надстройки близкий к .(4).

Структурная схема оптимальной по быстродействию системы .управления в классе градиентных структур беэ перерегулирования реализует уравнения (2 ) и (5) (фиг. 2).

Система работает следуницим образом.

Сигнал х поступает с выхода задатчика 18 на вход блока 1 сравнения,. проходит через регулятор 2 и объект .

3 управления, с выхода которого вы= ходной сигнал у сравнивается в блоке 1 сравнения с сигналом х, образуя сигнал ошибки системы е =

:= x — у. Одновременно сигнал х поступает на входы блоков 13 с передаточ ной Функцией . « где C>(t,;,pi;)— дф

6", 1 пер«:даточная функция основного контура управления, состоящего иэ блоков

1- 3.

В блоках 14 умножения сигналы с выходов блоков 13 умножаются на значения вЂ, ., поступающие на вторые а входы блоков 14 с выхода блока 11

Формирования частной производной.

С выходов блоков 14 умножения сигналы поступают на соответствукщие вхо ды блока 10 умножения, а через. соответствующие квадраторы йа входы сумматора 16, с выхода которого полу. чается результирующий сигнал Itn Q)I который сглаживается в фильтре 17 °

Формула изобретения

Квазиоптимальная по быстродействию система управления, содержащая после 1 довательно соединенные эадатчик, блок сравнения, формирователь критерия оптимальностй, первый сглаживакщий

Фильтр, первый блок умножения, первый сумматор, усилитель, второй блок

60 умножения и блок интеграторов, выход которого соединен с управляющим входом регулятора,-первые входы блоков вспомогательных операторов - подключены к выходу задатчика, а выхофЯ ды через соответствующие третьи блоки

Если выражении для jl из (5) подставить в (1 ), то получим:

«« (3QII а, 1 аа <,>

< М!м) +ЧМ! где К - коэффициент усиления, выбираемый из условия устойчивости.

Иэ выражения .(6) видно, что в момент резкого изменения входного сигнала, а, значит,и значения критерия Я, что вызовет значительные величины нормы градиента ЦлЯЦ2, значение полной производной Q будет вида:

6=ЧЕЙ,. lt2а () а при отработке рассогласование е = х — у величина 0, О, а значит и дЯ вЂ” малая величина, что обеспечат значение ц=-a))o .à а,. (в) Блок 10 умножения в общем случае при настройке и параметров представляет собой и умножителей, в каждом из которых отдельно умножается сигнал с выходов блоков 13 на сигнал с выхода усилителя 9 с коэффициентом усиления К. Блоки 5, 6,,7, 8 и 12 формируют из сигнала ошибки системы е величину(йс ;ЯЦ 6+6 . Сигнал ошибки, пройдя через формирователь

5 критерия оптимальности В= -0,5е

2 который представляет собой квадра» тор с коэффициентом усиления равным

0,5, поступает через сглаживающий фильтр 6 на блок 7 умножения, в ко15 тором умножается на величинуййЩ с выхода Фильтра 17, а затем íà вход сумматора 8. Сигнал с выхода фильтра 6 поступает на дифференциатор 12, с выхода которого сигнал Я поступает

Я на вход сумматора 8. Выходной сигнал . сумматора 8 поступает на входы п умножителей блока 10 умножения. С каждого умножителя сигнал поступает . на входы соответствукщих A интеграл торов блока 4 интеграторов; сигналы с которыхвй;поступают на подстройку параметров о ; в регуляторе 2 и блоках 13.

Таким образом осуществляется настройка параметров oL; с целью обеспечения минимума .времени пере- . ходного процесса Т в классе кваэиградиентных структур по апериодическому закону, т.е. формирование пере35 ходных процессов ипа 1 (фиг . 2 ) неПиШ.

Применение изобретения позволяет повысить точность системы управления эа счет повышения в шесть раэ быстродействия контура настройки, 4() обеспечить айериодический характер подстройки параметров, что благоприятно скажется на устройчивости контура настройки, а значит и системы управления. Система может быть с

4> успехом применена в системах управления потоком, где необходимо обеспечение "быстрых" апериодических процедур .настройки.

987575 умножения — к coo âåòcòâóþùèì входам

Второго блока умножения и входам соответствующих кладраторов, выходы которых соединены с соответствующими входами второго сумматора, выход которого через второй сглаживающий фильтр подключен к второму входу первого блока умножения, выход блока сравнения через блок формирования частной производной подключен к вторым входам третьих блоков умножения, а через регулятор — к входу обьекта управления, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, выход первого сглаживающего фильтра через дифференциатор соединен с вторым входом первого сумматора, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и устройчивости системы, в ней выход блока интеграторов соединен с вторыми вхОдами блоков. вспомогательных операторов.

- Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Смольников Л.П. Синтез квазиоптимальных систем автоматического управления. Л., "Энергия", 1967, 10 с. 23-24.

2. Бойчук Л.М. Метод структурного синтеза нелинейных систем автоматического управления. М, "Энергия", 1971, с. 16-17.

15 i 3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3002951/18-24, кл. 6 05 в 13/00, 1980 (прототип).

987575 фиг.2

Составитель Г. Нефедова

Редактор . Аг. Шандор Техред g.Õàñòåëåâè÷ Корректор Г. Рааетник

Заказ 10301/35 Тираж 872 - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5

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