Самонастраивающаяся система

 

САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА , содержащая блок ограничения, последовательно соединенные интегратор , первый, блок сравнения и линейный фильтр и последовательно соединенные второй блок CE двнeния, объект управления , третий блок сравнения, блок настройки и блок с переменным коэффициентом , второй вход которого соединен с вторым входом брока настройки и с первым входом третьего блока сравнения, второй вход которого соединён с выходом интегратора , а вторые входы первого и второго блоков сравнения объединены, отличающаяся тем, что, с целью повышения динамической точг ности системы, она содержит первый делитель и последовательно, соединенные эталонную модель,, четвертый Ьлок сравнения, второй делитель, сумма-г тор, фильтр нижних частот и умножитель , выход линейного фильтра через последовательно соединенные первый делитель, блок ограничения.и умножитель соединен с входом интегра (О тора, первый вход умножителя соедиО нен с вторым входом первого делит,еля, а выход второго блок Ьравнения соединен с входом эталонной модели и вторым входом второго делителя . . гЭ -.J.

(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСНИХ Ю ИИ

РЕСПУБЛИК э(Я) С, 05 В -13 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCNOMV СВИДЕтвЪетви

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3251711/18-2 4 (22) 25.02; 81 (46) 23.04,83. Вюл. М 15 (72) Н.Г,Вутырин и A.Í.Ùåðáèíà (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт (53) 62-50 (088. 8 ) (56) H. и др.принципы построения и проектирования самонастраивающихся систем управления. . М., "Машиностроение", 1972, с. 184.

2. Громыко В.Ц., Санковский E.A.

Самонастраивающиеся системы с моделью. N., "Энергия", 1974, с. 16 (прототип ) ° (54} (57) САМОНАС1РАИВМОЩАЯСЯ СИСTENA, содержащая блок .ограничения, последовательно соединенные интегратор,первый, блок сравнения .и линейный ,: фильтр и последовательно соединенные второй блок сравнейия, объект управления, третий блок сравнения, блок настройки и блок с переменным коэффициентом, второй вход которого соединен с вторым входОм блока наст- . ройки и с первым входом третьего блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом интегратора,а вторые входы первого и второго блоков сравнения объединены, о тл и ч а ю щ а я с я. тем, что, с целью повышения динамической точ-. ности системы, она содержит первый делитель.и последовательно. соединенные эталонную модель,,четвертый блок сравнения, второй делитель, сумма-: тор, фильтр нижних частот и умножи- . тель, выход линейного фильтра через: последовательно соединенные первый делитель, блок ограничения и ум- Е е ножитель соединен с входом интегратора, первый вход умножителя.соедио нен с вторым входом первого делителя, а выход второго блока сравнения соединен с входом эталонной модели и вторым входом .второго де- Я лителя.

1013910 (RUE

Мдин = 3 at. /

Изобретение относится к автоматическому управлению объектами с нестационарными параметрами, в частности к самонастраивающимся системам управления с эталонной моделью.

Известны самонастраивающиеся системы, содержащие эталонную модель, выявитель рассогласования между выходными сигналами объекта и эталонной модели, сумматор сигналов обратных связей на входе объекта, блок 10 перестройки коэффициентов обратных связей и блок выработки сигналов настройки 1 ).

Однако алгоритм работы такой системы,не учитывает изменения уровня 15 ограничения скорости выходной координаты объекта, что приводит к недоиспользованию потенциальных возмож-ностей объекта управления, Наиболее близкой к изобретению 20 по технической сущности является самонастраивающаяся система, содержащая блок ограничения, последовательно соединенные интегратор, первый блок сравнения и линейный фильтр 25 и последовательно соединенные второй блок сравнения, объект управления, третий блок сравнения, блок настройки и блок с переменным коэффициентом, второй вход которого соединен 30 с вторым входом блока настройки и с первым входом третьего блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а вторые входы первого и второго блоков сравнения объединены (2 ).

Целью изобретения является повышение динамической точности работы системы.

Поставленная цель достигается тем, что самонастраивающаяся систе- 40 ма также содержит первый делитель и последовательно соединенные эталонную модель, четвертый блок сравнения, второй делитель, сумматор, фильтр нижних часто" и умножитель, 45 выход линейного фильтра через последовательно соединенные первый делитель, блок ограничения и умножитель соединен с входом интегратора, первый вход умножителя соединен с вто- 50 рым входом первого делителя, а выход второго блока сравнения соединен с входом эталонной модели и вторым входом второго делителя.

На фиг. 1 представлена функцио. нальная схема самонастраивающейся системы; на фиг. 2 - временные диаграммы работы системы, На схеме приняты следующие обозначения: Π— управляющее воздействие; d - входной сигнал объекта

X - выходной сигнал основной эталонной модели, х — выходной сигнал объекта, Е = х - Мэ - ойибка рассогласования ) оС - сигналы настройки блока перестраиваемых коэффициентов. 65

Z — сигнал сдвига уровня;: k - оцен. ка коэффициента передачи объекта.

Система содержит объект 1 управления, эталонную (основную )модель

2, третий 3 и второй 4 блоки сравнения, блок 5 с переменным коэффициентом (обратных связей), блок 6 настройки, первый блок 7 сравнения (основной модели 1, линейный фильтр

8, первый делитель 9, блок 10 огранччения; умножитель 11., интегратор

12, эталонную модель 13, четвертый блок 14 сравнения, вто ..; делитель

Х5, сумматор 16 и фильтр 17 нижних частот.

Схема работает следующим образом.

Ограничение скорости выходной координаты объекта х определяется двумя факторами: во-йервых, ограничением энергии, подводимой к объекту, во-вторых, инерционностью нагрузки объекта. Для конкретного объекта уровень ограничения энергии есть величина постоянная, зависящая от конструктивных параметров, инерционность же нагрузки может изменяться в значительных пределах. Так, если выходной координатой является скорость вращения иу из основного уравнения движения где Мди„ вЂ” динамический момент.;

3* — момент энергии нагрузки, можно оценить величину ограничения ускорения

В частности, для электроприводов величиной, определяющей ограничение динамического момента, является уровень ограничения тока двигателя, для гидроприводов - величина максимального давления.

Структурно эти соотношения можно представить в.виде последовательного соединения звена ограничения, характеризующего уровень ограничения момента (энергии ) и интегратора с коэффициентом передачи 1/3 изменяющимся при изменении .инерционности нагрузки. При традиционном выборе стационарных параметров эталонной модели их определяют из условия максимального совпадения движений модели и объекта с учетом ограничений.при максимальной инерционности нагрузки, так как при нарушении этого требования может оказаться, что объект принципиально не сможет достичь скоростей изменения координат, задаваемых эталоном, что предопределит неустойчивость процессов самонастройки. При уменьшении инерционности нагрузки

1013910!

О

40

6065 объект .потенциально будет способен развивать большие скорости, однако при жестких параметрах модели и нормальной работе контуров самонастройки он будет вынужден следовать за эталоном.

Для r-риведения в соответствие уставок эталонной модели и потенциальных возможностей объекта, меняющихся сизменением . агрузки, используется измерение степени инерционности нагрузки и перестройка параметров модели. Для оценки инерционности объекта, мерой которого является коэффициент передачи объекта управления, используется схема, состоящая из элементов 13-17. Вез учета переходных процессов выходной сигнал фильтра нижних частот

17 (фНЧ) в соответствии со схемой определится как

Д"ф - d" 4ñ Фнч д %

А где 1ф„„ — оператор фильтра нижних-частот 17;

К вЂ” коэффициент передачи

0 объекта 1;

К вЂ” коэффициейт передачи

Э эталонной модели 13;

КА — масштабный коэффициент делителя 15.

Выбирая сигнал сдвига уровня величиной К

7 = К, получаем К =I. т.е. выходной сигнал ФНЧ 17

Кд 1

А является некоторой оценкой коэффициента передачи объекта.

Выбором параметров эталонной модели 13 максимально соответствующими расчетным (номинальным ) параметрам объекта гарантируется несмещенность этой оценки не только в установившихся, но и в переходных режимах с точностью до погрешности соответствия параметров объекта 1 и модели 13. Наличие этой погрешности приводит к появлению некоторой ошибки в оценке коэффициента в переходных режимах, что требует включения в схему фильтра нижних частот 17.

Схема основной эталонной модели

2 содержит блок 10 ограничения и умножитель 11. Уровень ограничения блока 10 выбирается равным уровню ограничения объекта. При подаче на

:вход умножителя 11 сигнала оценки коэффициент передачи соединения умиожитель 11 - интегратор 12 изменяется таким же образом, как и коэффициент передачи интегратора. в структурном представлении объекта управления.

Таким образом, динамические характеристики эталонной модели 2 приводятся в соответствие с изменяющимися возможностями объекта 1 управления, что гарантируется совпадением ограничений скорости изменения выходных координат эталонной модели

2 и объекта 1 при изменении инерционности нагрузки объекта. Однако при осуществлении с этой целью изменения коэффициента передачи умножителя 11 изменяется контурньй коэффициент передачи эталонной модели как замкнутой динамической системы, что приводит к изменению уставок показателей качества эталонной моделй, что особенно скажется при работе эталонной модели (и объекта ) в линейном режиме. С целью сохранения динамических параметров линейного режима в схему эталонной модели 2 введен первый блок деления 9, на вход делителя которого подан тот же сигнал, что и на управляющий вход умножителя 11. В этом случае контурный коэффициент передачи эталонной модели 2 не будет зависеть от величины сигнала К при работе модели в линейном режиме, что следует из очевидного соотношения

К9 <

К К.„— К К вЂ” К К. . р где К К„ — коэффициенты передачи делителя 9 и умножителя 11;

К9 К1 - соответственно их масш" табные коэффициенты.

Параметры линейного фильтра 8 вы. бираются обычным образом при предложении линейности объекта управления и эталонной модели.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы работы системы в виде реакции на ступенчатое изменение управляющего сигнала и двух различных уровней.

Индексом 1 обозначена реакция системы при номинальных параметрах и максимальной-инерционности нагрузки. При стационарных параметрах модйли такая реакция будет обеспечиваться и при минимальной инерционности нагрузки, хотя объект может обес-, печить реакцию вида И вследствие по-, вышения уровня ограничения скорости.

При стационарных параметрах модели реакция на меньшее входное воздействие будет иметь вид кривой ilÈl, что свидетельствует о явном недоиспользовании возможностей объекта. При работе звеньев оценки К объекта и перестройке ее параметров в соответствии с схемой (фиг..Ц реакция системы при минимальной инерционности нагрузки будет иметь вид кривой Й при реакции на управление

Î2 и вид кривой 751 при реакции на управление 0„. Кривая 3t характерйзует реакцию системы при наличии ограничения в схеме эталонной модели

2, но при исключении делителя 9 и умножителя 11.

Таким образом, реальное повышение быстродействия системы характеризуется уменьшением времени первого согласования с й, до t> при макси- 5 мальном управляющей воздействии О -и с tg до t при некотором меньшем значении управления А .

10139

Технико-экономический эффект от 1Î внедрения подобной структуры .определяется повышение быстродействия

10 6 системы,.что приводит к повышению динамической точности системы. Этот факт может оказаться решающим при выборе структурной схемы системы управления такими объектами, как металлообрабатывающие станки и летательные аппараты. При макетировании системы управления на аналоговой вычислительной машине отмечено уменьшение времени переходного процесса по сравнению с известной системой в 2-7 раз в зависимости от уровня управляющего воздействия.

Составитель А. Лащев

Редактор Н. Джуган Техред И.Гайду Корректор Nål6apcelaf, Ю Ю

Заказ 3016/56 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

Йо делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 е ееаее\еее

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