Система автоматического управления многомерным нестационарным объектом
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
3(51) G 05 В 13/04 мч
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (6 1) 429642 (21) 3371119/18-24 (22) 30.12.81 (46) 15.07.83. Вюл. 9 26 (72) В.Д.Елисеев, А.К.Комаров, Ю.П,Карпов, Г.М.Синевич,. М.М..Якубович и В.Л.Похваленский (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (53) 62-50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
Р 429642, кл. С 05 В 23/02, 1972 (прототип) „.SU„„1029142 (54) (57) CHCTENA АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ МНОГОМЕРНЫМ НЕСТАЦИОНАРНЫМ ОБЪЕКТОМ"по авт.св. Р 429642, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы, она содержит последовательно соединенные модель вынужденного движения и блок сумматоров, второй вход которого соединен с выходом динамической модели, а выход - с первым входом блока управления, командный вход которого соединен с входом модели вынужденного движения.
1029142
Изобретение относится к автоматике и может найти применение при про,ектировании инвариантных систем автоматического управления различны ми объектами с изменяющимися параметрами.
По основному авт.св. Р 429642 известна система автоматического управления нестационарным многомерным объектом, содержащая блок. управления, выходы которого подключены 10 к входам объекта управления, чувствительные элементы, сумматоры, моде- . ли чувствительных элементов и модель объекта управления, например, с постоянными коэффициентами параметра- 15 ми)), выходы которой соединены с пер выми входами блока управления и через модели чувствительных элемен- ° тов — с первыми входами сумматоров, вторые входы которых соединены с чувствительными элементами объекта управления, первые выходы сумматоров соединены со вспомогательными входами модели объекта управления, вторые выходы сумматоров подключены-. через дополнительно установленные инвертирующие усилители к вторым входам блока управления, выходы которого соединены с основными входами модели объекта управления (1 ).
Недостатком, известной системы управления является ее низкая точность °
Целью изобретения является повышение точности решения задачи инвариантности сигнала управления многорежимным объектом по отношению к вынужденной составляющей сигналов обратных связей и улучшение динамических показателей качества в том числе и при отсутствии измерений неко- 40 торых координат объекта.
Поставленная цель достигается тем, что система содержит последовательно соединенные модель вынужденного движения и блок сумматоров 45 второй вход которого соединен с выходом динамической модели, а выходс первым входом блока управления, командный вход которого соединен с входом модели вынужденного движения.
На чертеже представлена функцио-.. нальная блок-схема системы автоматического управления многомерным многорежимным объектом.
Эадающие воздействия Х,Х
X поступают на командные входы бло-.
Р ка управления 1, который, например, представляет собой соединение блока суммирующих усилителей и исполнительных устройств (не указаны ). С выхо- 60 дов блока управления 1 управляющие воздействия поступают на входы многорежимного объекта управления 2 и на основные входы первой модели 3 объекта управления, например стационарной,65
/ и выполненной, например, в виде блока интеграторов с прямыми и обратными связями с учетом нелинейностей, присущих объекту управления, и с учетом действующих на объект возмущений или их оценок (не указаны).
Выходные сигналы координат У „, У2, У. объекта управления 2 измеряются с помощью чувствительных элементов 4 и подают на вторые входы первых сумматоров 5, например, исполненных на суммирующих усилителях.
Сигналы эталонных координат первой модели У,, У 2, .. °, У с выходов первой модели 3 объекта управления через модели чувствительных элементов б подают на первые входы первых сумматоров 5 через инвертирующие усилители 7. С выходов первых сумматоров 5 сигналы разностей Z 12 Г измеренных координат У„, У,...., У„,объекта управления 2 и соответствующих им эталонных координат У,, y12I У пеРвой модели 3 объекта управления подают на дополнительные входы модели 3 объекта управления для коррекции сигналов эталонных координат У .„У„, У,, и одновременно подают на дополнительные входы блока управления 1 через инвертирующие -усилители 7 для формирования управляющих воздействий U, О,..., 0 . Одновременно задающие воздействия Х„, Х, Х подают на входы дополнительной модели 8 вынужденного движения объекта управления, например стационарной, и выполненной, например, в виде блока интеграторов (обычно с существенно уменьшенным числом интеграторов, чем в модели 3) с прямыми и обратными связями с учетом нелинейностей, присущих объекту управления 2, и с учетом действующих на объект возмущений (не указаны ). С выходов модели 3 объекта управления эталонные координаты У„„, У„, У,,,..., У ..., У подают на первые входы дополнительно введенных в схему вторых сумматоров 9, выполненных, например, в виде суммирующих усилителей. На вторые входы сумматоров 9 подают сигналы координат У2 У22 У2 У2 1 ITl и выходов второй модели 8 объекта управления через инвертирующие усилители. С выходов вторых сумматоров 9 сигналы Вторых Разностей Z21, Z221 Zg,..., 22 подают на основные входы блока управления 1 в виде сигналов обратных связей для формирования управляющих воздействий 04, 02,, в о е у О) ° Сущность работы системы автоматического управления многомерным многорежимным объектом заключается в следующем, 1029142 Управляющие воздействия Uz, U2„ О, поступающие на объект управления 2, образуют как суммы задающих воздействий Х1. Х2, ° ° °, Хрпсигналов разностей Z „ Z Zz измеренных координат У,, У2,..., объ5 екта управления 2 и соответствующих им сигналов эталонных координат У.,„, У,, У. модели объекта управле)2 ° ° ° ф ния 3, при этом раэностные сигна лы Z 2„ ..., 2. усиливают на ин- 10 вертирующих усилителях 7 с коэффициентом сигнальной адаптации. Эталонную составляющую в управляющих воздействиях,U>, U 2,..., О> образуют с помощью разностных сигналов 2 „, 15 2 ...,,, Z2,..., 2 „между координатами УИ У)2 У,..., У„первой модели 3 (модели полного движения и координат"ми Уг, У22 У2 У ° ° .с у2 модели 8 в ну*денного 20 2п движения объекта, причем модели 3 и 8 объекта управления могут быть, например, стационарными, в силу чего коэффициенты дифференциальных уравнений моделей 3 и 8 могут отличаться от соответствующих коэффициентов дифференциальных уравнений.движения объекта управления 2. При этом коэффициенты уравнений модели 3 равны соответствующим коэффициентам 30 модели 8. Сигналы эталонных координат У „, У . .. У,..., У,, с выхода модели 3 объекта управления зависят двояко от сигналов разностей Z„, Z„ ..., 35 Z непосредственно по цепям коррек m ции модели 3 и через управляющие воздействия U, U,,..., 0 .Подобное включение позволяет .в соответствии с реализуемым принципом двух- 40 канальности теории инвариантности путем соответствующего усиления сигналов разностей 2<< 2<>, ..., Z с выходов первых сумматоров 5 по каналам коррекции инвертором 7 объекта 45 управления 2 и каналам непосредственной коррекции модели 3 получить требуемую степень независимости (инвариантности )сигналов эталонных координат У, У„,..., У. от сигналов разностей Z, 2„,..., Z< c выходов первых сумматоров сравнения 5, а следовательно, и от изменяющихся параметров объекта управления 2. Использование принципа двухкайальности.указанным образом позволя" ет решить точную задачу модальной инвариантности инвариантности группы корней характеристического уравнения, соответствующих доминирующей эталонной составляющей движения 60 системы ). При этом через каналы коррекции 7 объекта управления осуществляется стабилизация объекта относительно заданного эталонного движения модели объекта управления 3 ° 65 с Такое включение первой модели 3 объекта управления позволяет решать с высокой точностью задачу инвариантности качественных показателей системы управления как по отношению к изменению параметров объекта управления, так и по отношению к действующим на объект возмущениям. Но при использовании лишь моде» ли 3 система управления многорежимным объектом 2 обладает ограниченными воэможностями при решении задачи инвариантности сигналов управления 01, 02, Оъ объектом по отйошению к вйнужденной составляющей обратных связей по координатам У „, у„... У „„..., У „и координатам разностей Z„, 2„, ., 2< . Амплитудные значения координат.у„„, У.„,..., У., выходов модели эталойногб движения, как правило, значительно превышают амплитудные значения координат разностей 2„.„ 2„>,..., 2< с выходов сумматоров 5. Поэтому полное устранение в статическом режиме влияния координат У„,, У, ° .., У,, У в цепях обратных. связей, поступающих на первые входы блока управления 1, позволяет существенным образом расширить возможности решения задачи инвариантности сигналов управления U„, 0>,..., 0 по отношению к вынужденной составляющей сигналов :обратных связей. С этой целью в систему управления введена дополнительно модель 8 вынужденного движения объекта 2 и дополнительные сумматоры блока 9, которые включены указанным образом. Наличие второго канала распространения сигналов задающих воздействий Х,, Х» Х через модель 8 объекта до сумматоров 9 решает с точностью. до Е задачу инвариантности сигналов управления О.„ 0,..., О, по отношению к вынужденной составляющей обратных связей. Таким образом, решение задачи осуществлено посредством ранее неизвестного подключения модели 3 объекта управления к модели 8 объекта управ.ления при равенстве соответствующих параметров обоих моделей. Ь силу предлагаемого подключения модели 3 к модели 8 посредством сумматоров 9, в силу равенства соответствующих статических коэффициентов модели 3 и модели 8 при одинаковом учете возмущающих воздействий система управления обеспечивает до Е Обнуление сигналов Разностей 22 Z 2,, 22 ° Z2 при затухании динамических"составляющих в переходных процессах, как если бы в системе подвергли дифференциированию сигналы У„„, У У в цепях обратных связей. Но в отличие от схем с дифференциированием fl 1029142 предлагаемое подключение модели 3 к модели 8 позволяет обнулять вынужденную составляющую сигналов обратных связей в сигналах упавления 0„, 02 ...> U при сохранении помехозащи щенности системы управления. Кроме того, предлагаемое подключение модели З.к модели 8 позволяет сохранить высокую точность желаемых динамических показателей системы. Модель 8 вынужденного движения объекта управления даже при постоянных параметрах модели представляет собой не просто блок усилителей с соответствующими коэффициентами, а может содержать в своей структуре набор интеграторов. Кроме того, модель 3 и модель 8 реализуют.с учетом влияния возмущающих воздействий, присущих объекту управления 2, а при 10 отсутствии возможности измерения возмущений, действующих на объект, в моделях 3 и 8 учитывают оценки возмущений, полученных., например, с помощью фильтра наблюдающего устройства. В этом случае, а также в случае неполного вектора информации о координатах объекта управления наблюдающее устройство оценки неизмеряемых кбординат объекта управления и оценки возмущений, действующих на объект управления 2, может быть реализовано с помощью введения в систему дополнительно третьей модели объекта управления, подключенный в системе известным способом, например, как в фильтре Калмана-Бьюси. 35 При наличии в системе наблюдающего устройствадля оценки неизмеряемых координат и возмущающих воздействий или фильтрации помех измеряемых координат объект управления с данным 4() наблюдающим устройством может быть рассмотрен как некий обобщенный объект управления, у которого в качестве выходных координат могут быть приняты как оценки измеряемых координат, так и оценки неиэмеряемых коу соответственно). Введенйе наблюдающего устройства, реализованного на основе третьей модели объекта управления 2, не имиеняет сущест» ва предлагаемого решения, а лишь расширяет его возможности и, как следствие, в формуле изобретения в качестве объекта управления 2 может быть рассмотрен обобщенный ббъект управления (объект. управления вместе с наблюдающим устройством ). Предлагаемое подключение модели 3 к модели 8 с целью расширения воз-, можностей решения задачи инвариант .: 60 ности управляющего воздействия по отношейию к вынужденной составляющей обратных связей обеспечивает получе ние положительного эффекта уже при постоянных параметрах этих моделей. 65 При настройке параметров моделей к параметрам объекта управления схе ма неограниченно расширяет свои возможности как для обеспечения желае мых динамических показателей качества, так и для обеспечения желаемых статических показателей качества. Предлагаемое подключение модели обнуления вынужденной составляющей движения многорежимного объекта управления к модели полного движения дает вбэможность сохранить естествен ные свойства свободного объекта управления при сохранении требуемых показателей качества управления объектом, причем выполняются требования невозмущенности движения системы в случае структурных переключений; а при использовании в системе исполнительных устройств а ограниченным изменением выходных координат, например типа насыщения, решается задача минимизации расхода их движения в условиях широкого диапа- . эона изменения параметров объекта управления. Таким ббразом, предлагаемая система автоматического управления позволяет на основе использования принципов декомпозиции структуры и теории инвариантности решать следующие задачи (даже при постоянных параметрах моделей объекта управления): наличие первой модели 3 объекта управления позволяет решать задачу точной модальной инвариантности эталонного движения в системе и стабилизацию относительно него объекта управления, что обеспечивает инвариантность до Е качественных показателей системы по отношению к возмущающим воздействиям, действующим на,объект управления и по отношению к изменению параметров мнотаэрежимного объекта (двойная инвариантность ), с введением в систему управления второй модели 8 объекта управления расширяются возможности решения задачи инвариантности (доЕ) сигнала управления многорежимным объектом по отношению к вынужденной составляющей обратных связей при сохранении помехозащищенности и высокой точности обеспечения желаемых . динамических показателей системы управления (что с учетом предыдущего свойства может быть определено как тройная инвариантность ), одно- временно. система позволяет качественно управлять динамикой объекта при измерении неполного вектора состояния системы, при введении в систему дополнительно наблюдающего устройства по оценке неизмеряемых 1029142 Составитель А.Лащев Редактор A. Гулько Техред И. Коштура Корректор М.Демчик Заказ 4977/45 Тираж 874 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, .4 координат объекта и оценке неизмеря ewx возмущающих воздействий расширяются воэможности решения задачи ннвариантностн качественных показателей систеэн по отношению и возмуще.ниям.
