Бинарная система управления

 

Изобретение относится к системам автоматического управления. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и надежности системы. В систему введены блок 10 деления, усилитель 11 с насыщением и новые связи. Качество регулирования повьшается за счет организации дополнительной внутренней обратной связи. 1 ил. N5 CD 4 СО 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G 05 В 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3915455/24-24 (22) 10 ° 07.85 (46) 07.03.87. Бюл. № 9 (7 1) Всесоюзный научно-исследовательский институт системных исследований (72) В.Н.Ахтырский, С.В.Емельянов, С.К.Коровин, В.И.Сизиков и К.M.Öâåòêîâà (53) 62-50(088.8) (56) Соколов Н.И. Лекции по курсу

"Теория автоматического регулирования". Эквивалентные адаптивные и адаптивные САУ. Ч 1, — M,: МАИ, 1972, с, 55.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1126927, кл. G 05 В 13/02, 1983.

„„SU„„1294798 А1 (54) БИНАРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к системам автоматического управления. Цель изобретения — повышение помехоустойчивости и надежности системы. В систему введены блок 10 деления, усилитель 11 с насыщением и новые связи.

Качество регулирования повьппается за счет организации дополнительной внутренней обратной связи ° 1 ил.

1 12947

Изобретение относится к системам автоматического управления и предназначено для управления динамическими объектами, параметры которых меняются в широких диапазонах произвольным образом.

Предполагается, что движение объекта описывается линейным дифференциальным уравнением n-ro порядка: у" (t)+a„(t)y " " (t)+,...,+

+а,(t) y(t) =u(t), где а (t) — неизмеряемые параметры

t объекта, меняющиеся в фиксированных диапазонах, задаваемых известными константами а а, с a;(t) i iа; (i=!,...,n).

Цель регулирования заключается в компенсации ошибки регулирования

x(t), определяемой разностью x(t)=

-y (t)-y(t) где у (t) — известное постоянное задающее воздействие, а также в обеспечении заданной динамики переходных процессов в замкнутой системе и малой зависимости свойств управляемых процессов от параметров объекта а.(t) (i=1 n).

Известен ряд методов решения -по- З0 ставленной задачи. Теоретически исчерпывающее решение в случае, когда

a(t) — произвольные ограниченные параметрические возмущения дает метод глубокой отрицательной обратной связи. Требуемый результат при подобном подходе достигается при увеличении коэффициентов усиления обратной связи до бесконечности. При практическом применении таких регуляторов замкнутые системы управления оказываются, как правило, неустойчивыми. Необходимость использования ограниченных коэффициентов передачи при управлении неопределенными динамическими систе- 45 мами приводит к развитию адаптивных систем. Такие системы основаны на получении с помощью прямых или косвенных оценок, меняющихся во времени, характеристик объекта и использо- 50 вании этой информации для подстройки регулятора, чтобы поддержать свойства замкнутой системы неизменными или близкими к требуемым. Это предОпределяет Возможность обоснованного 55 применения методов адаптации для управления нестационарными объектами лишь с "медленно" меняющимися характеристиками, что выражается в необхо98 2 димости выполнения условий квазистационарности. Существуют и некоторые другие подходы к управлению рассматриваемым классом объектов, основанные на методах теории инвариантности, на создании автоколебательных режимов, на использовании разрывных управлений. Однако эти подходы имеют ряд ограничений, что затрудняет их использование.

В релейных системах и в системах с переменной структурой, как правило, задача решается при возникновении в замкнутом контуре скользящих режимов. Их использование в ряде случаев в главном конгуре регулирования затруднено или недопустимо.

Из этого следует, что проблема эффективного управления неопределенными динамическими системами представляет большой теоретический и практический интерес, При этом наибольший интерес представляют такие ее решения, которые учитывают реальные ограничения на управляемые переменные коэффициенты передачи и позволяют использовать в основном контуре регулирования непрерывные управления.

Таким требованиям удовлетворяют бинарные системы автоматического управления, основанные на принципе бинарности, в соответствии с которым координаты и операторы системы управления рассматриваются в виде единой совокупности ее переменных состояния.

Каждый элемент такой совокупности может выступать в качестве переменной координаты или переменной оператора.

Переменные — операторы могут подвергаться тем же преобразованиям, которые обычно совершаются над переменными — координатами. Сочетание принципа бинарности с принципом регулирования по отклонению позволяет перейти к автоматическому формированию законов управления, наделяющих систему управления требуемой совокупностью свойств.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости и надежности системы.

На чертеже представлена схема бинарной системы управления с координатной и координатно-параметрической обратными связями.

Система содержит объект 1 управленля, эадатчик 2 контура координатной обратной связи, реализующий сигнал у (t), блок 3 сравнения, диффе1294798

1м11 « 1 (3) 55

3 ренциаторы 4,...,4, модульные элементы 5,,...,5» первые усилители

6,,...,6„, первый сумматор 7, вторые усилители 8,...,8„, второй сумма1 тор 9, блок 10 деления, усилитель 11 с насыщением, инерционный фильтр 12, умножитель 13.

Регулятор может быть представлен следующей совокупностью соотношений:

u(t)=Ь(t)p(t)k /x(t)/;, 1 -J.(р+ма (A);

1 - — —-S Цхц б =сх, 15 где u(t), Iu (t), 3 (t)

g- (t) — сигналы различных контуров регулятора; 20

k,ä,5è с параметры регулятора.

Как видно из приведенных соотношений, устройство управления описывается алгебраическими соотношениями 25 и обыкновенными дифференциальными уравнениями с непрерывной правой частью.

Динамика управляемых процессов в замкнутой системе определяется корня- 30 ми полинома:

С„ p" +C„, p" +,...,+С,р+С, =0, (1) где С,...,С„ — коэффициенты усиления р, вторых усилителей

8,,...,8„ соответственно.

Очевидно, что выбором этих коэффициентов можно добиться требуемого

40 характера поведения управляемых про- . цессов в системе. Таким образом, если полином (1) гурвицев, то при выполнении следующих неравенств на коэффициенты усиления первых усилителей

Ь,,...,Ь„и блок 13

1(С+ де )а(t)1 макс sup — -;-- --- —; (2)

С +MS

ol > g макс sup (С .5Ь)а()+

+(С- dS)e „), 1Ы1<1 t>, t, :система асимптотически устойчива.

При этом существует следующая оценка на управляемые процессы: .

Itx(t)tl fix(t )p ехр Рм(с t, )7 (4)

Г1 и о — положительные кон1 1 станты, которые могут быть сделаны произвольным соответствующим выбором коэффициентов С и S усилителей 8,,...,8„, 11.

Покажем справедливость последней оценки — перепишем уравнение объекта управления относительно ошибки

$ регулирования х=у -у в векторной форме:

x=A(t)x+u, x«R", где A(t)ER — матрица в канонической форме, составленная из коэффициентов а () (=1,...,n). Перепишем последнее уравнение в координатах (х,б), где х E.É х =А„х +h„G; (5) б =а х +hGG+C u где А,,h,,à,+,Сб-- параметры,,связанные с параметрами исходной системы и вектором С очевидным образом.

Рассмотрим первое уравнение системы (5). Соответствующим выбором вектора С можно добиться выполнения следующего неравенства на матрицу

Коши уравнения х =А х : л

tl + (t, ъ)И < С exp(-5, (t-i );C, Â. О.

При выполнении неравенств (2), (3) существует конечный момент времени

> t, такой, что 10 tc g It хlt,.òîãäà, переписав первое уравнение (5) в интегральной форме, получают следующую оценку при t > t,: ((х (t)tt < С, Р х (t, )/! exp(6,(tt

t, )7+С, sup // Ь„Ц I ((х (t )ll ехр(-g(tл )

1 из которого по лемме Гронуолла-Белмана следует оценка (4). аким образом, из формулы (4) следует, что асимптотическое стремление к нулю ошибки ху -у решается.

Предлагаемая бинарная система функционирует следующим образом.

Сигнал y (t), вырабатываемый задатчиком 2, сравнивается с сигналом. поступившим с выхода объекта 1 управления, в блоке 3 сравнения.

Полученная ошибка регулирования x(t) 8 6 рической обратной связи образуется вторыми усилителями 8,...,8, втоп рым сумматором 9, блоком 10 деления, усилителем 11 с насыщением и инерционным фильтром 12.

5 129479 поступает непосредственно на вход первого модульного элемента 5,, а на входы остальных модульнык элементов 5,...,5„, через дифференциаторы соответствующих порядков 4,,...,4„, с выходов модульных элементов 5, S„ сигналы подаются через соответствующие первые усилители 6, . . .6„ на вход первого сумматора 7. Сигнал ошибки x(t) с выхода блока 3 сравне- !0 ния и сигналы с выходов дифференциаторов 4,,...,4„, через соответствующие вторые усилители 8,,...,8„ подаются на вход второго сумматора 9. Полученный сигнал подается на первый !5 вход блока 10 деления (делимое), вторым входом (делитель) подключенного к выходу первого сумматора 7. Сигнал, полученный на выходе блока 10 деления, является ошибкой контура координатно-параметрической обратной связи. Она последовательно подается на вход усилителя 11 с насьпцением, а

f затем с выхода усилителя с насьпцением — на вход инерционного фильтра 12, 21 сигнал с выхода которого поступает на вход блока 13 умножения, первым входом подключенного к выходу первого сумматора 7. В результате умножения образуется сигнал управления

U(t), который подается на вход объекта 1 управления. В рассматриваемой системе контур координатно-параметФормула изобретения

Бинарная система управления, содержащая последовательно соединенные первый сумматор, умножитель, второй вход которого подключен к выходу инерционного фильтра, объект управления, блок сравнения, второй вход которого подключен к выходу задатчика, а выход — к входам дифференциаторов, своими выходами и входом блока сравнения соединенных через соответствующие вторые усилители с входом второго сумматора и через модульные элементы, последовательно соединенные с первыми усилителями, с входом первого сумматора, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и надежности системы, она содержит усилитель с насыщением и последовательно соединенные блок деления, первый и второй входы которого подключены соответственноок выходам второго и первого сумматоров, а выход усилителя с насыщением подключен к входу инерционного фильтра.

Составитель А.Лащев

Редактор Н.Гунько Техред А.Кравчук Корректор И.Эрдейи

Заказ 557/25 Тираж 864 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4