Система автоматического управления многомерным нестационарным объектом1^гнл"фовд

 

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пп 429642

Союз Советских

Социалистических

Республик (б1) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 19.05.72 (21) 1786118/18-24 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опчбликовано 05.06.74. Бюллетень № 21 (51) М. Кл. G 05Ь 23/02

G 05Ь 11/01

Государственный комитет

Совета Министров СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 62-50(088.8) Дата опубликования описания 09.12.74 (72) Авторы изобретения

Б. Н. Петров, В. Д. Елисеев, Н. И. Соколов и А. К. Комаров (71) Заявитель

Московский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе с. > (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 4 6 ", .,, МНОГОМЕРНЫМ НЕСТАЦИОНАРНЫМ ОБЪЕКТОМ

Изобретение относится к автоматике и может найти применение при проектировании систем автоматического управления различными объектами с переменными параметрами.

Известны системы управления многомер.ными нестационарными объектами по сигналам оценок его фазовых координат (оценок переменных состояний), содержащие блок управления — последовательное соединение усилителей и исполнительных устройств,— выходы которого подключены ко входам объекта управления, чувствительные элементы, сумматоры, модели чувствительных элементов и модель последовательного соединения объекта управления и исполнительных устройств, основные входы которой подключены к выходам усилителей блока управления, и выходы которой соединены с первыми входами блока управления и через модели чувствительных элементов — с первыми входами сумматоров, вторые входы которых соединены с чувствительными элементами объекта управления, а выходы сумматоров сравнения соединены со вспомогательными входами модели объекта управления. Однако, если параметры объекта управления неизвестны или известны неточно, диапазон изменения качественных показателей системы управления нестационарным объектом, например времени переходного процесса и его колебательности, определяется максимальным разбросом параметров нестационарного объекта управ ления относительно параметров модели объекта управления, причем качественные показатели системы управления изменяются вместе с изменением параметров объекта управления. Системы автоматического управления нестационарными объектами по сигналам

10 оценок их фазовых координат (оценок переменных состояния) не позволяют регулировать диапазон изменения качественных показателей. Кроме того, при управлении нестационарными объектами и-ro порядка указан15 ные системы управления не производят коррекцию по и-ным производным выходных фазовых координат объектов управления.

Целью изобретения является расширение возможностей компенсации влияния перемен20 ных параметров объекта управления на качественные показатели системы управления и направленного регулирования диапазона изменения качественных показателей системы управления, например уменьшения разброса

25 динамических характеристик, так что при изменении параметров объекта управления качественные показатели системы должны изменяться в заданных пределах. Это достигается тем, что вторые выходы всех сумматоров

30 сигналов фазовых координат (переменных сод2Я642 стояния) объекта управления с выходов чувствительных элементов и соотвс г".. вующпх им сигналов оценок фазовых коордппат об екта управления с выходов моделей чувствительных элементов дополнительно подклю,е— ны через дополнительные инвсртирующпс усилители ко вторым входам блока управления, выходы которого соединепы с основными входами модели объекта управления.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемой системы автоматического упраглсния многомерным нестационарным объектом.

Задающие воздействия Хь Х,...Х, поступают на основные входы блока управления !, ко- 15 торый, например, представляет собой последовательное соединение блока суммируюшпх усилителей и исполнительных устройств. С выходов блока управления 1 управляющие в«здействия Ui, У,,Ua поступают на входы нсстацио- gp нарного объекта управления 2 и па ос с»::,: входы стационарной модели 3 объекта управления, например, выполненной в виде блока интеграторов. Выходные сигналы фазовых;„.оординат Уь Y2,...Ó объекта управления 2 изме- 25 ряют с помощью чувствительных элементов 4 и подают на вторые входы сумматоров 5, например, выполненных на суммируюш,.гх усилителях. Сигналы оценок измеренных фазо30 вых координат Yi, Y2,...Ó,„с выходов модели 3 объекта управления через модели 6 чувствительных элементов подают iia ьторыс входы сумматоров 5. С выходов сумматоров 5 сигналы разностей Zi, Z:,...Z,, измерепных 55 фазовых координат Yi, Y2,... Ym объекта управления 2 и соответствующих им сигналов оценок Yi, У,...Y фазовых координат подают на дополнительные входы модели 3 объекта 40 управления для коррекции сигналов оценок всех фазовых координат Уь У,,...У „ У„ объекта управления. Сигналы оценок всех фазо45 вых координат Уь Y2,... У,... Y,, объекта уп. равления с выходов модели 3 подают на первые входы блока управления 1 в виде сигналов обратных связей для формирования сиг-налов управляющих воздействий Ui, U,,,U>,. 50

С выходов сумматоров 5 сигналы разностей

Zi, Z2,...Zm измеренных фазовых координат

Уь Y2,...Y объекта управления с выходов чувствительных элементов 4 и соо-.ветствую55 щих им сигналов оценок Уь Y>,...Y,„ôàçîâûõ координат с выходов моделей 6 чувствительных элементов подают дополнительно через инвертирующие усилители 7 на вторые входы блока управления 1 для Аоомирования уп- б0 равляющих воздействий Ui, U>,...Ui, Сущность работы предлагаемой системы автоматического управления многомерным нестационарным объектом заключается в .л едующем. б5

Управляющие воздействия Ui, U>,...У „поступающие па объскт управления 2, образуют

«ак c:уммь задаюп(их воздснствии Хь Х,...Х, и сигналов оценок Yi, Yq,... Ym,... Y,„âñåõ фа=,oâûõ координат Yi, Y>,... Y,... Y„îáúåêòà управления, которые усиливают в блоке управления (с коэффициентами обратных связей), и сигналы разностей Zi, Z>,...Z измеренных фазовых координат Yi, Y>,...Y,„îáúåêòà управления и соответствующих им сигналов оценок

Уь Y2,...Ym фазовых координат, которые усиливают а инвертирующих усилителях (с коэффициентами адаптации) . Сигналы оценок всех фазовых координат объекта получают с выходов модели 3 объекта управления, например, стационарной, так что коэффициенты дифференциальных уравнений модели 3 объекта управления могут отличаться от коэффициентов дифференциальных уравнений обьекта управления 2. Структура получения сигп".ëîâ оценок фазовых координат такова, что подбором соответствующего усиления интеграторами модели 3 объекта управления (c коэффициентами оценок) сигналов разностей с выходов сумматоров 5, выполняющих операции сравнения сигналов фазовых координат с соответствующими сигналами оценок фазовых координат., можно сколь угодно точпо приблизить все сигн ëû оценок Yi Уд,...

Y„„... У„фазовых координат к соответствующим фазовым координатам Уь Yg> У,...У„ объекта управления, несмотря на отличие реальных коэффициентов объекта управления от коэффициентов модели объекта управления (прн отсутствии ошибок измерения).

Сигналы оценок фазовых координат объскта управления зависят двояко от сигналов разностей Zi, Z>,... Z измеренных фазовых координат объекта управления и соответствующих им сигналов оценок фазовых координат — непосредственно и через управляющие воздействия Ui, Uq, ..Uq.

Это позволяет, в соответствии с реализуемым таким образом принципом двухканальности, путем соответствующего усиления сигналов разностей с выходов сумматоров по каналам коррекции выходных сигналов модели объекта управления и дополнительным каналам формирования управляющих воздействий, а также соответствующим усилением сигналов оценок со всех выходов модели объекта управления, получать требуемую степень независимости (HHBBpHBHTHocTb) сигналов оценок фазовых координат от сигналов разностей с сумматоров сравнения, а следовательно, и с переменных параметров объекта управления. При выполнении условия ипвариантности сигналы оценок фазовых координат принимают эталонные значения, а так как фазовыс координаты объекта управления близки к сигналам своих оценок, то и фазовые координаты объекта управления

5 близки к эталонным значениям. Это и требуется в задачах управления с постоянным качеством, Кроме того, в ряде задач требуется направленно изменять в определенном диапазоне эталонный процесс (качество системы управления) при изменении параметров объекта, например, с целью уменьшения дополнительных управляющих воздействий на объект.

Предлагаемая система управления обладает и этой возможностью, 1 àê как выбором соотношений усилений сигналов разностей по каналам коррекции оценок фазовы: координат и дополнительным каналам формирования управляющих воздействий определяют направленное изменение эталонного процесса и диапазон этого изменения. Предлагаемая система управления позволяет корректировать управление нестационарным объектом и-го порядка по производным выходной фазовой координаты до и-го порядка включительно и при этом избегать дифференцирования в явном виде сигналов измеренных фазовых координат объекта управления, что повышает помехозащищенность системы управления. Она обладает определенпой общностью и позволяет путем линейных преобразований получать различиыс системы управления нестационарными объектами. Та«, например, можно сделать переход, с точностью до входного компенсационного фильтра, к системе управления нестационарным объектом путем охвата функционально необходимых звеньев специально подобранными стационарными корректирующими устройствами.

Предлагаемое подключенис блока управления (соединение усилителей и исполнительных устройств) и модели объекта управления позволяет формировать и производить отладку эталонного движения системы на стенде, что является особенно удобны..i в случае, когда не представляется возможным достаточно точно описать работу исиоли.,тсльиы. ; устройств. Достоинством являстся также невозможность ее реализации в виде набора идентичных блоков, выполненных на унифицированных аналоговых или цифровых элементах, например на интеграторах.

В качестве примера рассмотрим объект управления, описывающийся дифференциальным уравнением первого порядка

= — A(t) Y+ B(t).U, (1)

dt где Y — управляемая фазоьая координата об ьекта;

U — входное управляющее воздействие объек.а;

A (t) и B (t) — иеремениыс коэффицисить. ооъекта.

Пусть У измеряется осз помех и требуется, чтобы переходный процесс ио У не зависс;:

429642 гт:l(tl: B(t) и оыл близок к некоторому э слои и>ми процессч.

Сиг гал оценки У фазовой координаты описыиас ся уравнением (2) = — А У+-Во+К, Z, т. е.

Z= Y — Y. -.::.". оол. шс коэффициент Кь тем ближе сигиал оценки У к фазовой координате объек30 т".

Согласно изобретению, управляющее воздейст-="! ñ объекта определяется уравнением

u = (КХ вЂ” К,Z — >У) —. (4)

35

В соответствии с предлагаемой системой ,- рав. г-ния с..агаемое К-.Z введено со знаком,, р: гиио и>ложным знаку слагаемого К У в

40; 1>анис!>и опенки (2).

"— за ающее воздействие К вЂ” кое

".ôñ>èöèñï-. ус ления задающего воздеиствия;

К вЂ” коэффициент адаптации; p — коэффициент обратной связи. Коэффициенты К, Кь

К,;.  — постоянные, С учетом (4) уравнение (2) принимает вид — — — (;-+Л) Y+KA+K,Z — К,Z. (5) При раве:истве коэффициентов К| и К2 слагаемые с разностью 2 компенсируют друг

55 ди га, ."и сигна. оценки У не зависит от Z, а с .с 0! :.1тсльно, и от переменности параметров

; й.,с.;га управления. аким ооразом, процесс изменения У явля60 с . ся + . ÿ. ñ11:! ë: ..

Та:.: .ак коэффициенты К1 и К2 достаточно вели;;., то» сигнал оцсики Y близок к У, т. е.

:,р и-..сс измеисиия достаточно близок к эта65 . оииому гиоцсссу на всех режимах.

Ip . ле У вЂ” сигнал оценки фазовой координаты объекта: .",;.; Л вЂ” коэффициенты приближенного уравнепия объекта, например, постоян..ые и разные соответствующим коэффициентам объекта управления в некоторый момент времени (рас e i пый режим);

К; — коэффициент оценки;

Z — разность измеренного значения Y u го сигнала оценки У, 429642

Уравнение эталонного процесса изменения сигнала оценки принимает вид — „= — (р. + А) Y + КХ . (6)

dY

Эталонный процесс существенно зависит от величины коэффициента обратной связи р,.

В случае неравенства коэффициента оценки К1 и коэффициента адаптации К, появляется возможность направленного изменения эталонного процесса, а следовательно, и качества системгя управления. Так, например, при К1)К появляется составляющая управления эталонным процессом, равная (К вЂ” К ) Z. При коэффициенте адаптации

К вЂ” — О, коэффициенте оценки К1 — oo, фиксированном коэффициенте обратной связи

p=const процесс изменения координаты Y равен эталонному только на расчетном режиме. При изменении параметров объекта управления диапазон изменения динамических свойств системы максимален, и характер поведения фазовой координаты У определен уравнением

Как правило, в задачах управления нестационарными объектами не требуют неизменности динамических свойств системы на всех режимах, а задают направленное изменение динамических свойств системы в определенном диапазоне, что приводит к выбору коэффициента адаптации К2 не равным коэффициенту оценки Кь При объекте управления более высокого порядка (объект описывается системой дифференциальных уравнений в нормальной форме) получаем более сложную систему уравнений оценок, и эталонный процесс не может быть полностью независим от нестационарности объекта. Однако выбором соответствующих величин и соотношений коэффициентов адаптации и коэффициентов

5 оценок и величин коэффициентов обратных связей эту зависимость делают либо достаточно малой, либо отвечающей требуемому изменению качества управления.

10 Предмет изобретения

Система автоматического управления многомерным нестационарным объектом, содержащая блок управления, выходы которого

15 подключены ко входам объекта управления, чувствительные элементы, сумматоры, модели чувствительных элементов и модель объекта управления, например, с постоянными коэффициентами (параметрами), выходы ко20 торой соединены с первыми входами блока управления и через модели чувствительных элементов — с первыми входами сумматоров, вторые входы которых соединены с чувствительными элементами объекта управления, 25 первые выходы сумматоров соединены со вспомогательными входами модели объекта управления, отличающаяся тем, что, с целью расширения возможностей компенсации влияния переменных параметров объекта

30 управления на качественные показатели системы управления и направленного регулирования диапазона изменения качественных показателей системы управления нестационарным многомерным объектом, например умень35 шения разброса динамических характеристик, вторые выходы сумматоров подключены через дополнительно установленные инвертирующие усилители ко вторым входам блока управления, выходы которого соединены с ос40 новными входами модели объекта управЛения.

429642

1 ! !

5

Составитель Ю. Шувалов

Редактор Л. Тюрина Техред Г. Дворина Корректор Т. Гревцова

Заказ 3598/5 Изд, № 971 Тираж 760 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова,