Устройство для оптимального управления колебательными объектами второго порядка

 

О П И С А Н И Е (») 499553

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Свез Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.04.73 (21) 1906824/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.01.76. Бюллетень № 2

Дата опубликования описания 29.03.76 ф (51) М. Кл. б 05В 11/16

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 621.52(088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

В. И. Костюк, В. H. Игнатенко, В, И. Коржов и В. Н. Андреев

Киевский ордена Ленина политехнический институт имени

50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ

КОЛЕБАТЕЛЬНЫМИ ОБЪЕКТАМИ ВТОРОГО ПОРЯДКА

Изобретение относится к приборам и системам автоматического управления и регулирования и предназначено для оптимального по быстродействию упр авления колебательными объектами с двумя управляющими воздействиями, обладающими чистым временным запаздыванием в контурах управления.

Известно устройство для оптимального управления колебательными объектами второго порядка, содержащее блок моделирования уравнений объекта в «отрицательном времени», соединенный входами и выходами с соответствующими входами блока синтеза оптимальной кривой переключения, другие входы которого подключены к выходу колебательного объекта второго порядка, а выходы соединены со входами блока формирования управляющего воздействия, выходы которого соединены со входами колебательного объекта второго порядка. Однако оно непригодно для оптимизации по быстродействию объектов с несколькими ограниченными по модулю управляющими воздействиями, а также для оптимизации объектов с транспортным запаздыванием в контуре управления.

Описываемое устройство отличается тем, что оно содержит блок синтеза управлений модели, первый и второй входы которого подключены к выходам объекта, третий вход— к выходу блока синтеза оптимальной кривой переключения, а выходы соединены со входами блока моделирования объекта в «отрицательном времени». Это расширяет функциональные возможности устройства. Кроме то5 го, в устройстве блок синтеза управлений модели содержит две пороговые схемы, шесть логических элементов «И» и три триггера, причем выходы пороговых схем подключены к первому и второму входам блока синтеза

10 управлений модели, соединены с логическими элементами «И», связанными по входам с триггером, счетный вход которого подключен к третьему входу блока синтеза управлений модели, а выходы элементов «И» соединены

15 с установочными и счетными входами двух других триггеров, выходы которых подключены к выходу блока синтеза управлений модели, а в блок синтеза оптимальных кривых переключения введены координатный преобра20 зователь и распределитель, входы которого соединены с выходами координатного преобразователя и соответствующими входами и первым выходом блока синтеза оптимальных кривых переключения, а выходы соединены с

25 запоминающими устройствами, сумматором и другими выходами блока синтеза оптимальных кривых переключения, входы координатного преобразователя соединены с соответствующими входами блока синтеза оптималь30 ных кривых переключения, 499553

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Блок моделирования уравнен .й объекта в

«отрицательном времени» 1 содержит нуль-органы 1, 2 и схему сброса 3. Выходы блока 1 подключены ко входу блока синтеза оптимальных кривых переключения П. Блок синтеза управлений модели III, содержащий пороговые схемы 4, 5, триггеры 6, 7, 8, и логические элементы «И» 9 — 14, служит для образования на основе текущих значений фазовых координат объекта требуемых у.правлений модели UIÄ II U „, и соответствующего их изменения при поступлении сигнала с блока синтеза оптимальных кривых переключения II. Выход блока синтеза управлений модели III, содержащего триггер 15, подключен к блоку моделирования уравнений объекта в «отрицательном времени» 1 и блоку синтеза оптимальных кривых переключения 11. Блок синтеза оптимальных кривых переключения II содержит и запоминающих устройств 16, обеспе-IHBBIQIIIIIx последовательное построение и витков линий переключений, сумматор 17 и нуль-орган 18, фиксирующий совпадение соответствующих координат объекта и оптимальной кривой переключения. С целью построения линий переключения для двух управляющих воздействий блок синтеза оптимальных кривых переключения содержит распределитель 19, состоящий из логических . и ключевых схем, который по текущим значениям управлений UI,J и UQ,f производит соответствующие коммутации, обеспечивая поступления требуемых переменных блока 1 и объекта регулирования в блок синтеза оптимальных кривых переключения II, и блок 20 формирования у правлений объекта. Для построения оптимальных кривых переключения для указанного объекта при наличии чистого временного запаздывания в контуре управления данный блок содержит координатный преобразователь 21, состоящий из суммирующих и масштабных звеньев, выполненных на линейных решающих элементах и служащий для приведения переменных объекта к требуемой координатной системе, в которой строятся оптимальные кривые переключения для двух управляющих воздействий. Выход блока синтеза оптимальных кривых переключения II подключен входом к блоку 20 формирования управлений объекта. Блок формирования управлений объекта, сопоставляя преобразованные фазовые координаты объекта и соответствующие координаты синтезированных линий переключения, формирует оптимальные управляющие воздействия, подаваемые на объект.

Схема сброса 3 устанавливает нулевые начальные условия в убыстренной модели объекта 22 и переводит распределитель 19 в исходное состояние, при котором один из выходов убыстренной модели 22 подключен к запоминающему устройству 16>, другая переменная убыстренной модели 22 и соответствую5

23

65 щая координата объекта с координатного преобразователя 21 поступает на вход сумматора 17.

Состояние блока синтеза управлений модели ПI, обусловленное сигналом «Исх. полож.», таково, что на выходе «а» триггера 7 имеет место «1», а па выходе «б» вЂ” «О». При этом триггеры 6, 8, образующие U„, è U»„«eyes элементы 9, 10, 12, 13 устанавливаются - соответствующее состояние, согласно знаку координат х;, и x>,„„-,, которые определяются пороговыми схемами 4 и 5. Тем самым устаназливается связь между текущим состоянием объекта и управлениями U „, и У „„а значит воспроизводимой с помощью убыстрецной модели 22 кривой переключения.

При достижении переменной модели x„, в координатной системе х, х!значения, равного нулю, нуль-орган 2 посредством схемы сброса

3 возвращает модель в исходное положение и переводит распределитель 19 в состояние, при котором координата х, подается в запоминающее устройство 16, а в запоминающем устройстве 16> запоминается значение координаты х, „, отвечающее концу интервала решения, и постоянно подается в сумматор 17. Подобно предыдущему случаю при равенстве координаты х, „, нулю модель сбрасывается в нулевое состояние, а распределитель 19 отключает запоминающее устройство 16 и подключает к выходу модели 22 запоминающего устройства 16>. В запоминающем устройстве

16 запоминается значение координаты х,, отвечающее концу интервала решения, которое суммируется в сумматоре 17 с сигналом запоминающего устройства 16ь

В противофазе с сигналом с устройств 16> „ на вход сумматора с координатного преобразователя 21 поступает в данном случае переменная х, объекта управления, приведенная к той же координатной системе х, х,,«то и координата х, . В момент совпадения координат сигнал на выходе сумматора 17 становится равен нулю, и нуль-орган 18 вырабатывает импульс, поступающий в блок синтеза управтений модели Ш и блок 20 формирования управлений. Последний при этом определяет знак разности между преобразованной координатой х,, объекта, поступающей через распределитель 19 от координатного преобразователя 21, и координатой оптимальной кривой переключения, равной х, „ и подаваемой с распределителя 19, устанавливая согласно зависимости sign(х, — х, „ 1 оптимальное значение управления UI,q.

Импульс от нуль-органа 18 в блоке синтеза управлений модели III, попадая на счетный вход «в» триггера 7, переводит его в иное состояние, в результате чего «1» появляется на выходе «б», а «О» — на выходе «а». В этом случае логические элементы 9, 10, 12, 13 оказываются отключенными, чем исключается

499553 управление триггерами 6, 8 по установочным входам согласно знаку фазовых координат объекта xi.o. и хг,б.. Логические элементы «И»

11, 14, на входы которых с триггера 7 поступает в данном случае «1», возбуждают один из счетных входов триггеров 6, 8 в соответствии с состоянием элемента 11. Последний, сопоставляя сигналы пороговых схем 4, 5, обусловленные текущим состоянием объекта управления, имеет на прямом входе «1», если

signx,g и signxq,g, одинаковы, и «О» — если различны; тем самым, если фазовая точка системы находится в первом и третьем квадрантах плоскости х1хг, то изменяет состояние триггер 8, а если во втором и четвертом— триггер 6. Этим устанавливается определенная последовательность в построении оптимальных кривых переключения, вызванная необходимостью определения оптимального значения для следующего управляющего воздействия.

Распределитель 19 при изменившемся значении UI,„, передает на сумматор 17 уже переменную х,,б, приведенную к той же координатной системе х,хг,в которой получена переменная модели х, . При равенстве указанных координат срабатывает нуль-орган 18, вызывая определение sign(хг — хг „ 1 в блоке 20 формирования управлений объектом, что дает оптимальное значение управления U„p. В то же время сигнал с нуль-органа 18, поступая в модель и распределитель 19, сбрасывает их в начальное состояние, а в блоке синтеза управлений модели переводит тритгер 7 по счетному входу «в» в состояние, при котором

«1» вновь появляется на выходе «а». Тем самым значение управлений У „ и Уг„ вновь определяется знаком координат х,б и хгов..

Формула изобретения

1. Устройство для оптимального управления колебательными объектами второго порядка, содержащее блок моделирования управлений объекта в «отрицательном времени», соединенный входами и выходами с соответствующими входами блока синтеза оптимальной кривой переключения, другие входы которого подключены к выходу колебательного объекта второго порядка, а выходы соединены со входами блока формирования управляющего воздействия, выходы которого соединены со входами колебательного объекта второго порядка, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расшире10 ния функциональных возможностей устройства, оно содержит блок синтеза управлений модели, первый и второй входы которого подключены к выходам объекта, третий вход— к выходу блока синтеза оптимальной кривой

15 переключения, а выходы соединены со входами блока моделирований объекта в «отрицательном времени».

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок синтеза управлений модели со20 держит две пороговые схемы, шесть логических элементов «И» и три триггера, причем выходы пороговых схем подключены к первому. и второму входу блока синтеза управлений модели, соединены с логическими эле25 ментами «И», связанными по входам с триггером, счетный вход которого подключен к третьему входу блока синтеза управлений модели, а выходы элементов «И» соединены с установочными и счетными входами двух друЗ0 гих триггеров, выходы которых подключены к выходу блока синтеза управлений модели.

3. Устройство по п. 1, отл и ч а ю щ ее с я тем, что в блок синтеза оптимальных кривых переключения введены координатный преобразо35 ватель и распределитель, входы которого соединены с выходами координатного преобразователя и соответствующими входами и первым выходом блока синтеза оптимальных кривых переключения, а выходы соединены с

40 запоминающими устройствами, сумматором и другими выходами блока синтеза оптимальных кривых переключения, входы координатного преобразователя соединены с соответствующими входами блока синтеза оптималь45 ных кривых переключения.

499553

Составитель Э. Митрошин

Техред Е. Митрофанова

Корректор Л. Денискина

Редактор Л. Тюрина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 510/9 Изд. № 1011 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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