Самонастраивающаяся система управления с эталонной моделью

 

Союз Советских

Социалнстмческнх

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61 ) Допол н и тел ьное к а вт. с вид- ву (22) Заявлено 29.02,80 (21), 2889985/18-24 с присоединением заявки .% (23) Приоритет

Опубликовано 30.10.81. Бюллетень № 40

Дата опубликования описания 02,l l.8l (51)NL. Кл.

О 06 В 13/04

Государственный комитет

СССР по делам наабретеннй и открытий (53) УДКВ2 50 (088.8) (72) Авторы изобретения

О. B. Дегтярев, В. В. Евстифеев и А. А. Лук

Московское ордена Ленина, ордена Октябрьс

Трудового Красного Знамени высшее техниче им. Н. Э. Баумана (7l ) Заявитель (54) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

С ЭГАЛОННОЙ МОДЕЛЬЮ

Изобретение относится к автоматичес— кому управлению и регулированию и может быть использовано при построении систем автоматического управления и стабилизации различного назначения, в частности, в автопилотах, авторулевых, промышленS ных регуляторах.

Известны самонастраиваюшиеся,системы с эталонной моделью, содержашие ос10 новной контур (ОК) управления, эталонную модель основного контура, блок вычисления ошибок настройки — разностей выходных сигналов эталонной модели и ОК, блок формирования частных производных крите15 рия настройки по ошибкам настройки, блоки вспомогательных операторов, блоки перемножения и суммирования и блоки интегрирования скоростей перестройки параметров (11.

Недостатком таких систем является влияние формы и амплитуды управляюшего воздействия на качество процессов настрой« ки.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сушности является самонастраиваюшаяся .система с эталонной моделью, содержашая последовательно соединенные основной контур управления, блок сравне ния, блок формирования частных производных, выход которого соединен с первыми входами блоков умножения и суммирова» ния, своими выходами подключенных к со ответствуюшим первым входам блока умно жения, а через соответствуюшие квадраторы - с соответствуюшими входами пер вого сумматора, выход блока умножения соединен через интегратор с первым входом основного контура управления, второй вход которого соединен через эталонную модель со вторым входом бпока сравне» ния, а через блоки .вспомогательного оператора - со вторыми входами соответствуюших блоков умножения и. суммирования 21.

К недостаткам этой системы следует отнести неопределенный характер функцио нирования системы при стремлении к нулю

87747 1 4

Ошибки а подаются также на вход вычислителя 13 критерия настройки, который через второй сглаживающий фильтр 14 связан с дополнительным усилителем 15, ВыхОд которого сВязан СО ВхОдОм числителя блока 12 деления. Выход блока 12 соединен с первыми входами дополнительного блока 16 умножения, где поотдель« ности перемножается с выходами блоков ð 5 - функциями чувствительности критерия настройки по настраиваемым параметрам.

Произведения являются скоростями пере,стройки параметров, которые интегрируются в блоке 17 и полученные отклонения выставляются:в основном контуре.

Предлагаемая самонастраивающаяся система работает следующим образом.

0- В соответствии с известными принципами перенастройка параметров в градиентных самонастраиваюших системах с этаIе лонными моделями производится по 38KQ»

° . 8((е) й..=-Х1 —, -,,..., 1 (1) где cLq j -й настраиваемый параметр; (1 - критерий настройки, четная функция ипи функционал оши° бки настройки 8=)(e — Х и Х - и -мерные выходы соответсте

30 венно эталонной модели и осом новного контура управления.

Требование апериодическога переходного процесса по критерию настройки с определенным быстродействием выражается

35 / Я)1 =СрпВ170, (2) ° ао.

Ке)= - а („)ае„ „м

t+ j.k.i+ _#_< ьф ) () у (+7 ошибок настройки и существенное схемноконструктивное усложнение системы при увеличении числа перестраиваемых параметров, в частности, пропорциональное увеличение числа блоков деления числу перестраиваемых параметров, а также малую устойчивость системы.

Бель изобретения - повышение устойчивости системы при сохранении высокого качества работы системы за счет ма лого влияния формы и уровня управляющего воздействия на процессы адаптации и придания процессу настройки по критерию настройки характера, близкого к заданному экспоненциальному, повышающему устойчивость системы.

Указанная цель достигается тем, что в систему введены источник смешения и п следователЬно соединенные первый сгпажи ваюший фильтр, второй сумматор и. блок деления, а также последовательно соединеннь вычислитель критерия настройки, второй с живаюший фильтр и усилитель, выход ко торого соединен со вторым входом блока деления,> связанным своим выходом со вторым входом блока умножения, выход блока сравнения соединен со входом вы« числителя критерия настройки, выход пер вого сумматора соединен со входом первого сглаживающего фильтра, выход ист ника смешения соединен со вторым вход второго сумматора .

На чертеже изображена блочно-функци ональная схема системы.

Управляющее воздействие подается н вход основного контура 1 и эталонной модели 2, выходы которых сравниваются в" блоке 3 сравнения, на выходе которого формируется вектор ошибок G. Вектор B подается на вход блока 4 формирования

40 частных производных критерия настройки по компонентам ошибки. Компоненты выхода подаются на первые входы блокОВ 5 умножения и суммирования. На вторые входы блоков 5 подаются сигналы с выхо45 дов блоков 6 вспомогательных операторов, на входы которых подается управление . Выходы блоков перемножения и суммирования связаны с квадраторами 7 функций чувствительности критерия настройки по перестраиваемым параметрам, выходы которых суммируются в первом дополнительном сумматоре 8,- выход которого через первый сглаживающий фильтр 9 связан с первым входом второго дополнительного сумматора 10, второй вход которого связан с источником 11 смещения. Выход второго сумматора 10 связан со входом знаменателя блока 12 деления.

Предположим, что отклонения параметров основного контура от номинальных и квазистационарности при работе контуров настройки незначительны

eeC(аек)., (" ),. ()) ) 1 1 а le) 30 3=E7 „4 „+CR< aP, =,2,...,п. (Ъ) () ц)

Индекс (о) означает, что частные производные берутся для номинального режима, Д с(» - отклонения перестраиваемых параметров от номинальных,, j = 1..., m - отклонения неконтролируемых не перестраиваемых параметров.

Иэ (4) следует, что Q(e) определяется процессами настройки параметров (Основная

5 8774 составляющая, первое слагаемое в скобках), на которые накладываются составпяюшие от переменности входного воздействия (третье и четвертое слагаемые).

Предположим> чтО 5 $) пОстОЯнны, тОгда вторыми слагаемыми в течение процессов настройки можно пренебречь. Дпя обеспечения независимости основной составляющей 2(е) от О условие (2) представляется 10 (. ФА. о) . („, ae„a*„

При выборе

30 имеет место выпопнение (5), а также управления.

Предлагаемое изобретение позволяет добиться схемноконструктивного упрощения самонастраивающейся системы автома» тического управления с эталонной моделью, в частности, избежать пропорционального (» ° (ф„„,i. )=-p (М (,) Ек Я

В предпагаемой самонастраивающейся системе параметры Л„в (1) выбираются одинаковыми

Предположим, что номинальные 04;О неизменны за время настройки, из (5) и (6)

@ .,„(„аа аЕк аа ае

„,) зе„, з, „; „,а аы,;

p) >>й ) 3R ЗФ, (+ 88 (-Ю)"(3 g а (1 () е ad. (Ю так как ЗР )Ы„= (ХЕ - ))Зс „=- Х 3*> ввиду независимости )(е4-, отс"1, 84 /3Д,; . вспомогательный оператор, частная проиэ40 водная, оператора основного контура (ОК) по К -му выходу.

При практической реапиэации А crna живают, усредняют и ограничивают

Д ,ий (10) 45

С+ Ч где C=GonS4. ) Π— сигнал смешения для ограничения скорости настройки, ограничивающий Х при. существенном сниже нии Ч

- переменный параметр, результат фильтрации инерционным фильтром

v=W(< ) ), () д 1

В результате воздействия управления

U на выходах ОК и эталонной модели

55 возникают сигналы соответственно Х и 5g и на выходе блока 3 формируется вектор ошибки .Е . Блок 4 имеет на выходе век71 6

>тор частных производных критерия настройки по,компонентам вектора Е которые подаются на первые входы блоков 5 перемножения и суммирования. На вторые входы блоков 5 подаются выходные сигналы блоков 6 . вспомогательных операторов, причем на выходе 4 -го бпока вспомогательных операторов обра- зуется вектор функции чувствительности (и ) "„. Блок 1 из групйь бпоков 5 осуществпяет выпопнение операции

Выходы блоков 5 перемножения и суммирования связаны с.квадраторами 7, выходы которых суммируются в первом допопнительном сумматоре 8, на выходе которого образуется сигнал, равный который подается на вход первого сглаживающего фильтра 9 (Ф ), сигнал выхода которого Ч суммируется во втором дополнительном сумматоре 10 с сигналом источника 11 смещения. Сумма С+Ч подается на вход энаменатепя блока 12 де пения, Ошибка е с выхода блока 3 подается также на вход вычислителя 13 критерия настройки, который через второй сглаживающий фипьтр 14 свЯзан с допопнитепь ным усилителем 15 с коэффициентом уси пения М, равным модупю показателя экспоненты желаемого переходного npomecca по критерию настройки. Выход уси» питепя 15 связан со входом числителя блока 12 депения, выход которого соот ветствует переменному параметру Х (10).

В дополнительном блоке 16 умножения производится перемножение выходов бпо» ков 5 на ) и образуется вектор с ком« понентами 3.; =-Х(М/й*„)>1=4,..., г.

Полученные скорости перестройки параметров ОК интеррируются в блоке 17 и откпо нения выставпяются в основном контуре

87747 1 увеличения числа блоков деления числу. перестраиваемых параметров, а также догбиться повышения эффективности работы системы» малого влияния амплитуды и . формы управляющего воздействия на процессы адаптации и придания переходному процессу по критерию настройки характера, близкого к заданному экспоненциальному. о

Формула изобретения

Самонастраивающаяся система управ пения с эталонной моделью, содержащая последовательно соединенные основной 5 контур управления, блок сравнения, блок формирования частных производных, выход которого соединен с первыми входами блоков умножения и суммирования; своими выходами подключенных к соответству- ц юшим первым входам блока умножения, а через соответствующие квадраторы - с соответствующими входами первого сумматора, выход блока умножения соединен

° через интегратор с первым входом основ- ного контура управления, второй вход которого соединен через эталонную модель со вторым входом блока сравнения, а че- рез блоки вспомогательного оператора со вторыми входами соответствуюших бло ков умножения и суммирования, о т л ич а ю ш а я с я тем, что, с целью повышения устойчивости системы, она содержит источник смещения и последовательно соединенные первый сглаживающий фильтр, второй сумматор и блок деления, а также последовательно соединенные вычислитель критерия настройки, второй сглаживающий фильтр и усилитель, выход которого соединен со вторым входом блока деления, связанным своим выходом со вторым входом блока умножения, выход блока сравнения соединен со входом вычислителя критерия настройки, выход первого сумматора соединен со входом первого сглаживающего фильтра, выход источника смешения соединен со вторым входом второго сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Солодовников В. В., Шрамко Л. С.

Расчет и проектирование аналитических самонастраивающихся систем с эталонными моделями. М., Машиностроение", 1972, с. 270.

2. Петров А. И. Об одной задаче определения оптимального алгоритма самонастройки. Известия AH СССР. "Техническая кибернетика, 1971, № 1, с. 206-217, схема с. 2 16 (прототип).

87747 I

Составитель A. Лашев

Редактор 10. Ковач Техред С,Мигунова Корректор А.,Пзятко

Заказ 961 1/70 Тираж, 943 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 1303 5, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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