Самонастраивающаяся система

 

Союз Советскнн

Соцнапнстнческнн

Респубпнк

ОП ИСАНИЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свмд-ву(22) Заявлено 28.03.80 (21) 2901572/18-24 с присоединением заявкм М(23) Приоритет" (SI)M. Кл. д 05 B 13/04

Государственный кемнтет

CCCP но делам нэееретеннй н втнрытнй

Опубликовано 15. 05. 82. Бюллетень щ 18 (53) УДК 62-50 (088. 8) Дата опубликования описания 15 ° 05-82 (72) Авторы изобретения

Н.Г.Бутырин и Л.Н.Щербина

Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. M,È. Калинина (7I) Заявитель

1,54) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к автоматическому управлению, в частности к самонастраивающимся системам управления с эталонной моделью.

Известна самонастраивающаяся система, интегратор в которой выполнен в виде устройства, содержащего последовательно соединенные преобразователь напряжения в частоту, логические элементы, цифровой счетчик и цифроаналоговый преобразователь. подобное настроение интегратора обеспечивает долговременное хранение информации при отсутствии входных сигналов (1) .

Однако у известной схемы суще- ..ствует противоречие между диапазоном

1$ входных сигналов (разрешающей способностью) интегратора и емкостью счетчика. С одной стороны, для обеспечения функционирования системы достаточно 10-100 градаций уровня перестраи20 ваемого коэффициента, что .соответствует емкости счетчика 10-100 единиц.

С другой стороны, для обеспечения! 2 разрешающей способности, соизмеримой с разрешающей способностью аналого" вого интегратора, емкость счетчика должна составлять 10 -10 единиц, что приводит к усложнению схемы интегратора.

Из известных самонастраивающихся систем наиболее близкой к изобретению по технической сущности является, система, содержащая последовательно соединенные сумматор, объект управления, блок сравнения и последовательно соединенные блоки дифференцирования и блоки регулируемого коэффициента уси" ления, управляющие входы которого соединены с выходами соответствующих интеграторов, а выходы соединены с соответствующими первыми входами сумматора, второй вход которого, являющийся входом системы, соединен через эталонную модель со вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом блока выработки сигналов настройки, выход объекта

3 92830 управления соединен с объединенными входами блоков дифференцирования и со вторым входом блока выработки сигналов настройки (2 1.

Недостатком подобных систем явля$ ется потеря информации о текущих параметрах объекта в установивыихся режимах работы системы вследствие интегрирования интеграторами флуктуационных помех с выходов блока выработки сигналов настройки, а также вследствие разряда конденсаторов токами утечки в случае, когда интеграторы выполнены по схеме усилителя постоянного тока с емкостной обратно" связью. Это уменьшает помехоустойчивость системы.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости самонастраивающейся системы.

Поставленная цель достигается тем, что в схему системы, содержащей последовательно соединенные сумматор, объект управления, блок сравнения и последовательно соединенные блоки дифференцирования и блоки регулируемого коэффициента усиления, управляющие входы которых соединены с выходами соответствующих интеграторов, а выходы соединены с соответствующими первыми входами сумматора, второй вход которого, являющийся входом системы, соединен через эталонную модель со вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом блока выработки сигналов настройки, выход объекта управления соединен с объединенными входами блоков дифференцирования и со вторым входом блока выработки сигналов на. стройки, дополнительно введены функциональные преобразователи, первые, вторые и третьи ключи, элементы дополнительной обратной связи усилителей постоянного тока аналоговых интеграторов, блоки линейного оператора, блоки определения модуля, фильтры низкой частоты и пороговые устройства, выход каждого интегратора через соответствующие последовательно соединенные функциональный преобразователь и первый ключ соединен $в со входом, а через соответствующие последовательно соединенные элемент дополнительной обратной связи и второй ключ - со входом усилителя постоянного тока интегратора, выход $$ блока сравнения соединен через соот- ветствующие последовательно соединенные блок линейного оператора, блок

2 4 определения модуля, фильтр низкои частоты и пороговое устройство с объединенными управляющими входами первых, вторых и третьих ключей, выходы блока выработки сигналов настройки .через соответствующие третьи ключи соединены со входами соответствующих интеграторов.

На чертеже представлена функциональная схема самонастраивающейся системы.

На схеме приняты .следующие обозначения: g - -управляющее воздействие, х о — выходной сигнал объекта управления, x> - выходной сигнал эталонной модели; - выходной сигнал выявителя рассогласования. Система содержит следующие элементы: объект управления 1, эталонную модель 2, выявитель рассогласования 3, сумматор 4, блок выработки сигналов настройки 5, цепи настройки 6, блок дифференцирования 7, блок регулируемого коэффициента усиления 8, усилитель постоянного тока 9 аналогового интегратора, элемент дополнительной обратной связи 10, соответственно первый, второй и третий ключи 11 - 13, функциональный преобразователь 14, блок линейного оператора 15, блок определения модуля 16, фильтр низкой частоты 17, пороговое устройство ПУ) 1о.

Самонастраивающаяся система работает следующим образом.

На вход системы поступает управляющее воздействие g которое отрабатывается как объектом. управления так и эталонной моделью 2. В том случае, если параметры объекта отличаются от параметров эталонной модели, на выходе выявителя рассогласования

3 появится сигнал рассогласования Я который поступает на вход блока 5.

Блок выработки сигналов настройки

5, используя также информацию о состоянии объекта, вычисляет направление и скорость перестройки коэффициентов обратных связей по выходной координате и ее производным, требуемые для обеспечения сходимости и устойчивости процессов самонастройки, и подает сигналы настройки через ключи 13 на входы интеграторов, реализованных на усилителях постоянного тока 9.

В том случае, если в спектральном составе сигнала рассогласования Е существуют составляющие достаточного уровня, чтобы блок смог идентифицировать по ним текущее значение соответ02

6 печивается равенством элемента обратной связи 10 и входного резистора аналогового интегратора. В этом случае аналоговый интегратор и функциональный преобразователь 14 образуют через ключ ll замкнутую цепь, устойчивость которой обеспечивается порогом нечувствительности функционального преобразователя 14.Напряжение на выходе интегратора поддерживается равным значению его перед переводом схемы в режим хранения, что является определяющим фактором для продолжения нормального функционирования системы после последующего перевода интегратора в режим интегрирования.

В качестве функционального преобразователя 14 наиболее удобно использование аналого-цифрового преобразователя (АЦП) следящего уравновешивания, так как в структуре АЦП этого типа необходимо присутствует цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), причем полярность выходного сигнала ЦАП обратна полярности входного сигнала АЦП.

Скорость преобразования функцио-, нального преобразователя 14 должна выбираться такого значения, чтобы за время преобразования выходное значение напряжения аналогового интегратора не успело измениться на величину, большую чем порог. нечувствительности функционального преобразователя 14. Это практически не накладывает ограничений на выбор функционального преобразователя 14, так как постоянные времени интеграторов в цепях перестройки параметров имеют величины, в десятки и сотни раз превышающие наибольшие из постоянных времени объекта управления.

Блок линейного оператора 15 предназначен для выделения той части спектра сигнала рассогласования, которая преимущественно содержит информацию о соответствующем параметре объекта. После выделения модуля на блоке 16 и фильтрации фильтром низкой частоты 17 сигнал поступает на пороговое устройство 18. Выбор параметров блока линейного оператора 15 и порога срабатывания ПУ 18 производится с учетом конкретных особенностей и параметров объекта управления, сигналов управляющего воздействия и уровня шумов измерительных элементов объекта управления. Нижнее значение порога срабатывания ПУ 18 не должно выбираться меньше 2-3-кратного значения сред5 9283 ствующего параметра объекта и выработать сигнал настройки для компенсации изменения этого параметра, а с другой стороны, такого уровня, что, с точки зрения качества работы объекта, его следует считать недопустимым, пороговое устройство 18 вырабатывает выходной сигнал, который включает ключ 13,а в интеграторе устанавливает режим интегрирования, что обеспечивает перестройку соответствующего параметра объекта путем перестройки коэффициента передачи блока 8.

Если же уровень этих составляющих сигнала рассогласования меньше допус-15 тимого, то ключ 13 разомкнут, а интегратор переведен в режим хранения информации о последнем перед отключением ключа 13 значении коэффициента передачи блока 8.

Именно этот режим характерен для отработки медленно меняющихся или постоянных по уровню входных управляющих воздействий. В этом режиме система не способна производить идентификацию25 параметров объекта, поэтому наилучшим вариантом будет стабилизация параметров цепей настройки до момента, когда управляющие воздействия обеспечат наличие переходной составляющей в вы- З0 ходном сигнале объекта хо и модели х9, что является необходимым условием получения достоверных оценок параметров объекта и сходимости процесса самонастройки.

С целью получения неограниченного времени хранения информации в интеграторе дополнительно введен функциональный преобразователь 14, представляющий собой последовательно соединенные пре- „ образователь аналог — код и код — аналог с инверсной полярностью выходного сигнала.

В режиме интегрирования, когда ключи 12 разомкнуты управляющим воздействием с выхода порогового устройства 18, функциональный преобразователь 14 работает в режиме слежения за напряжением на выходе аналогового интегратора. В момент перевода интегратора в режим хранения ключи 11 и

12 замыкаются, а ключ 13 размыкается.

При этом аналоговый интегратор переводится в режим фильтра нижних частот первого порядка путем подключе55 ния элемента дополнительной обратнои связи 10 параллельно конденсатору интегратора. Коэффициент еередачи этого фильтра равен единице, что обес7 9283 него крадрата шумов в составе сигнала рассогласования Е с учетом обработки его спектра блоком линейного оператора 15.

Одним из главных преимуществ от использования изобретения является возможность устранения пробных холостых движений объекта после длительного воздействия установившихся значений входных управляющих воздей- I0 ствий, что упрощает алгоритм функционирования системы и повышает производительность работы объекта, что важ1 но, в частности, при использовании подобных систем в станках с ЧПУ. Кро- ts ме того, в системе снижаются требования к качественным показателям интеграторов в цепях перестройки параметров объекта. Повышение помехоустойчивости цепей перестройки парамет. 20 ров может быть определяющим Фактором при разработке системы, функционирующей в условиях сильных промышленных помех или удаленности датчиков состояния объекта от регулятора сис-. 25 темы управления.

Формула изобретения

Самонастраивающаяся система, содер-30 жащая последовательно соединенные сумматор, объект управления, блок сравнения и последовательно соединенные блоки дифференцирования и бло и регулируемого коэффициента усиления, управ.g5 ляющие входы которых соединены с выходами соответствующих интеграторов, а выходы соединены с соответствующими первыми входами сумматора, второй вход которого, являющийся входом 40 системы, соединен через эталонную модель со вторым входом блока сравнения, 02 выход которого соединен с первым входом блока выработки сигналов настройки, выход объекта управления соединен с объединенными входами блока дифференцирования и со вторым входом блока выработки сигналов настройки, отличающаяся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости системы, она содержит функциональные преобразователи, первые, вторые и третьи ключи, элементы дополнительной обратной связи усилителей постоянного тока аналоговых интеграторов, блоки линейного оператора, блоки определения модуля, Фильтры низкой частоты и пороговые устройства, выход каждого интегратора через соответствующие последовательно соединенные функциональный преобразователь и первый ключ соединен со входом, а через соответствующие последовательно соединенные элемент дополнительной обратной связи и второй ключ - со входом усилителя постоянного тока интегратора, выход блока сравнения соединен через соответствующие последовательно соединенные блок линейного оператора, блок определения модуля, фильтр низкой частоты и пороговое устройство с объединенными управляющими входами первых, вторых и третьих ключей, выходы блока выработки сигналов настройки через соответствующие третьи ключи соединены со входами соответствующих интеграторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 5)0657, кл. G 05 8 13/02, 1976.

2. Громыко 8.Д. и др. Самонастраивающиеся системы с моделью. М,, "Энергия", 1974, с. 16 (прототип) .

928302

Составитель А. Лащев

Редактор Т. Парфенова Техред С, Мигунова Корректор N. Муска

Заказ 3237/59 Тираж 908 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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