RU2150728C1 - Система автоматического управления нестационарным объектом - Google Patents
Система автоматического управления нестационарным объектом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2150728C1 RU2150728C1 RU99113558A RU99113558A RU2150728C1 RU 2150728 C1 RU2150728 C1 RU 2150728C1 RU 99113558 A RU99113558 A RU 99113558A RU 99113558 A RU99113558 A RU 99113558A RU 2150728 C1 RU2150728 C1 RU 2150728C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- amplifier
- adder
- derivative
- Prior art date
Links
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области систем управления нестационарными и параметрически неопределенными объектами. Технический результат заключается в повышении динамической точности и увеличении запасов устойчивости системы. Система автоматического управления содержит объект n-го порядка, усилитель мощности, элемент сравнения, модель-эталон, интегральный регулятор, первый и второй дифференцирующие фильтры в виде последовательно соединенных n интегросумматоров и суммирующего усилителя, сумматор и предварительный усилитель. Закон управления системы содержит три составляющие, пропорциональные соответственно n-й производной сигнала задания, косвенно измеренному возмущению n-й производной выходной величины и интегралу по отклонению n-й производной выходной величины от ее закона, предписанного заданным уравнением движения системы. 1 ил.
Description
Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при проектировании систем автоматического управления нестационарными и параметрически неопределенными объектами.
Известна система автоматического управления (САУ) нестационарным объектом n-го порядка [1], содержащая объект, который подсоединен входом к выходу усилителя мощности, элемент сравнения, который подключен одним входом через модель-эталон к задатчику, другим входом к выходу объекта и выходом ко входу корректирующего устройства в виде последовательно соединенных интегратора, m-1 интегросумматоров и суммирующего усилителя, при этом один из входов первых n-1 интегросумматоров подсоединен к выходу элемента сравнения, другой вход последних n-1 интегросумматоров подключен к выходу суммирующего усилителя, третий вход n-го интегросумматора подсоединен к задатчику, третий вход последних m-n интегросумматоров и второй вход суммирующего усилителя подключены к выходу объекта, блок умножения, усилитель мощности, три инерционных фильтра, блок деления, три суммирующих элемента, два блока выделения модуля, источник напряжения смещения и дифференцирующий фильтр в виде последовательно соединенных n интегросумматоров и суммирующего усилителя, причем блок умножения соединен одним входом с выходом корректирующего устройства, другим входом с выходом блока деления, выходом со входом усилителя мощности и через первый инерционный фильтр со входом первого блока выделения модуля, подключенного выходом к одному из входов первого суммирующего элемента, который соединен другим входом с выходом источника напряжения смещения, выходом с первым из входов блока деления, второй суммирующий элемент подключен одним входом к задатчику, другим входом к выходу корректирующего устройства, выходом через второй инерционный фильтр к одному из входов первого интегросумматора дифференцирующего фильтра, другой из входов всех интегросумматоров которого подсоединен через третий инерционный фильтр к выходу объекта, третий из входов интегросумматоров дифференцирующего фильтра соединен с выходом своего суммирующего усилителя, один из входов которого подключен к выходу объекта, третий суммирующий элемент подсоединен одним входом через второй блок выделения модуля к выходу дифференцирующего фильтра, другим входом к выходу источника напряжения смещения и выходом к другому входу блока деления, а n ≤ m ≤ 2n-1.
Данная САУ предназначена для управления нестационарными объектами с математическим описанием вида
y(n)=k(t)-fu(Y,t), (1)
где Y - вектор состояния, Y=[y, y(1), y(2),...,y(n-1)]T; t - время; u - управляющее воздействие; у(n) - производная n-го порядка выходной величины; fu(Y,t) - нестационарная нелинейная функция, аналитическая относительно своих аргументов; k(t) - нестационарный коэффициент усиления объекта.
y(n)=k(t)-fu(Y,t), (1)
где Y - вектор состояния, Y=[y, y(1), y(2),...,y(n-1)]T; t - время; u - управляющее воздействие; у(n) - производная n-го порядка выходной величины; fu(Y,t) - нестационарная нелинейная функция, аналитическая относительно своих аргументов; k(t) - нестационарный коэффициент усиления объекта.
Однако эта САУ является излишне сложной и поэтому недостаточно надежной.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является система автоматического управления нестационарным объектом n-го по рядка [2], содержащая объект, который подсоединен входом к выходу усилителя мощности, элемент сравнения, который подключен одним входом через модель-эталон к задатчику, другим входом к выходу объекта и выходом ко входу интегрального регулятора, дифференцирующий фильтр в виде последовательно соединенных n интегросумматоров и суммирующего усилителя, который подключен вторым входом к задатчику, выходом ко второму входу каждого из интегросумматоров и ко входу усилителя мощности, первый вход первого интегросумматора подключен к выходу интегрального регулятора, а третий вход каждого из интегросумматоров подсоединен к выходу элемента сравнения.
Эта САУ проще, чем ранее рассмотренная. Однако данная система может не обеспечить заданную динамическую точность при управлении объектами с достаточно широким диапазоном изменения своих параметров, так как имеет недостаточно большие запасы устойчивости. Это объясняется тем, что закон управления этой САУ содержит лишь две составляющие. Одна из них пропорциональна n-й производной сигнала задания g и предназначена для формирования вынужденной составляющей движения системы. Другая составляющая пропорциональна интегралу по отклонению n-й производной выходной величины от ее закона изменения, предписанного заданным уравнением движения системы. Эта составляющая предназначена для отработки как произвольных начальных значений переменных состояния, так и возмущающего воздействия на входе объекта, обусловленного сигналами его собственных обратных связей.
Задача изобретения - повышение динамической точности и увеличение запасов устойчивости системы.
Решение поставленной задачи достигается тем, что система автоматического управления нестационарным объектом n-го порядка, содержащая объект, который подключен входом к выходу усилителя мощности, элемент сравнения, который подсоединен одним входом через модель-эталон к задатчику, другим входом к выходу объекта и выходом ко входу интегрального регулятора, первый дифференцирующий фильтр в виде последовательно соединенных n интегросумматоров и суммирующего усилителя, который подключен вторым входом к задатчику и выходом ко второму входу каждого из интегросумматоров, первый вход первого интегросумматора подсоединен к выходу интегрального регулятора и третий вход каждого из интегросумматоров подключен к выходу элемента сравнения, снабжена сумматором, предварительным усилителем и вторым дифференцирующим фильтром в виде последовательно соединенных n интегросумматоров и суммирующего усилителя, который подключен вторым входом к выходу объекта, выходом ко входу предварительного усилителя и второму входу каждого из интегросумматоров, суммирующий усилитель первого дифференцирующего фильтра подсоединен выходом к первому входу сумматора и первому входу первого интегросумматора второго дифференцирующего фильтра, а сумматор подключен вторым входом к выходу предварительного усилителя и выходом ко входу усилителя мощности.
На чертеже представлена функциональная схема системы автоматического управления нестационарным объектом.
Система автоматического управления нестационарным объектом n-го порядка содержит объект 1, который подключен входом к выходу усилителя 2 мощности, элемент 3 сравнения, который подсоединен одним входом через модель-эталон 4 к задатчику 5, другим входом к выходу объекта 1 и выходом ко входу интегрального регулятора 6, первый дифференцирующий фильтр 7 в виде последовательно соединенных n интегросумматоров 8/1 - 8/n и суммирующего усилителя 9, который подключен вторым входом к задатчику 5 и выходом ко второму входу каждого из интегросумматоров 8/1 - 8/n, первый вход первого интегросумматора 8/1 подсоединен к выходу интегрального регулятора 6 и третий вход каждого из интегросумматоров 8/1 - 8/n подключен к выходу элемента 3 сравнения, сумматор 10, предварительный усилитель 11 и второй дифференцирующий фильтр 12 в виде последовательно соединенных n интегросумматоров 13/1 - 13/n и суммирующего усилителя 14, который подключен вторым входом к выходу объекта 1, выходом ко входу предварительного усилителя 11 и второму входу каждого из интегросумматоров 13/1- 13/n, суммирующий усилитель 9 первого дифференцирующего фильтра 7 подсоединен выходом к первому входу сумматора 10 и первому входу первого интегросумматора 13/1 второго дифференцирующего фильтра 12, а сумматор 10 подключен вторым входом к выходу предварительного усилителя 11 и выходом ко входу усилителя 2 мощности.
Движение САУ удовлетворяет уравнению
где g - выходной сигнал задатчика; μ - малая постоянная времени, значение которой обратно пропорционально значению граничной частоты требуемой полосы равномерного пропускания модели-эталона; постоянные коэффициенты, которые подчинены следующим соотношениям:
причем τ0 = 1; k0, kmin - соответственно базовое и минимально возможное из рабочего диапазона значения коэффициента усиления объекта.
где g - выходной сигнал задатчика; μ - малая постоянная времени, значение которой обратно пропорционально значению граничной частоты требуемой полосы равномерного пропускания модели-эталона; постоянные коэффициенты, которые подчинены следующим соотношениям:
причем τ0 = 1; k0, kmin - соответственно базовое и минимально возможное из рабочего диапазона значения коэффициента усиления объекта.
При этом вынужденная составляющая движения системы описывается уравнением модели-эталона
(1+μp)ngэ = g, (3)
где gэ - выходной сигнал модели-эталона.
(1+μp)ngэ = g, (3)
где gэ - выходной сигнал модели-эталона.
Особенность предложенной САУ заключается в том, что ее движение в соответствии с уравнениями (2) и (3) обеспечивается путем формирования комбинированного закона управления в виде суммы трех составляющих. Одна из них пропорциональна n-Й производной сигнала задания, вторая - интегралу по отклонению n-й производной выходной величины от ее предписанного уравнением (2) закона изменения и третья - косвенно измеренному возмущению n-й производной выходной величины, обусловленному сигналами собственных обратных связей объекта, т.е.
где yn (n) - предписанный уравнением (2) закон изменения n-й производной,
fu - косвенно измеренное возмущение f(Y,t), обусловленное сигналами собственных обратных связей объекта,
ky - коэффициент усиления предварительного усилителя, ky = a1/(a0nμ), причем ai-1 = ∂f(Y,t)/∂y(i-1) (i = 1, 2) при Y = Y0, t = t0.
Система автоматического управления (САУ) нестационарным объектом работает следующим образом.
Сигнал задания с выхода задатчика 5 поступает на вход модели-эталона 4 и второй вход суммирующего усилителя 9 первого дифференцирующего фильтра 7, в котором преобразуется в сигнал, пропорциональный n-й производной сигнала задания g. Далее этот сигнал поступает через сумматор 10 и усилитель 2 мощности на вход объекта 1 и вызывает вынужденное движение последнего.
В то же время выходные сигналы модели-эталона 4 и объекта 1 поступают на входы элемента 3 сравнения, в котором сравниваются между собой. Сигнал рассогласования с выхода элемента 3 сравнения поступает на третий вход каждого интегросумматора 8/1-8/n и через интегральный регулятор 6 на первый вход первого интегросумматора 8/1 первого дифференцирующего фильтра 7, в котором преобразуется в сигнал, пропорциональный интегралу по отклонению n-й производной выходной величины системы от ее предписанного уравнением (2) закона изменения. Указанная составляющая выходного сигнала первого дифференцирующего фильтра 7 поступает далее тоже через сумматор 10 и усилитель 2 мощности на вход объекта 1 и формирует свободную составляющую движения системы, которая обусловлена произвольными начальными значениями переменных состояния.
Однако сигнал fu(Y,t) собственных обратных связей объекта (1), являясь по сути возмущающим воздействием, пытается вызвать отклонение движения САУ от закона (2). Для компенсации этого возмущающего воздействия на второй вход суммирующего усилителя 14 и первый вход первого интегросумматора 13/1 второго дифференцирующего фильтра 12 поступают соответственно выходной сигнал объекта 1 и выходной сигнал первого дифференцирующего фильтра 7. Указанные входные сигналы во втором дифференцирующем фильтре 12 преобразуются в сигнал fu, пропорциональный возмущающему воздействию fu(Y,t). Сигнал fu с выхода второго дифференцирующего фильтра 12 поступает через предварительный усилитель 11, сумматор 10 и усилитель 2 мощности на вход объекта 1. В результате происходит компенсация исходного возмущения fu(Y,t), что эквивалентно компенсации инерционности объекта 1.
Таким образом, за счет введения в систему сумматора, предварительного усилителя и второго дифференцирующего фильтра в ней образуется достаточно быстродействующая дифференциальная компенсирующая инерционность объекта связь. Тем самым достигается повышение динамической точности и увеличение запасов устойчивости системы автоматического управления.
Источники, принятые во внимание заявителем:
1. Патент РФ N 2039371, кл. G 05 В 13/00. - Опубл. 09.07.95. - Бюл. N 19.
1. Патент РФ N 2039371, кл. G 05 В 13/00. - Опубл. 09.07.95. - Бюл. N 19.
2. Елсуков B.C., Загороднюк В.Т. Синтез астатических систем комбинированного управления по старшей производной выходной величины // Изв. вузов Электромеханика, 1998, N 4, с. 96.
Claims (1)
- Система автоматического управления нестационарным объектом n-го порядка, содержащая объект, который подключен входом к выходу усилителя мощности, элемент сравнения, который подсоединен одним входом через модель-эталон к задатчику, другим входом к выходу объекта и выходом ко входу интегрального регулятора, первый дифференцирующий фильтр в виде последовательно соединенных n интегросумматоров и суммирующего усилителя, который подключен вторым входом к задатчику и выходом ко второму входу каждого из интегросумматоров, первый вход первого интегросумматора подсоединен к выходу интегрального регулятора и третий вход каждого из интегросумматоров подключен к выходу элемента сравнения, отличающаяся тем, что снабжена сумматором, предварительным усилителем и вторым дифференцирующим фильтром в виде последовательно соединенных n интегросумматоров и суммирующего усилителя, который подключен вторым входом к выходу объекта, выходом ко входу предварительного усилителя и второму входу каждого из интегросумматоров, суммирующий усилитель первого дифференцирующего фильтра подсоединен выходом к первому входу сумматора и первому входу первого интегросумматора второго дифференцирующего фильтра, а сумматор подключен вторым входом к выходу предварительного усилителя и выходом ко входу усилителя мощности.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99113558A RU2150728C1 (ru) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | Система автоматического управления нестационарным объектом |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99113558A RU2150728C1 (ru) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | Система автоматического управления нестационарным объектом |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2150728C1 true RU2150728C1 (ru) | 2000-06-10 |
Family
ID=20221714
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99113558A RU2150728C1 (ru) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | Система автоматического управления нестационарным объектом |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2150728C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2729499C1 (ru) * | 2019-12-26 | 2020-08-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ дискретного управления линейным объектом с ограничением управления |
-
1999
- 1999-06-21 RU RU99113558A patent/RU2150728C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЕЛСУКОВ В.С. и др. Синтез астатических систем комбинированного управления по старшей производной выходной величине. В: Изв.вузов. электромеханика, 1998, N 4, с.96. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2729499C1 (ru) * | 2019-12-26 | 2020-08-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ дискретного управления линейным объектом с ограничением управления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102620729A (zh) | 一种机抖激光陀螺惯性测量单元数字滤波器设计方法 | |
KR101716481B1 (ko) | 이동평균 필터의 동작 제어 방법 | |
KR940003149B1 (ko) | 2자유도 제어기 | |
RU2150728C1 (ru) | Система автоматического управления нестационарным объектом | |
RU2039371C1 (ru) | Система автоматического управления нестационарным объектом | |
RU2230350C2 (ru) | Самонастраивающаяся система автоматического управления нестационарным объектом | |
RU2110883C1 (ru) | Адаптивный фильтр для оценивания нестационарных процессов | |
RU2295151C2 (ru) | Устройство для моделирования системы управления | |
RU2279116C2 (ru) | Комбинированная система координатно-параметрического управления нестационарным объектом | |
JP2845534B2 (ja) | 2自由度調節装置 | |
RU2171489C1 (ru) | Двухканальная система автоматического управления нестационарным объектом | |
RU2261466C2 (ru) | Способ управления динамическими объектами по заданным показателям качества (варианты) | |
SU959101A1 (ru) | Устройство балансировки настраиваемого аналогового перемножител с переменной крутизной | |
RU50323U1 (ru) | Комбинированная система координатно-параметрического управления нестационарным нелинейным объектом | |
SU1645938A1 (ru) | След ща система | |
SU1203479A1 (ru) | Система управлени инерционным объектом | |
RU2283512C1 (ru) | Способ интегрирования сигнала рассогласования для астатических систем автоматического регулирования и устройство для его осуществления | |
RU2027212C1 (ru) | Адаптивная нелинейная система управления | |
SU1341616A1 (ru) | Система автоматического регулировани | |
RU2181523C2 (ru) | Электропривод с управлением по производной тока | |
JP2635786B2 (ja) | 2自由度調節装置 | |
RU2275675C1 (ru) | Способ интегрирования сигнала управления для астатических систем управления летательными аппаратами и устройство для его осуществления | |
SU847273A1 (ru) | Самонастраивающийс регул тор | |
RU2024049C1 (ru) | Способ переменной задержки сигнала | |
RU2027214C1 (ru) | Система идентификации параметров нестационарного объекта с переменным запаздыванием |