RU2230350C2

RU2230350C2 - Self-tuning system for automatically controlling non-stationary object

Info

Publication number: RU2230350C2
Application number: RU2002122508/09A
Authority: RU
Inventors: В.С. Елсуков (RU); В.С. Елсуков; В.И. Лачин (RU); В.И. Лачин
Original assignee: Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2004-06-10

Abstract

FIELD: automatics, possibly development of automatic systems for controlling non-linear non-stationary technical objects. SUBSTANCE: systems includes controlled object, power amplifier, comparator, reference pattern, setter, two differentiating filters, four summing units, four delay action filters, multiplier, divider, regulating unit. EFFECT: enhanced quick action, accuracy of self-tuning system for automatic control. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано при проектировании систем автоматического управления нелинейными нестационарными техническими объектами.The invention relates to the field of automation and can be used in the design of automatic control systems for nonlinear non-stationary technical objects.

Известна система автоматического управления (САУ) нестационарным объектом n-го порядка [патент РФ 2150728, кл. G 05 В 17/00, опубл. 10.06.2000, Бюл. №16], содержащая объект, который подключен входом через усилитель мощности к выходу сумматора, элемент сравнения, который подсоединен одним входом через модель-эталон к задатчику, другим входом к выходу объекта и выходом ко входу интегрального регулятора, два дифференцирующих фильтра в виде последовательно соединенных n интегросумматоров и суммирующего усилителя, который подключен выходом ко второму входу каждого из интегросумматоров своего дифференцирующего фильтра, первый дифференцирующий фильтр подсоединен вторым входом к выходу задатчика, первым входом к выходу элемента сравнения, третьим входом к выходу интегрального регулятора и выходом к первому входу сумматора, второй дифференцирующий фильтр подключен вторым входом к выходу объекта, первым входом к выходу первого дифференцирующего фильтра и выходом через предварительный усилитель ко второму входу сумматора, причем вторым входом обоих дифференцирующих фильтров является второй вход суммирующего усилителя, выход которого представляет собой выход соответствующего дифференцирующего фильтра, первым и третьим входами первого дифференцирующего фильтра служат соответственно третий вход всех его интегросумматоров и первый вход его первого интегросумматора, а первым входом второго дифференцирующего фильтра является первый вход его первого интегросумматора.The known automatic control system (ACS) of an unsteady object of the n-th order [RF patent 2150728, cl. G 05 B 17/00, publ. 06/10/2000, Bull. No. 16], containing an object that is connected by an input through a power amplifier to the output of the adder, a comparison element that is connected by one input through a reference model to the master, another input to the output of the object and an output to the input of the integral controller, two differentiating filters in the form of series-connected n integrosummers and a summing amplifier, which is connected by an output to the second input of each of the integrosumators of its differentiating filter, the first differentiating filter is connected by the second input to the output sensor, the first input to the output of the comparison element, the third input to the output of the integral controller and the output to the first input of the adder, the second differentiating filter is connected by the second input to the output of the object, the first input to the output of the first differentiating filter and the output through the pre-amplifier to the second input of the adder, the second input of both differentiating filters is the second input of the summing amplifier, the output of which is the output of the corresponding differentiating filter, the first and third m inputs of the first differentiating filter are respectively third input integrosummatorov all its first input and its first integrosummatora, and the first input of the second differentiating filter is a first input of its first integrosummatora.

Однако эта САУ может не обеспечить заданную точность управления такими объектами, диапазон изменения коэффициента усиления которых является достаточно широким. Это объясняется тем, что САУ содержит дифференциальную компенсирующую связь, образованную вторым дифференцирующим фильтром, предварительным усилителем и сумматором. Причем точность компенсации сигналом данной дифференциальной связи эквивалентного сигнала внутренних обратных связей объекта тем выше, чем больше коэффициент усиления предварительного усилителя. Но рассматриваемая дифференциальная связь образует замкнутый контур регулирования, в который входят сумматор, усилитель мощности, объект управления, второй дифференцирующий фильтр и предварительный усилитель. И коэффициент усиления предварительного усилителя не может быть достаточно высоким, так как в любом замкнутом статическом контуре регулирования существует противоречие между его запасами устойчивости и точностью регулирования как в статике, так и в динамике.However, this self-propelled guns may not provide the specified accuracy for controlling such objects, the range of which gain is wide enough. This is because the ACS contains a differential compensating connection formed by a second differentiating filter, a preliminary amplifier and an adder. Moreover, the accuracy of compensation by the signal of this differential coupling of the equivalent signal of the internal feedbacks of the object is higher, the higher the gain of the pre-amplifier. But the differential coupling in question forms a closed control loop, which includes an adder, a power amplifier, a control object, a second differentiating filter and a preliminary amplifier. And the gain of the pre-amplifier cannot be high enough, since in any closed static control loop there is a contradiction between its stability margins and the accuracy of regulation in both statics and dynamics.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является самонастраивающаяся система автоматического управления нестационарным объектом n-го порядка [патент РФ 2039371, кл. G 05 В 13/00, опубл. 09.07.95, Бюл. №19], содержащая объект, который подключен входом к выходу усилителя мощности, элемент сравнения, который подсоединен одним входом через эталонную модель к задатчику и другим входом к выходу объекта, дифференцирующий фильтр в виде последовательно соединенных n интегросумматоров и суммирующего усилителя, который подключен выходом ко второму входу каждого из интегросумматоров, блок деления, блок умножения, подсоединенный первым входом к выходу блока деления и выходом ко входу усилителя мощности, три инерционных фильтра, три суммирующих элемента, два блока выделения модуля, источник напряжения смещения и корректирующее устройство в виде последовательно включенных интегратора, m-1 интегросумматоров и суммирующего усилителя, который подключен выходом ко второму входу блока умножения и к третьему входу своих последних n-1 интегросумматоров, вход интегратора и второй вход первых n-1 интегросумматоров корректирующего устройства подсоединены к выходу элемента сравнения, второй вход последних m-n интегросумматоров корректирующего устройства подключены к выходу объекта и четвертый вход n-го интегросумматора корректирующего устройства подсоединен к выходу задатчика, первый суммирующий элемент подключен первым входом через последовательно соединенные первый инерционный фильтр и первый блок выделения модуля к выходу блока умножения, вторым входом к выходу источника напряжения смещения и выходом к первому входу блока деления, второй суммирующий элемент подсоединен вторым входом к выходу источника напряжения смещения и выходом ко второму входу блока деления, третий суммирующий элемент подключен первым входом к выходу задатчика, вторым входом к выходу суммирующего усилителя корректирующего устройства и выходом через второй инерционный фильтр к первому входу дифференцирующего фильтра, который подсоединен вторым входом к выходу объекта, третьим входом через третий инерционный фильтр к выходу объекта и выходом через второй блок выделения модуля к первому входу второго суммирующего элемента, причем первым входом дифференцирующего фильтра является первый вход его первого интегросумматора и выходом - выход его суммирующего усилителя, а вторым и третьим входами дифференцирующего фильтра служат соответственно второй вход его суммирующего усилителя и третий вход всех его интегросумматоров, причем n<m≤2n-1.The closest technical solution (prototype) is a self-tuning system for automatic control of an unsteady object of the n-th order [RF patent 2039371, cl. G 05 B 13/00, publ. 07/09/95, Bull. No. 19], containing an object that is connected by an input to the output of the power amplifier, a comparison element that is connected by one input through the reference model to the master and another input to the output of the object, a differentiating filter in the form of n-series integro-adders and a summing amplifier, which is connected by the output to the second input of each of the integrosummers, the division unit, the multiplication unit connected by the first input to the output of the division unit and the output to the input of the power amplifier, three inertial filters, three summing e element, two module isolation blocks, a bias voltage source and a correcting device in the form of a series-connected integrator, m-1 integro-adders and a summing amplifier, which is connected by an output to the second input of the multiplication unit and to the third input of its last n-1 integro-adders, an integrator input and a second the input of the first n-1 integrosummers of the correction device is connected to the output of the comparison element, the second input of the last mn integrosumators of the correction device is connected to the output of the object and four the first input of the nth integrator of the correction device is connected to the output of the setter, the first summing element is connected by the first input through the first inertial filter and the first module selection unit to the output of the multiplication unit, the second input to the output of the bias voltage source and the output to the first input of the division unit, the second summing element is connected by the second input to the output of the bias voltage source and by the output to the second input of the division unit, the third summing element is connected by the first input to the output of the setter, the second input to the output of the summing amplifier of the correction device and the output through the second inertial filter to the first input of the differentiating filter, which is connected by the second input to the output of the object, the third input through the third inertial filter to the output of the object and the output through the second module selection unit to the first the input of the second summing element, and the first input of the differentiating filter is the first input of its first integrosummer and the output is the output of its summing amplifier, and the second third inputs differentiating filter are respectively a second input of the summing amplifier and its third input all its integrosummatorov, wherein n <m≤2n-1.

В этой САУ коэффициент усиления ее прямой цепи поддерживается контуром самонастройки на единичном значении вне зависимости от величины диапазона изменения коэффициента усиления объекта управления. Но данная самонастраивающаяся система является трехтемповой, так как в ней можно выделить высокочастотную, среднечастотную и низкочастотную части.In this self-propelled guns, the gain of its direct circuit is maintained by a self-tuning circuit at a unit value, regardless of the magnitude of the range of variation of the gain of the control object. But this self-adjusting system is three-tempo, since it can distinguish high-frequency, mid-frequency and low-frequency parts.

Причем быстродействие этой системы определяется темпом процессов ее среднечастотной эталонной модели, который существенно ниже темпа процессов ее высокочастотной части. Поэтому рассматриваемая САУ имеет недостаточно высокое быстродействие и, следовательно, динамическую точность.Moreover, the speed of this system is determined by the pace of the processes of its mid-frequency reference model, which is significantly lower than the pace of the processes of its high-frequency part. Therefore, the considered self-propelled guns have insufficiently high speed and, therefore, dynamic accuracy.

Кроме того, точность управления в этой САУ может оказаться недостаточно высокой еще и потому, что она содержит источник напряжения смещения, который снижает точность вычисления значения обратного коэффициента усиления объекта. Источник напряжения смещения включен в данную систему для устранения неопределенного или нулевого результата деления в блоке деления при равенстве нулю одного из его входных сигналов на начальном интервале времени работы САУ при 0<t<nμ.In addition, the control accuracy in this self-propelled guns may not be high enough also because it contains a bias voltage source that reduces the accuracy of calculating the value of the inverse gain of the object. A bias voltage source is included in this system to eliminate an indefinite or zero division result in the division unit when one of its input signals is equal to zero in the initial time interval of the ACS operation at 0 <t <nμ.

Задача изобретения - повышение быстродействия и точности самонастраивающейся системы автоматического управления.The objective of the invention is to increase the speed and accuracy of a self-adjusting automatic control system.

Решение поставленной задачи достигается тем, что самонастраивающаяся система автоматического управления нестационарным объектом n-го порядка, содержащая объект, который подключен входом к выходу усилителя мощности, элемент сравнения, который подсоединен одним входом через эталонную модель к задатчику и другим входом к выходу объекта, первый дифференцирующий фильтр в виде последовательно соединенных интегратора, n-1 интегросумматоров и суммирующего усилителя, который подключен выходом ко входу интегратора и второму входу всех своих интегросумматоров и вторым входом к выходу объекта, три суммирующих элемента, три инерционных фильтра, блок умножения, блок деления, подсоединенный первым входом к выходу первого суммирующего элемента и выходом к первому входу блока умножения, снабжена четвертым инерционным фильтром, четвертым суммирующим элементом, блоком регуляторов в виде последовательно соединенных двух интеграторов и суммирующего усилителя, который подключен вторым входом к выходу первого интегратора, и вторым дифференцирующим фильтром в виде последовательно соединенных n интегросумматоров и суммирующего усилителя, который подключен выходом ко второму входу каждого из своих интегросумматоров, первый суммирующий элемент подсоединен первым входом к выходу суммирующего усилителя первого дифференцирующего фильтра и вторым входом через первый инерционный фильтр к выходу суммирующего усилителя блока регуляторов, второй суммирующий элемент подсоединен первым входом к выходу второго дифференцирующего фильтра, вторым входом к выходу суммирующего усилителя блока регуляторов и выходом ко второму входу блока умножения, третий суммирующий элемент подключен выходом ко входу усилителя мощности и через второй инерционный фильтр ко второму входу блока деления, первым входом к выходу блока умножения, вторым входом непосредственно и третьим входом через третий инерционный фильтр к выходу второго суммирующего элемента, четвертый суммирующий элемент подсоединен выходом ко входу первого интегратора блока регуляторов, первым входом к выходу суммирующего усилителя первого дифференцирующего фильтра и вторым входом через четвертый инерционный фильтр к выходу второго дифференцирующего фильтра, который подключен первым входом к выходу элемента сравнения и вторым входом к выходу задатчика, причем первым входом второго дифференцирующего фильтра служат первый вход первого и третий вход всех его остальных интегросумматоров, вторым входом и выходом второго дифференцирующего фильтра являются соответственно второй вход и выход его суммирующего усилителя, а эталонная модель выполнена высокочастотной.The solution to this problem is achieved by the fact that a self-tuning system of automatic control of an unsteady object of the nth order, containing an object that is connected by an input to the output of a power amplifier, a comparison element that is connected by one input through a reference model to the master and the other input to the output of the object, is the first differentiating a filter in the form of a series-connected integrator, n-1 integrosumators and a summing amplifier, which is connected by an output to the integrator’s input and the second input of all its tag adders and a second input to the output of the object, three summing elements, three inertial filters, a multiplication unit, a division unit, connected by a first input to the output of the first summing element and an output to the first input of the multiplication unit, is equipped with a fourth inertial filter, a fourth summing element, a control unit in in the form of two integrators connected in series and a summing amplifier, which is connected by the second input to the output of the first integrator, and the second differentiating filter in the form of series the distance n integrosummators and a summing amplifier, which is connected by an output to the second input of each of its integrosummators, the first summing element is connected by the first input to the output of the summing amplifier of the first differentiating filter and the second input through the first inertial filter to the output of the summing amplifier of the regulator block, the second summing element is connected by the first the input to the output of the second differentiating filter, the second input to the output of the summing amplifier of the regulator block and the output to the second during the multiplication unit, the third summing element is connected by the output to the input of the power amplifier and through the second inertial filter to the second input of the division unit, the first input to the output of the multiplication unit, the second input directly and the third input through the third inertial filter to the output of the second summing element, the fourth summing element connected by an output to the input of the first integrator of the regulator block, the first input to the output of the summing amplifier of the first differentiating filter and the second input through the fourth inertia this filter to the output of the second differentiating filter, which is connected by the first input to the output of the comparison element and the second input to the output of the master, the first input of the second differentiating filter being the first input of the first and third input of all its other integrosummers, the second input and output of the second differentiating filter are, respectively the second input and output of its summing amplifier, and the reference model is made high-frequency.

На фиг.1 представлена функциональная схема самонастраивающейся системы автоматического управления нестационарным объектом; на фиг.2 -первого дифференцирующего фильтра; на фиг.3 - второго дифференцирующего фильтра; на фиг.4 - блока регуляторов.Figure 1 presents a functional diagram of a self-tuning system for automatic control of a non-stationary object; figure 2 - of the first differentiating filter; figure 3 - the second differentiating filter; figure 4 - block regulators.

Самонастраивающаяся 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 эталонную модель 4 к задатчику 5 и другим входом к выходу объекта 1, первый дифференцирующий фильтр 6 в виде последовательно соединенных интегратора 6/1, n-1 интегросумматоров 6/2-6/n и суммирующего усилителя 6/(n+1), который подключен выходом ко входу интегратора 6/1 и второму входу всех своих интегросумматоров 6/2-6/n и вторым входом к выходу объекта 1, три суммирующих элемента 7-9, три инерционных фильтра 10-12, блок 13 умножения, блок 14 деления, подсоединенный первым входом к выходу первого суммирующего элемента 7 и выходом к первому входу блока 13 умножения, четвертый инерционный фильтр 15, четвертый суммирующий элемент 16, блок 17 регуляторов в виде последовательно соединенных двух интеграторов 17/1, 17/2 и суммирующего усилителя 17/3, который подключен вторым входом к выходу первого интегратора 17/1, и второй дифференцирующий фильтр 18 в виде последовательно соединенных n интегросумматоров 18/1-18/n и суммирующего усилителя 18/(n+1), который подключен выходом ко второму входу каждого из своих интегросумматоров 18/1-18/n, первый суммирующий элемент 7 подсоединен первым входом к выходу суммирующего усилителя 6/(n+1) первого дифференцирующего фильтра 6 и вторым входом через первый инерционный фильтр 10 к выходу суммирующего усилителя 17/3 блока 17 регуляторов, второй суммирующий элемент 8 подсоединен первым входом к выходу второго дифференцирующего фильтра 18, вторым входом к выходу суммирующего усилителя 17/1 блока 17 регуляторов и выходом ко второму входу блока 13 умножения, третий суммирующий элемент 9 подключен выходом ко входу усилителя 2 мощности и через второй инерционный фильтр 11 ко второму входу блока 14 деления, первым входом к выходу блока 13 умножения, вторым входом непосредственно и третьим входом через третий инерционный фильтр 12 к выходу второго суммирующего элемента 8, четвертый суммирующий элемент 16 подсоединен выходом ко входу первого интегратора 17/1 блока 17 регуляторов, первым входом к выходу суммирующего усилителя 6/(n+1) первого дифференцирующего фильтра 6 и вторым входом через четвертый инерционный фильтр 15 к выходу второго дифференцирующего фильтра 18, который подключен первым входом к выходу элемента 3 сравнения и вторым входом к выходу задатчика 5, причем первым входом второго дифференцирующего фильтра 18 служат первый вход первого 18/1 и третий вход всех его остальных интегросумматоров 18/2-18/n, вторым входом и выходом второго дифференцирующего фильтра 18 являются соответственно второй вход и выход его суммирующего усилителя 18/(n+1), а эталонная модель 4 выполнена высокочастотной.A self-adjusting system for automatic control of an unsteady object of the n-th order contains an object 1, which is connected by an input to the output of a power amplifier 2, a comparison element 3, which is connected by one input through a reference model 4 to a master 5 and another input to the output of an object 1, the first differentiating filter 6 in the form of a series-connected integrator 6/1, n-1 integrosumators 6 / 2-6 / n and a summing amplifier 6 / (n + 1), which is connected by an output to the input of the integrator 6/1 and the second input of all its integrosumiters 6 / 2- 6 / n and second in towards the exit of object 1, three summing elements 7-9, three inertial filters 10-12, a multiplication unit 13, a division unit 14 connected by a first input to the output of the first summing element 7 and an output to the first input of the multiplying unit 13, fourth inertial filter 15 , the fourth summing element 16, the block of regulators 17 in the form of two integrators 17/1, 17/2 connected in series and the summing amplifier 17/3, which is connected by the second input to the output of the first integrator 17/1, and the second differentiating filter 18 in the form of series connected n inter of the adders 18 / 1-18 / n and the summing amplifier 18 / (n + 1), which is connected by the output to the second input of each of its integrosummers 18 / 1-18 / n, the first summing element 7 is connected by the first input to the output of the summing amplifier 6 / (n + 1) of the first differentiating filter 6 and the second input through the first inertial filter 10 to the output of the summing amplifier 17/3 of the regulator block 17, the second summing element 8 is connected by the first input to the output of the second differentiating filter 18, the second input to the output of the summing amplifier 17 / 1 block of 17 regulators and the output to the second input of the multiplication unit 13, the third summing element 9 is connected by the output to the input of the power amplifier 2 and through the second inertial filter 11 to the second input of the division unit 14, the first input to the output of the multiplication unit 13, the second input directly and the third input through the third inertial filter 12 to the output of the second summing element 8, the fourth summing element 16 is connected by an output to the input of the first integrator 17/1 of the block 17 of the regulators, the first input to the output of the summing amplifier 6 / (n + 1) of the first differentiating filter 6 and the second input through the fourth inertial filter 15 to the output of the second differentiating filter 18, which is connected by the first input to the output of the comparison element 3 and the second input to the output of the setter 5, the first input of the first 18/1 and the third being the first input of the second differentiating filter 18 the input of all of its remaining integrosummers 18 / 2-18 / n, the second input and output of the second differentiating filter 18 are respectively the second input and output of its summing amplifier 18 / (n + 1), and the reference model 4 is made high-frequency.

Математическое описание объекта управления и управляющего устройства самонастраивающейся САУ нестационарным объектом можно представить в виде следующих дифференциальных уравнений:The mathematical description of the control object and the control device of the self-adjusting self-propelled guns with a non-stationary object can be represented in the form of the following differential equations:

где Y - вектор состояния,

y⁽ⁿ⁾ - старшая производная выходной величины; u - управляющее воздействие; φ₀(Y,t), φ₁(Y,t) - нелинейные нестационарные функции, аналитические относительно своих аргументов; φ₁ - косвенно измеренное текущее значение возмущения в виде эквивалентного аддитивного сигнала внутренних обратных связей объекта,where Y is the state vector,

y ⁽ⁿ⁾ is the highest derivative of the output quantity; u is the control action; φ ₀ (Y, t), φ ₁ (Y, t) - nonlinear non-stationary functions, analytical with respect to their arguments; φ ₁ - indirectly measured current value of the perturbation in the form of an equivalent additive signal of internal feedback of the object,

φ $\binom{-1}{0}$ - вычисленное значение обратного коэффициента усиления объекта,φ $\binom{-1}{0}$ - the calculated value of the inverse gain of the object,

p=d/dt;

- предписанный требуемым уравнением движения САУp is d / dt;

- prescribed by the required equation of motion for self-propelled guns

закон изменения старшей производной выходной величины,the law of variation of the highest derivative of the output quantity,

y_э - выходной сигнал эталонной модели 4, в уравнении которойy _e - the output signal of the reference model 4, in the equation of which

через g обозначен выходной сигнал задатчика 5; μ - малая постоянная времени, значение которой выбирается обратно пропорционально значению граничной частоты требуемой полосы равномерного пропускания эталонной модели 4; σ, τ_i

- постоянные коэффициенты, значения которых определяются из следующих соотношений:through g the output signal of the setter 5 is indicated; μ is a small time constant, the value of which is selected inversely with the value of the boundary frequency of the required uniform bandwidth of the reference model 4; σ, τ _i

- constant coefficients, the values of which are determined from the following relationships:

Особенность самонастраивающейся САУ нестационарным объектом заключается в том, что в отличие от прототипа она содержит дифференциальную компенсирующую связь. Последняя образуется за счет подключения первого дифференцирующего фильтра 6 входом к выходу объекта 1 и четвертого суммирующего элемента 16 первым входом к выходу суммирующего усилителя 6/(n+1) первого дифференцирующего фильтра 6, вторым входом через четвертый инерционный фильтр 15 к выходу второго дифференцирующего фильтра 18 и выходом через блок 17 регуляторов ко второму входу второго суммирующего элемента 8. К тому же эта компенсирующая связь в отличие от аналога является двукратно интегрирующей. За счет введения в САУ указанной дифференциальной связи осуществляется повышение точности управления при отработке системой аддитивного возмущения на входе объекта. Повышение же точности САУ при отработке ею сигнала задания достигается включением в нее второго дифференцирующего фильтра 18, исключением из нее корректирующего устройства и выполнением эталонной модели 4 высокочастотной.A feature of a self-adjusting self-propelled guns non-stationary object is that, unlike the prototype, it contains a differential compensating connection. The latter is formed by connecting the first differentiating filter 6 with the input to the output of the object 1 and the fourth summing element 16 with the first input to the output of the summing amplifier 6 / (n + 1) of the first differentiating filter 6, the second input through the fourth inertial filter 15 to the output of the second differentiating filter 18 and the output through the block 17 of the regulators to the second input of the second summing element 8. In addition, this compensating connection, in contrast to the analogue, is twice integrating. By introducing the indicated differential connection into the self-propelled guns, the control accuracy is improved when the system develops an additive disturbance at the input of the object. Improving the accuracy of self-propelled guns when it develops a task signal is achieved by incorporating a second differentiating filter 18 into it, eliminating a corrective device from it and performing a high-frequency reference model 4.

Кроме того, в данной САУ блок 13 умножения включен в параллельную участку прямой цепи системы ветвь, а не последовательно в прямую цепь системы как в прототипе. За счет этого обеспечивается поступление управляющего воздействия на вход объекта 1 на начальном интервале времени работы системы даже при нулевом значении выходных сигналов блока 14 деления и блока 13 умножения. А это позволяет, в свою очередь, исключить из системы источник напряжения смещения и тем самым еще более повысить точность управления.In addition, in this self-propelled guns, the multiplication unit 13 is included in a branch, parallel to the straight section of the direct chain of the system, and not sequentially in the direct chain of the system as in the prototype. Due to this, the control action is supplied to the input of object 1 at the initial time interval of the system operation even when the output signals of the division unit 14 and the multiplication unit 13 are zero. And this, in turn, makes it possible to exclude the bias voltage source from the system and thereby further increase the control accuracy.

Самонастраивающаяся система автоматического управления нестационарным объектом работает следующим образом.Self-adjusting system for automatic control of a non-stationary object works as follows.

Сигнал задания с выхода задатчика 5 поступает на второй вход второго дифференцирующего фильтра 18 и через эталонную модель 4 на один из входов элемента 3 сравнения, на другой вход которого поступает выходной сигнал объекта 1. Сигнал рассогласования с выхода элемента 3 сравнения поступает на первый вход второго дифференцирующего фильтра 18. В дифференцирующем фильтре 18 его входные сигналы преобразуются в сигнал, пропорциональный предписанному уравнением (5) закону изменения (6) старшей производной выходной величины объекта 1. Далее этот сигнал с выхода второго дифференцирующего фильтра 18 поступает через второй и третий суммирующие элементы 8 и 9 и усилитель 2 мощности на вход объекта 1 и приводит его в движение.The reference signal from the output of the setter 5 is fed to the second input of the second differentiating filter 18 and through the reference model 4 to one of the inputs of the comparison element 3, the other input of which receives the output signal of the object 1. The mismatch signal from the output of the comparison element 3 is fed to the first input of the second differentiating filter 18. In the differentiating filter 18, its input signals are converted into a signal proportional to the law of change (6) prescribed by equation (5) of the highest derivative of the output value of object 1. Further, this signal the output of the second differentiating filter 18 enters through the second and third summing elements 8 and 9 and the power amplifier 2 at the input of the object 1 and sets it in motion.

В то же время выходной сигнал второго дифференцирующего фильтра 18 поступает через четвертый инерционный фильтр 15 на второй вход четвертого суммирующего элемента 16, на второй вход которого поступает с выхода объекта 1 через первый дифференцирующий фильтр 6 сигнал, пропорциональный старшей производной выходной величины объекта 1. Причем четвертый инерционный фильтр 15 включен в систему для обеспечения синфазности входных сигналов четвертого суммирующего элемента 16.At the same time, the output signal of the second differentiating filter 18 enters through the fourth inertial filter 15 to the second input of the fourth summing element 16, the second input of which comes from the output of object 1 through the first differentiating filter 6, a signal proportional to the highest derivative of the output value of object 1. Moreover, the fourth an inertial filter 15 is included in the system to ensure that the input signals of the fourth summing element 16 are in phase.

Сигнал рассогласования с выхода четвертого суммирующего элемента 16 поступает на вход блока 17 регуляторов, в котором преобразуется в сигнал, пропорциональный аддитивному возмущению φ₁(Y,t) на входе объекта 1. С выхода блока 17 регуляторов этот сигнал поступает через второй и третий суммирующие элементы 8 и 9 на вход второго инерционного фильтра 11 и через первый инерционный фильтр 10 на второй вход первого суммирующего элемента 7, на первый вход которого поступает выходной сигнал суммирующего усилителя 6/(n+1) первого дифференцирующего фильтра 6. В первом суммирующем элементе 7 его входные сигналы суммируются и суммарный сигнал с его выхода, пропорциональный сумме истинного значения старшей производной выходной величины и аддитивного возмущения φ₁(Y,t) объекта 1, поступает на первый вход блока 14 деления. На второй вход блока 14 деления поступает с выхода второго инерционного фильтра 11 сигнал, пропорциональный сумме требуемого значения старшей производной выходной величины и того же аддитивного возмущения. В результате преобразования входных сигналов в блоке 14 деления образуется сигнал, пропорциональный обратному значению коэффициента усиления объекта 1.The mismatch signal from the output of the fourth summing element 16 is fed to the input of the block 17 of the regulators, which is converted into a signal proportional to the additive perturbation φ ₁ (Y, t) at the input of the object 1. From the output of the block 17 of the regulators, this signal is supplied through the second and third summing elements 8 and 9 to the input of the second inertial filter 11 and through the first inertial filter 10 to the second input of the first summing element 7, the first input of which receives the output signal of the summing amplifier 6 / (n + 1) of the first differentiating filter 6. In the first summing element 7, its input signals are summed and the total signal from its output, proportional to the sum of the true value of the highest derivative of the output quantity and the additive perturbation φ ₁ (Y, t) of object 1, is fed to the first input of the division unit 14. At the second input of the division unit 14, a signal is output from the output of the second inertial filter 11, which is proportional to the sum of the required value of the highest derivative of the output quantity and the same additive perturbation. As a result of the conversion of the input signals in the division unit 14, a signal is generated proportional to the reciprocal of the gain of the object 1.

Выходной сигнал блока 14 деления поступает на первый вход блока 13 умножения, на второй вход которого поступает выходной сигнал второго суммирующего элемента 8. В результате преобразования входных сигналов в блоке 13 умножения на его выходе образуется сигнал, пропорциональный произведению обратного коэффициента усиления объекта 1 и суммы требуемого значения старшей производной выходной величины и аддитивного возмущения на входе объекта 1. Выходной сигнал блока 13 умножения поступает на первый вход третьего суммирующего элемента 9, на второй вход которого непосредственно, а на третий вход через третий инерционный фильтр 12 поступает выходной сигнал второго суммирующего элемента 8.The output signal of the division unit 14 is fed to the first input of the multiplication unit 13, the second input of which receives the output signal of the second summing element 8. As a result of the conversion of the input signals in the multiplication unit 13, a signal is generated at its output that is proportional to the product of the inverse gain of the object 1 and the sum of the required the values of the highest derivative of the output quantity and the additive disturbance at the input of the object 1. The output signal of the multiplication unit 13 is fed to the first input of the third summing element 9, to the second whose first input is direct, and the third signal through the third inertial filter 12 receives the output signal of the second summing element 8.

Заметим, что первый, второй и третий инерционные фильтры 10-12 включены в систему для обеспечения синфазности их выходных сигналов и выходного сигнала блока 13 умножения. Благодаря инерционности этих фильтров 10-12 на начальном интервале времени работы САУ при 0<t<nμ выходной сигнал третьего суммирующего элемента 9 практически равен выходному сигналу второго суммирующего элемента 8. Но с течением времени после начала работы САУ в третьем суммирующем элементе 9 его входные сигналы, поступающие с выходов второго суммирующего элемента 8 и третьего инерционного фильтра 12, начинают постепенно компенсировать друг друга. И одновременно начинается рост входного сигнала, поступающего на первый вход третьего суммирующего элемента 9 с выхода блока 13 умножения. В результате по истечении определенного момента времени t>nμ на выходе третьего суммирующего элемента 9 образуется сигнал, пропорциональный произведению обратного коэффициента усиления объекта 1 и суммы требуемого значения старшей производной выходной величины и аддативного возмущения на входе объекта 1. Выходной сигнал третьего суммирующего элемента 9 через усилитель 2 мощности поступает на вход объекта 1 и управляет его движением в соответствии с уравнением (5). А после момента времени t>3τ₁, когда САУ отработает ненулевые начальные условия своих переменных состояния, выходные сигналы элемента 3 сравнения и четвертого суммирующего элемента 16 станут равными нулю, движение САУ будет удовлетворять уравнению (7) эталонной модели 4.Note that the first, second and third inertial filters 10-12 are included in the system to ensure that their output signals and the output signal of the multiplication unit 13 are in phase. Due to the inertia of these filters 10-12 at the initial time interval of the ACS operation at 0 <t <nμ, the output signal of the third summing element 9 is almost equal to the output signal of the second summing element 8. But over time, after the ACS starts to work in the third summing element 9, its input signals coming from the outputs of the second summing element 8 and the third inertial filter 12, begin to gradually compensate for each other. And at the same time, the growth of the input signal arriving at the first input of the third summing element 9 begins with the output of the multiplication block 13. As a result, after a certain time t> nμ, the output of the third summing element 9 produces a signal proportional to the product of the inverse gain of the object 1 and the sum of the required value of the highest derivative of the output quantity and the additive perturbation at the input of the object 1. The output signal of the third summing element 9 through the amplifier 2 power is supplied to the input of object 1 and controls its movement in accordance with equation (5). And after time t> 3τ ₁ , when the self-propelled guns work out non-zero initial conditions of its state variables, the output signals of the comparison element 3 and the fourth summing element 16 become equal to zero, the movement of the self-propelled guns will satisfy equation (7) of the reference model 4.

Таким образом, за счет включения в самонастраивающуюся САУ нестационарным объектом четвертого инерционного фильтра, четвертого суммирующего элемента, блока регуляторов, второго дифференцирующего фильтра, изменения взаимосвязей между ее блоками и выполнения эталонной модели высокочастотной достигается повышение быстродействия и точности системы.Thus, due to the inclusion of a fourth inertial filter, a fourth summing element, a regulator block, a second differentiating filter, changing the relationships between its blocks and performing a high-frequency reference model in a self-tuning self-propelled self-propelled guns, an increase in system speed and accuracy is achieved.

Claims

A self-tuning system of automatic control of an unsteady object of the n-th order, containing an object that is connected by an input to the output of a power amplifier, a comparison element that is connected by one input through a reference model to a master and another input to the output of the object, the first differentiating filter in the form of series-connected integrator, n-1 integro-adders and a summing amplifier, which is connected by an output to the integrator input and the second input of all its integro-adders and the second input to the object output , three summing elements, three inertial filters, a multiplication unit, a division unit connected by a first input to the output of the first summing element and an output to the first input of the multiplication unit, characterized in that it is equipped with a fourth inertial filter, a fourth summing element, a control unit in the form of series connected two integrators and a summing amplifier, which is connected by the second input to the output of the first integrator, and the second differentiating filter in the form of n integrally integrated in and a summing amplifier, which is connected by an output to the second input of each of its integro-adders, the first summing element is connected by the first input to the output of the summing amplifier of the first differentiating filter and the second input through the first inertial filter to the output of the summing amplifier of the regulator block, the second summing element is connected by the first input to the output of the second differentiating filter, the second input to the output of the summing amplifier of the regulator block and the output to the second input of the multiplication block, third the summing element is connected by the output to the input of the power amplifier and through the second inertial filter to the second input of the division unit, the first input to the output of the multiplication unit, the second input directly and the third input through the third inertial filter to the output of the second summing element, the fourth summing element is connected by the output to the input of the first integrator of the regulator block, the first input to the output of the summing amplifier of the first differentiating filter and the second input through the fourth inertial filter to the output of the second about a differentiating filter, which is connected by the first input to the output of the comparison element and the second input to the output of the setter, the first input of the second differentiating filter being the first input of the first and third input of all its other integrosummers, the second input and output, respectively, are the second input and output its summing amplifier, and the reference model is made of high-frequency.