RU2393521C1 - Адаптивное интегральное устройство для систем управления летательными аппаратами - Google Patents
Адаптивное интегральное устройство для систем управления летательными аппаратами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2393521C1 RU2393521C1 RU2008143095/09A RU2008143095A RU2393521C1 RU 2393521 C1 RU2393521 C1 RU 2393521C1 RU 2008143095/09 A RU2008143095/09 A RU 2008143095/09A RU 2008143095 A RU2008143095 A RU 2008143095A RU 2393521 C1 RU2393521 C1 RU 2393521C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- signal
- hysteresis
- relay element
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Изобретение относится к приборостроительной промышленности и может быть использовано в астатических системах автоматического управления летательными аппаратами в условиях знакопеременных воздействий и широком диапазоне применения по скорости и высоте полета. Технический результат - повышение динамической точности при управлении нестационарным летательным аппаратом с отработкой знакопеременных входных воздействий. Устройство содержит задатчик сигнала интегрирования (1), сумматор (2), интегрирующее звено (3), масштабный усилитель (4), ограничитель сигнала (5), инвертирующий усилитель(6), первый (7) и второй (12) управляемые ключи, первый (8) и второй (11) блоки умножения, гистерезисные релейные элементы отрицательной (9) и положительной (10) полярности, датчик скоростного напора (13), функциональный преобразователь (14) и инвертор (15). 3 ил.
Description
Изобретение относится к приборостроительной промышленности и может быть использовано в астатических системах автоматического управления летательными аппаратами в условиях знакопеременных воздействий и широком диапазоне применения по скорости и высоте полета.
В качестве известных решений следует отметить распространенное применение непосредственно процесса интегрирования и интегрирующих звеньев для достижения астатизма в системах автоматического управления летательными аппаратами (САУ ЛА) [1]. Основу известного устройства составляет наличие интегрирующего звена. В замкнутом контуре регулирования обеспечивается при этом сведение к нулю сигнала на входе интегрирующего звена. Так, при регулировании с интегральным законом по рассогласованию достигается астатизм I-го порядка, установившееся значение регулируемой координаты равно задающему воздействию, рассогласование сводится к нулю.
Известные решения имеют существенный недостаток для систем автоматического регулирования с существенно переменными задающими воздействиями, состоящий в следующем. При изменении сигналов задающего воздействия на этапах перекладки по полярности или при периодических воздействиях на выходе интегрирующего звена и системы в целом создается затягивание процесса по астатическому регулированию измененного сигнала воздействия, что сужает положительные свойства астатического регулирования, ухудшая характеристики системы автоматического управления по точности и быстродействию.
Наиболее близким техническим решением является интегральное устройство, содержащее последовательно соединенные задатчик сигнала интегрирования, сумматор, интегрирующее звено, масштабный усилитель и ограничитель сигнала, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные инвертирующий усилитель, вход которого соединен с выходом масштабного усилителя, и первый управляемый ключ, первый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом масштабного усилителя, а выход - со вторым входом первого управляемого ключа [2].
Известное устройство осуществляет процесс регулирования на основе раздельного интегрирования по сигналам положительной и отрицательной полярностей.
Недостатком известного решения является невысокая динамическая точность при отработке сигналов с изменяющейся полярностью.
Технической задачей, решаемой в предлагаемом изобретении, является повышение динамической точности при управлении нестационарным летательным аппаратом с отработкой знакопеременных входных воздействий.
Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство интегрирования для астатических систем управления летательными аппаратами, содержащее последовательно соединенные задатчик сигнала интегрирования, сумматор, интегрирующее звено, масштабный усилитель и ограничитель сигнала, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные инвертирующий усилитель, вход которого соединен с выходом масштабного усилителя, и первый управляемый ключ, первый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом масштабного усилителя, а выход - со вторым входом первого управляемого ключа, дополнительно содержит гистерезисный релейный элемент отрицательной полярности, вход которого соединен с выходом задатчика сигнала интегрирования, а выход - со вторым входом первого блока умножения, последовательно соединенные гистерезисный релейный элемент положительной полярности, вход которого соединен с выходом задатчика сигнала интегрирования, второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом масштабного усилителя, и второй управляемый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого управляемого ключа, а выход - со вторым входом сумматора, и последовательно соединенные датчик скоростного напора, функциональный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом гистерезисного релейного элемента положительной полярности, и инвертор, выход которого соединен со вторым входом гистерезисного релейного элемента отрицательной полярности, при этом величина сигнала зоны нечувствительности ε, формируемая функциональным преобразователем, обратно пропорциональна сигналу скоростного напора q:
где Кε - коэффициент пропорциональности.
На фиг.1 представлена блок-схема адаптивного интегрирующего устройства для систем управления летательными аппаратами, на фиг.2 и 3 представлены характеристики блоков 10 и 9 соответственно.
Адаптивное интегральное устройство для систем управления летательными аппаратами содержит последовательно соединенные задатчик сигнала интегрирования 1 (ЗСИ), сумматор 2 (С), интегрирующее звено 3 (ИЗ), масштабный усилитель 4 (МУ) и ограничитель сигнала 5 (ОС), выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные инвертирующий усилитель 6 (ИУ), вход которого соединен с выходом масштабного усилителя 4, и первый управляемый ключ 7 (1УК), первый блок умножения 8 (1БУ), первый вход которого соединен с выходом масштабного усилителя 4, а выход - со вторым входом первого управляемого ключа 7, гистерезисный релейный элемент отрицательной полярности 9 (ГРЭОП), вход которого соединен с выходом задатчика сигнала интегрирования 1, а выход - со вторым входом первого блока умножения 8, последовательно соединенные гистерезисный релейный элемент положительной полярности 10 (ГРЭПП), вход которого соединен с выходом задатчика сигнала интегрирования 1, второй блок умножения 11 (2БУ), второй вход которого соединен с выходом масштабного усилителя 4, и второй управляемый ключ 12 (2УК), второй вход которого соединен с выходом первого управляемого ключа 7, а выход - со вторым входом сумматора 2, и последовательно соединенные датчик скоростного напора 13 (ДСН), функциональный преобразователь 14 (ФП), выход которого соединен со вторым входом гистерезисного релейного элемента положительной полярности 10, и инвертор 15 (И), выход которого соединен со вторым входом гистерезисного релейного элемента отрицательной полярности 9.
Адаптивное интегральное устройство для систем управления летательными аппаратами работает следующим образом.
В устройстве сформированы четыре канала:
- прямой, интегральный канал управления, включающий задатчик сигнала интегрирования 1, сумматор 2, интегрирующее звено 3, масштабный усилитель 4 и ограничитель сигнала 5;
- канал обратной связи, состоящий из инвертирующего усилителя 6 и управляемых ключей 7 и 12. Канал обеспечивает введение обратной связи к прямому каналу для списывания интегрированного сигнала при смене полярности входного сигнала;
- канал, управляющий работой устройства, включающий в себя два блока умножения 8 и 11, два гистерезисных релейных элемента 10 и 9 по положительной и отрицательной полярности соответственно. Канал управляет подключением-отключением канала обратной связи при смене полярности входного сигнала посредством нормально-замкнутых ключей 7 и 12;
- канал адаптации, состоящий из блоков 13, 14 и 15, осуществляющий адаптивную перестройку зоны нечувствительности ε релейных элементов 9 и 10 в функции скоростного напора q.
При включении устройства и нулевом сигнале х на выходе задатчика сигнала интегрирования 1 сигналы: y1 - с выхода интегрирующего звена 3, y2 - с выхода масштабного усилителя 4 и выходной сигнал устройства yвых с выхода ограничителя сигнала 5 равны нулю. Пусть задается сигнал х блоком 1, х>0. Управляемые ключи 7 и 12 нормально-замкнуты. Гистерезисный релейный элемент положительной полярности 10 формирует сигнал B1 в соответствии с фиг.2:
Блок умножения 11 формирует сигнал:
где y2 - сигнал на выходе масштабного усилителя 4
где Кму - коэффициент масштабного усилителя 4, Кму>0;
y1 - сигнал на выходе интегрирующего звена 3:
Т.е. при х>0 имеем y1>0 и y2>0.
В уравнении (4) Δх - сигнал на выходе сумматора 2:
Сигнал хос формируется каналом обратной связи по сигналу y2 при замкнутых ключах 7 и 12:
где Киу - коэффициент инвертирующего усилителя 6, Киу<0.
При размыкании одного из ключей 7, 12 xoc=0.
В рассматриваемом случае (х>0) A1=0, разомкнут ключ 12.
Таким образом, обеспечивается работа устройства по прямому интегральному каналу при х>0 и y2>0.
Аналогично и при начальном движении от 0 при х<0, определяющем и y2<0.
Действительно, в этом случае разомкнут ключ 7 по сигналу А2>0 от блока 8:
где В2 - сигнал с выхода гистерезисного элемента отрицательной полярности 9, формируемый в соответствии с фиг.3:
При смене полярности сигнала х с положительного на отрицательный - сигнал B1 на выходе блока 10 определяется равным 0 при х<-ε, где ε - зона нечувствительности, ε>0, управляемый ключ 12 замыкает цепь обратной связи, подключая ее к интегральному каналу.
Величина Киу инвертирующего усилителя 6 принимается достаточно большой, чтобы постоянная времени замкнутого контура прямого канала и обратной связи была малой с целью быстрого списывания наинтегрированного значения сигнала y1 и, соответственно, y2 предыдущего режима при x>0.
Далее сигналы y1 и y2 в функции сигнала X отрицательной полярности также принимают отрицательные значения.
Соответственно произведение В2·y2 и сигнал А2 на выходе блока 8 становится больше нуля. Управляемый ключ 7 размыкает цепь обратной связи. Идет процесс чистого интегрирования по отрицательному сигналу х.
При изменении в дальнейшем полярности входного сигнала x с отрицательной на положительную процесс повторяется с учетом положительной зоны нечувствительности ε в блоке 9, т.е. быстро списывается наинтегрированный сигнал предыдущей полярности с переходом на интегрирование сигнала новой полярности.
Уровень зоны нечувствительности ε выбирается из условия отсутствия колебательности при смене полярности интегрируемого входного сигнала.
Ограничитель сигнала 5 на выходе устройства обеспечивает требуемое ограничение наинтегрированного сигнала с учетом его масштабирования (y2) с целью обеспечения требуемого уровня выходного сигнала yвых.
В реальных условиях полета летательного аппарата изменяются его динамические характеристики и свойства, так как изменяются высота и скорость полета, т.е. параметры летательного аппарата являются существенно нестационарными. При этом требования к качеству работы устройства должны быть инвариантными к этим условиям. Важным параметром предложенного устройства является величина зоны нечувствительности ε релейных элементов 9 и 10 (корректный выбор которой обеспечивает качество интегрирования). Обобщенным фактором изменения условий полета может служить скоростной напор q. Их взаимосвязь соответствует соотношению ε·q=const=Кε. Таким образом определяется функциональная зависимость ε от q. В рассматриваемом устройстве эта зависимость определена в функциональном преобразователе 14, как обратно пропорциональная:
где Кε - коэффициент пропорциональности.
Достижение положительного результата подтверждено результатами математического моделирования.
Составные звенья устройства могут быть реализованы на современных элементах автоматики и вычислительной техники, например, по [3], а также программно-алгоритмически.
Источники информации
1. Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов./Под ред. Г.С.Бюшгенса. М.: Наука, Физматлит, 1998, с.555.
2. Патент РФ № 2275675, G06F 7/38, 2004.
3. А.У.Ялышев, О.И.Разоренов. Многофункциональные аналоговые регулирующие устройства автоматики. М.: Машиностроение, 1981, с.103.
Claims (1)
- Адаптивное интегральное устройство для систем управления летательными аппаратами, содержащее последовательно соединенные задатчик сигнала интегрирования, сумматор, интегрирующее звено, масштабный усилитель и ограничитель сигнала, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные инвертирующий усилитель, вход которого соединен с выходом масштабного усилителя, и первый управляемый ключ, первый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом масштабного усилителя, а выход - со вторым входом первого управляемого ключа, отличающееся тем, что оно содержит гистерезисный релейный элемент отрицательной полярности, вход которого соединен с выходом задатчика сигнала интегрирования, а выход - со вторым входом первого блока умножения, последовательно соединенные гистерезисный релейный элемент положительной полярности, сигнал на выходе B1 которого формируется в соответствии с выражением
где х - сигнал на входе гистерезисного релейного элемента;
ε - зона нечувствительности гистерезисного релейного элемента,
второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом масштабного усилителя, и второй управляемый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого управляемого ключа, а выход - со вторым входом сумматора, последовательно соединенные датчик скоростного напора, функциональный преобразователь для формирования величины зоны нечувствительности упомянутых релейных элементов и инвертор, выход которого соединен со вторым входом гистерезисного релейного элемента отрицательной полярности, сигнал на выходе В2 которого формируется в соответствии с выражением
при этом первый и второй входы гистерезисного элемента положительной полярности соединены соответственно с выходом задатчика сигнала интегрирования и выходом функционального преобразователя, а величина сигнала зоны нечувствительности ε, формируемая функциональным преобразователем, обратно пропорциональна сигналу скоростного напора q
где Кε - коэффициент пропорциональности.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008143095/09A RU2393521C1 (ru) | 2008-10-31 | 2008-10-31 | Адаптивное интегральное устройство для систем управления летательными аппаратами |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008143095/09A RU2393521C1 (ru) | 2008-10-31 | 2008-10-31 | Адаптивное интегральное устройство для систем управления летательными аппаратами |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008143095A RU2008143095A (ru) | 2010-05-10 |
| RU2393521C1 true RU2393521C1 (ru) | 2010-06-27 |
Family
ID=42673448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008143095/09A RU2393521C1 (ru) | 2008-10-31 | 2008-10-31 | Адаптивное интегральное устройство для систем управления летательными аппаратами |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2393521C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2569580C2 (ru) * | 2013-11-12 | 2015-11-27 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московской области "Международный университет природы, общества и человека "Дубна", (Университет "Дубна") | Способ формирования адаптивного сигнала управления и стабилизации углового движения летательного аппарата и устройство для его осуществления |
-
2008
- 2008-10-31 RU RU2008143095/09A patent/RU2393521C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2569580C2 (ru) * | 2013-11-12 | 2015-11-27 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московской области "Международный университет природы, общества и человека "Дубна", (Университет "Дубна") | Способ формирования адаптивного сигнала управления и стабилизации углового движения летательного аппарата и устройство для его осуществления |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008143095A (ru) | 2010-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ma et al. | Finite-time event-triggered H∞ control for switched systems with time-varying delay | |
| Pekař et al. | An introduction to the special issue on advanced control methods: Theory and application | |
| CN109557817B (zh) | 一种改进的全局滑模控制方法 | |
| RU2393521C1 (ru) | Адаптивное интегральное устройство для систем управления летательными аппаратами | |
| RU2394263C1 (ru) | Адаптивное устройство формирования сигнала управления продольно-балансировочным движением летательного аппарата | |
| KR20180093331A (ko) | 특이섭동을 갖는 비선형시스템의 안정화 방법 | |
| RU2391691C1 (ru) | Адаптивный релейный регулятор | |
| RU2394261C1 (ru) | Устройство интегрирования для астатических систем управления летательными аппаратами | |
| RU2460113C1 (ru) | Способ формирования интегрального адаптивного сигнала стабилизации планирующего движения беспилотного летательного аппарата и устройство для его осуществления | |
| RU2275675C1 (ru) | Способ интегрирования сигнала управления для астатических систем управления летательными аппаратами и устройство для его осуществления | |
| Mandhare et al. | LabVIEW based PI controller for a level control system | |
| RU2587526C1 (ru) | Регулятор давления воздуха в форкамере аэродинамической трубы | |
| RU2459744C1 (ru) | Способ формирования интегрального сигнала стабилизации планирующего движения беспилотного летательного аппарата и устройство для его осуществления | |
| Frantsuzova | PI2D-controllers synthesis for nonlinear nonstationary plants | |
| Kumar et al. | Synchronization of fractional order Rabinovich-Fabrikant systems using sliding mode control techniques | |
| RU2571371C2 (ru) | Регулирующее устройство | |
| US6847851B1 (en) | Apparatus for improved general-purpose PID and non-PID controllers | |
| RU2587518C1 (ru) | Регулятор давления воздуха в форкамере аэродинамической трубы с форсированным выходом на заданный режим | |
| RU2403608C1 (ru) | Способ формирования интегрального сигнала управления для систем автоматического регулирования и устройство для его осуществления | |
| RU2283512C1 (ru) | Способ интегрирования сигнала рассогласования для астатических систем автоматического регулирования и устройство для его осуществления | |
| Paulusová et al. | Internal model control of thermo-optical plant | |
| Sartorius et al. | A new approach for adjusting scale factor in fuzzy PD+ I controllers with anti-windup | |
| Ramasamy et al. | A novel and pedagogical approach to teach PID controller with LabVIEW signal express | |
| Efimov et al. | On acceleration of a class of asymptotically stable homogeneous systems | |
| El Alaoui et al. | Fuzzy anti-windup schemes for PID controllers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181101 |