RU2403607C2 - Relay regulator - Google Patents

Relay regulator Download PDF

Info

Publication number
RU2403607C2
RU2403607C2 RU2008142163/09A RU2008142163A RU2403607C2 RU 2403607 C2 RU2403607 C2 RU 2403607C2 RU 2008142163/09 A RU2008142163/09 A RU 2008142163/09A RU 2008142163 A RU2008142163 A RU 2008142163A RU 2403607 C2 RU2403607 C2 RU 2403607C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
signal
relay
adder
Prior art date
Application number
RU2008142163/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008142163A (en
Inventor
Александр Яковлевич Бичуцкий (RU)
Александр Яковлевич Бичуцкий
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority to RU2008142163/09A priority Critical patent/RU2403607C2/en
Publication of RU2008142163A publication Critical patent/RU2008142163A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2403607C2 publication Critical patent/RU2403607C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: relay regulator has first and second comparators, first and second integrators, first and second relay elements, an adder and an on-off signal generator. The law of generating the output signal is defined by amplifier parametres - amplification coefficient and a limiting value, as well as the level of the output signal of the first relay element and limitating level of the second integrator.
EFFECT: relay regulator increases dynamic accuracy of angular deviation in the transient process and dynamic accuracy in angular velocity in the steady state during disturbing moments, which improves dynamic characteristics of the relay regulator.
6 dwg

Description

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления различными инерционными объектами, например поворотными платформами, промышленными роботами, летательными аппаратами.The invention relates to automation and can be used in control systems for various inertial objects, for example, turntables, industrial robots, aircraft.

Преимущественно заявляемое устройство предназначено для использования в системе управления космическим аппаратом (КА) в режиме его ручного управления в процессе сближения и стыковки с другим аппаратом.Mostly the inventive device is intended for use in the spacecraft (SC) control system in the mode of its manual control in the process of convergence and docking with another device.

В процессе сближения предварительно обеспечивается автоматическое поддержание заданного углового положения КА относительно направления сближения с другим КА, также имеющим стабилизированное угловое положение. Затем в режиме ручного управления обеспечивается продольное движение первого КА на заданный ориентир второго КА при поддержании минимальных линейных скоростей и отклонений относительно направления сближения. Правильность управления сближением обеспечивается поддержанием положения ориентира в заданной (центральной) области оптических средств, через которые наблюдается ориентир. «Уход» ориентира из заданной области может быть вызван либо продольным смещением КА относительно линии сближения, либо его угловыми перемещениями. Для того чтобы «развязать» продольные смещения от угловых движений КА, надо обеспечить крайне малые скорости последних. В этом случае угловые движения не будут влиять на управление линейными перемещениями КА.In the process of rendezvous, automatic maintenance of a given angular position of the spacecraft relative to the direction of approach with another spacecraft also having a stabilized angular position is preliminarily ensured. Then, in the manual control mode, the longitudinal movement of the first spacecraft to a predetermined reference point of the second spacecraft is maintained while maintaining minimum linear speeds and deviations relative to the approach direction. The correctness of the approach control is ensured by maintaining the position of the landmark in a given (central) region of the optical means through which the landmark is observed. A “departure” of a reference point from a given area can be caused either by the longitudinal displacement of the spacecraft relative to the line of approach, or by its angular displacements. In order to “untie” the longitudinal displacements from the angular motions of the spacecraft, it is necessary to ensure extremely low speeds of the latter. In this case, the angular movements will not affect the control of the linear movements of the spacecraft.

Заявляемое устройство относится к классу устройств, обеспечивающих малые скорости регулируемых параметров в процессе поддержания заданных ошибок позиционных отклонений, в частности для обеспечения минимально возможных угловых скоростей в процессе поддержания заданного углового отклонения КА.The inventive device belongs to the class of devices providing low speeds of adjustable parameters in the process of maintaining given errors of positional deviations, in particular to ensure the minimum possible angular velocities in the process of maintaining a given angular deviation of a spacecraft.

Известен релейный регулятор [1], содержащий сумматор, релейный элемент, охваченный интегрирующей отрицательной обратной связью, и управляемый формирователь импульсов.Known relay controller [1], comprising an adder, a relay element covered by integrating negative feedback, and a controlled pulse shaper.

Недостаток этого устройства состоит в том, что он имеет низкую помехозащищенность и ограниченный рабочий диапазон, определяемый линейной (информационной) зоной датчика позиционного отклонения.The disadvantage of this device is that it has low noise immunity and a limited operating range determined by the linear (information) zone of the position deviation sensor.

Известен также релейный регулятор [2], содержащий последовательно соединенные шину сигнала позиционного отклонения, сравнивающее устройство, усилитель с ограничением, сумматор и интегратор, охваченные отрицательной обратной связью с выхода интегратора на инвертирующий вход сравнивающего устройства, а также последовательно соединенные релейный элемент и формирователь релейного сигнала с задержкой на выключение.A relay controller [2] is also known, which contains a serially connected positional deviation signal bus, a comparator, a limited amplifier, an adder and an integrator covered by negative feedback from the integrator output to the inverting input of the comparator device, as well as a relay element and a relay signal shaper connected in series with a delay on shutdown.

Недостаток этого релейного регулятора состоит в том, что он не может обеспечить малых (заданных) динамических ошибок системы управления, в состав которой входит указанный регулятор, если на объект управления действуют внешние возмущения.The disadvantage of this relay controller is that it cannot provide small (set) dynamic errors of the control system, which includes the specified controller, if external disturbances act on the control object.

Наиболее близким по функциональному построению к заявляемому устройству является релейный регулятор [3].The closest in functional construction to the claimed device is a relay controller [3].

Устройство-прототип [3] содержит последовательно соединенные шину сигнала позиционного отклонения, сравнивающее устройство, усилитель с ограничением, сумматор, интегратор, охваченные отрицательной обратной связью с выхода интегратора на инвертирующий вход первого сравнивающего устройства, второе сравнивающее устройство и интегратор с ограничением, выход которого соединен с инвертирующим входом второго сравнивающего устройства. Устройство-прототип также содержит последовательно соединенные трехпозиционный релейный элемент и формирователь релейного сигнала с запаздыванием на выключение, вход которого подключен к выходу трехпозиционного релейного элемента и второму инвертирующему входу сумматора, третий неинвертирующий вход которого соединен с шиной сигнала скорости изменения позиционного отклонения.The prototype device [3] contains a serially connected positional deviation signal bus, a comparator, a limited amplifier, an adder, an integrator covered by negative feedback from the integrator output to the inverting input of the first comparator, a second comparator and a limited integrator, the output of which is connected with the inverting input of the second comparison device. The prototype device also contains a series-connected three-position relay element and a shaper of the relay signal with a delay on off, the input of which is connected to the output of the three-position relay element and the second inverting input of the adder, the third non-inverting input of which is connected to the signal signal of the rate of change of the positional deviation.

Указанное устройство обеспечивает заданную точность поддержания в установившихся режимах, в том числе при действии внешних возмущений.The specified device provides a given accuracy of maintenance in steady-state conditions, including under the action of external disturbances.

Однако использование известного устройства в системе управления не позволяет достичь ее высокой динамической точности: устранить или уменьшить до заданных пределов перерегулирование по скорости изменения позиционного отклонения в случае гашения ее больших начальных скоростей и при отработке появляющихся внешних возмущений на объект управления.However, the use of the known device in the control system does not allow to achieve its high dynamic accuracy: to eliminate or reduce to predetermined limits the overshoot in terms of the rate of change in positional deviation in the case of damping its large initial speeds and when practicing emerging external disturbances on the control object.

Задача изобретения - повышение динамической точности при управлении в условиях действия на объект управления внешних возмущений и при отработке больших начальных скоростей позиционного отклонения.The objective of the invention is to increase dynamic accuracy during control under conditions of action of external disturbances on the control object and when practicing large initial velocities of positional deviation.

Эта задача решается тем, что в релейный регулятор, содержащий последовательно соединенные шину сигнала позиционного отклонения, первое сравнивающее устройство, усилитель-ограничитель, сумматор, интегратор, охваченные отрицательной обратной связью с выхода интегратора на инвертирующий вход первого сравнивающего устройства, второе сравнивающее устройство и интегратор с ограничением, выход которого соединен с инвертирующим входом второго сравнивающего устройства, а также последовательно соединенные трехпозиционный релейный элемент и формирователь релейного сигнала с запаздыванием на выключение, вход которого подключен к выходу трехпозиционного релейного элемента и второму инвертирующему входу сумматора, третий неинвертирующий вход которого соединен с шиной сигнала скорости изменения позиционного отклонения, дополнительно введены второй сумматор, включенный последовательно между выходом второго сравнивающего устройства и входом трехпозиционного релейного элемента, второй усилитель-ограничитель и блок умножения, выход которого соединен с вторым инвертирующим входом первого сумматора, первый вход блока умножения соединен с выходом трехпозиционного релейного элемента, второй вход блока умножения соединен с выходом второго сравнивающего устройства и входом усилителя-ограничителя, выход которого соединен с входом интегратора с ограничением и вторым входом второго сумматора, при этом значение зоны нечувствительности трехпозиционного релейного элемента выбирают меньше или равной уровню ограничения усилителя-ограничителя.This problem is solved in that the relay controller containing the positional deviation signal bus connected in series, the first comparator device, limiter amplifier, adder, integrator, covered by negative feedback from the integrator output to the inverting input of the first comparator device, the second comparator device and integrator with a restriction, the output of which is connected to the inverting input of the second comparator device, as well as a three-position relay element connected in series and a shaper of the relay signal with a delay for switching off, the input of which is connected to the output of the three-position relay element and the second inverting input of the adder, the third non-inverting input of which is connected to the signal bus of the rate of change of positional deviation, a second adder is added, connected in series between the output of the second comparison device and the input a three-position relay element, a second limiter amplifier and a multiplication unit, the output of which is connected to the second inverting by the input of the first adder, the first input of the multiplication unit is connected to the output of the three-position relay element, the second input of the multiplication unit is connected to the output of the second comparison device and the input of the limiter amplifier, the output of which is connected to the input of the integrator with restriction and the second input of the second adder, while the zone value the insensitivity of the three-position relay element is chosen less than or equal to the limit level of the amplifier-limiter.

На фиг.1 приведена блок-схема релейного регулятора. На этой схеме:Figure 1 shows a block diagram of a relay controller. In this diagram:

1, 7 - сравнивающее устройство (первое и второе - соответственно),1, 7 - a comparative device (the first and second - respectively),

2, 8 - усилитель-ограничитель (первый и второй - соответственно),2, 8 - amplifier-limiter (the first and second - respectively),

3, 10 - сумматор (первый и второй - соответственно),3, 10 - adder (first and second - respectively),

4 - интегратор,4 - integrator

5 - трехпозиционный релейный элемент,5 - three-position relay element,

6 - формирователь релейного сигнала с запаздыванием на выключение (по тексту описания - ФРСЗВ 6),6 - shaper relay signal with a delay on shutdown (according to the description - FRSV 6),

9 - интегратор с ограничением,9 - integrator with restriction,

11 - умножитель,11 - multiplier,

12 - шина сигнала позиционного отклонения (далее по тексту - ШСПО 10),12 - bus signal positional deviation (hereinafter - SHSPO 10),

13 - шина сигнала скорости изменения позиционного отклонения (далее по тексту - ШССИПО 11),13 - bus signal of the rate of change of positional deviation (hereinafter - SHSSIPO 11),

14 - выходная шина релейного регулятора,14 - output bus relay controller

15 - объект управления (в состав регулятора не входит; он показан для полноты описания технического результата от применения заявленного устройства).15 - control object (not included in the controller; it is shown for completeness of the description of the technical result from the use of the claimed device).

На фиг.2 приведен фазовый портрет системы с релейным регулятором в контуре управления.Figure 2 shows a phase portrait of a system with a relay controller in the control loop.

На фиг.2 показано:Figure 2 shows:

X, Y - фазовые координаты системы управления (в соответствии с фиг.1),X, Y - phase coordinates of the control system (in accordance with figure 1),

L0, L0-,L1, L1- - линии включения,L 0 , L 0 - , L 1 , L 1 - - switching lines,

L2, L3, L2-, L3- - линии выключения,L 2 , L 3 , L 2 - , L 3 - - off lines,

а - фазовые траектории,a - phase trajectories,

s - граница области скользящего режима (для Х>0).s is the boundary of the region of the sliding mode (for X> 0).

На фиг.3-6 показаны фазовые портреты системы управления КА при использовании заявленного устройства (фиг.3 и 5) и известного устройства (фиг.4 и 6). Данные фазовые портреты получены в результате математического моделирования и предназначены для сравнения характеристик заявленного и известного устройств.Figure 3-6 shows the phase portraits of the spacecraft control system when using the claimed device (figure 3 and 5) and the known device (figure 4 and 6). These phase portraits are obtained as a result of mathematical modeling and are intended to compare the characteristics of the claimed and known devices.

В релейном регуляторе ШСПО 12, первое сравнивающее устройство 1, первый усилитель-ограничитель 2, первый сумматор 3, интегратор 4, второе сравнивающее устройство 7, сумматор 10, трехпозиционный релейный элемент 5, ФРСЗВ 6 соединены последовательно. Выход интегратора 4 соединен с инвертирующим входом первого сравнивающего устройства 1. Выход трехпозиционного релейного элемента 5 соединен со вторым инвертирующим входом первого сумматора 3, третий неинвертирующий вход которого подключен к ШССИПО 13, и с входом умножителя 11. Выход второго сравнивающего устройства 7 соединен через второй усилитель-ограничитель 8 с входом интегратора с ограничением 9, подключенного своим выходом к инвертирующему входу второго сравнивающего устройства 7. Выход второго усилителя-ограничителя 8 соединен с вторым входом второго сумматора 10. Выход ФРСЗВ 6 является источником управляющего воздействия My (см. фиг.1) на объект управления 15. ШСПО 12 и ШССИПО 13 являются источниками входных сигналов релейного регулятора, характеризующих выходные фазовые координаты объекта управления 15.In the relay controller ShSPO 12, the first comparator 1, the first amplifier-limiter 2, the first adder 3, the integrator 4, the second comparator 7, adder 10, the three-position relay element 5, FRSV 6 are connected in series. The output of the integrator 4 is connected to the inverting input of the first comparison device 1. The output of the three-position relay element 5 is connected to the second inverting input of the first adder 3, the third non-inverting input of which is connected to the SHCCIPO 13, and to the input of the multiplier 11. The output of the second comparative device 7 is connected through the second amplifier -limiter 8 with an integrator input with a restriction of 9, connected by its output to the inverting input of the second comparison device 7. The output of the second amplifier-limiter 8 is connected to the second input of the second adder 10. The output of the FRSZV 6 is the source of the control action My (see Fig. 1) on the control object 15. ShSPO 12 and ShSSIPO 13 are the input signals of the relay controller characterizing the output phase coordinates of the control object 15.

Рассмотрим работу релейного регулятора на примере управления ориентацией космического аппарата (объект управления 15). Пусть на входы (ШСПО 12) релейного регулятора поступают сигнал Х углового (позиционного) отклонения космического аппарата и сигнал Y (ШССИПО 13) скорости изменения углового отклонения (угловой скорости). Задача релейного регулятора - так формировать сигнал My (выходной сигнал ФРСЗВ 6 релейного сигнала с запаздыванием), чтобы свести сигналы Х и Y в область устойчивого состояния A⇒X∈(-h,+h), Y∈(-Y0,+Y0), где значения ± h определяют зону нечувствительности релейного регулятора, значения ±Y0 определяют допустимые значения угловой скорости в установившемся состоянии (зону нечувствительности релейного регулятора по угловой скорости) - упомянутые параметры показаны на фиг.2.Consider the operation of the relay controller on the example of controlling the orientation of the spacecraft (control object 15). Let the signal X of the angular (positional) deviation of the spacecraft and the signal Y (SHSSIPO 13) of the rate of change of the angular deviation (angular velocity) be received at the inputs (SHSPO 12) of the relay controller. The task of the relay controller is to form the signal My (the output signal of the FRPCS 6 of the relay signal with delay) in order to reduce the signals X and Y to the steady state region A⇒X∈ (-h, + h), Y∈ (-Y 0 , + Y 0 ), where the values of ± h determine the dead zone of the relay controller, the values of ± Y 0 determine the permissible values of the angular velocity in the steady state (dead zone of the relay controller according to the angular velocity) - the mentioned parameters are shown in figure 2.

Релейный регулятор в системе управления описывается следующим образомThe relay controller in the control system is described as follows

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где My, Mв - управляющий и возмущающий моменты соответственно. where My, Mв are controlling and disturbing moments, respectively.

Далее по тексту: Ui - переменные состояния релейного регулятора (выходные сигналы функциональных блоков с соответствующими позиционными обозначениями).Further in the text: U i - state variables of the relay controller (output signals of functional blocks with corresponding positional designations).

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где Uim - фиксированные (в роли параметров) значения переменных Ui (m - любой индекс). Здесь и далее по тексту: Ki - коэффициенты передачи переменных Ui.where U i m are fixed (in the role of parameters) values of the variables U i (m is any index). Hereinafter: K i - transmission coefficients of variables U i .

В частности, U2+ и U2- - значения уровней усилителя-ограничителя 2. Указанные значения определяют положения линий выключений L3 и L3- на фазовом портрете (фиг.2). Значение K2 определяет наклон линий выключения L2 и L2-.In particular, U 2 and U 2 + - - value amplifier-limiter level 2. These values determine the position shutdowns lines L 3 and L 3 - the phase portrait (Figure 2). The value of K 2 determines the slope of the shutdown lines L 2 and L 2 - .

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Выражение (6) связывает сигналы на входе и выходе интегратора 4 (

Figure 00000008
) - первая производная от сигнала U4.Expression (6) connects the signals at the input and output of the integrator 4 (
Figure 00000008
) is the first derivative of the signal U 4 .

Figure 00000009
Figure 00000009

Здесь и далее по тексту: h1 - значение зоны нечувствительности трехпозиционного релейного элемента 5, ±Y0 - допустимые значения угловой скорости в установившемся состоянии, τ - запаздывание на выключение ФРСЗВ 6.Hereinafter, h 1 is the deadband value of the three-position relay element 5, ± Y 0 are the admissible values of the angular velocity in the steady state, τ is the delay for switching off the FPGA 6.

Выражение (8) описывает статическую характеристику трехпозиционного релейного элемента 5 как трехпозиционного релейного элемента без гистерезиса. При практической реализации значение гистерезиса должно быть минимальным, но достаточным для обеспечения частотного режима работы исполнительных органов.Expression (8) describes the static characteristic of a three-position relay element 5 as a three-position relay element without hysteresis. In practical implementation, the value of the hysteresis should be minimal, but sufficient to ensure the frequency mode of operation of the executive bodies.

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

где U+6 и U+5 - положительные значения сигналов U6 и U5,where U + 6 and U + 5 are the positive values of the signals U 6 and U 5 ,

U-6 и U-5 - отрицательные значения сигналов U6 и U5,U - 6 and U - 5 - negative values of the signals U 6 and U 5 ,

Ф(τ)⇒t6=t5+τ - означает преобразование релейного сигнала U5 длительности t5 в релейный сигнал U6 длительности t6.Ф (τ) ⇒t 6 = t 5 + τ - means the conversion of the relay signal U 5 of duration t 5 into the relay signal U 6 of duration t 6 .

Применительно к воздействию на объект управления 15 сигнал U6 является управляющим моментом My.In relation to the impact on the control object 15, the signal U 6 is the control moment My.

Законы формирования выходного сигнала My релейного регулятора, позволяющие привести в область устойчивого состояния А координат Х и Y, определяются выражениями (3-15).The laws of formation of the output signal My of the relay controller, which allow bringing the coordinates X and Y into the region of the stable state A, are determined by expressions (3-15).

Остановимся на характеристиках некоторых элементов блок-схемы. Интегратор с ограничением 9 имеет выходной сигнал U9, ограниченный величиной ±h2, значение |h2+h1|=|h| соответствует границе зоны нечувствительности релейного регулятора в установившемся состоянии системы управления. Уровни срабатывания ±h1 трехпозиционного релейного элемента 5 выбираются по абсолютному значению значительно меньше величины |±h| (пусть h1=0,1 h). Уровни ограничения второго усилителя-ограничителя 8 выбираются равными ±Y0 (соответствует допустимому значению угловой скорости в установившемся состоянии).Let us dwell on the characteristics of some elements of the flowchart. The integrator with restriction 9 has an output signal U 9 limited by the value ± h 2 , the value | h 2 + h 1 | = | h | corresponds to the boundary of the dead zone of the relay controller in the steady state of the control system. The operating levels ± h 1 of the three-position relay element 5 are selected by the absolute value significantly less than | ± h | (let h 1 = 0.1 h). The restriction levels of the second amplifier-limiter 8 are chosen equal to ± Y 0 (corresponds to the permissible value of the angular velocity in the steady state).

Рассмотрим работу релейного регулятора.Consider the operation of a relay controller.

Пусть сигнал Х увеличивается от нуля со скоростью Y>Y0 (участок a12 траектории а). В этом случаеLet the signal X increase from zero at a speed Y> Y 0 (plot a 1 -a 2 of the path a). In this case

Figure 00000017
Figure 00000017

за счет того, что сигнал U8 не превышает по абсолютному значению Y0. Происходит увеличение сигналов U2, U4, U7. При достижении сигналом U7 значения h1 включается трехпозиционный релейный элемент 5 (точка а2 траектории), формируя выходной сигнал U5, который поступает на второй инвертирующий вход первого сумматора 3, вход умножителя 11 и вход ФРСЗВ 6, выходной сигнал My которого является выходным сигналом регулятора и используется для включения исполнительных двигателей. ФРСЗВ 6 представляет собой релейный элемент с задержкой на выключение: срабатывание ФРСЗВ 6 происходит одновременно со срабатыванием трехпозиционного релейного элемента 5, а выключение - через время τ после выключения первого релейного элемента 5 (см.11-13).due to the fact that the signal U 8 does not exceed the absolute value of Y 0 . There is an increase in the signals U 2 , U 4 , U 7 . When the signal U 7 reaches the value of h 1, the three-position relay element 5 (point a 2 of the trajectory) is turned on, forming the output signal U 5 , which is fed to the second inverting input of the first adder 3, the input of the multiplier 11 and the input of the FPGA 6, the output signal My of which is the output signal of the regulator and is used to turn on the executive motors. FRSV 6 is a relay element with a delay on shutdown: the operation of the FRSV 6 occurs simultaneously with the tripping of the three-position relay element 5, and the shutdown - in time τ after the first relay element 5 is turned off (see 11-13).

Если положение изображающей точки (сигналы Х и Y) находится выше линии S (граница «скользящего режима» [4]) - участки а2-s1, a6-s2, то трехпозиционный релейный элемент 5 включен непрерывно. При попадании в область скользящего режима (участки s13 и далее, s2-a7 и далее) в контуре: первое сравнивающее устройство 1, первый усилитель-ограничитель 2, первый сумматор 3, интегратор 4, второе сравнивающее устройство 7, трехпозиционный релейный элемент 5, возникает скользящий режим, для которого характерно переключение трехпозиционного релейного элемента 5 с частотой fp, определяемой скоростью изменения сигнала Х (угловой скоростью Y). Если fp>1/τ, то выходной сигнал My регулятора непрерывен (участки s13, s2-a7). Если fp<1/τ, то выходной сигнал My регулятора - релейно-импульсный, частоты fp и длительности τ (например, участок a7-a8). Включение ФРСЗВ 6 обеспечивает приведение координат X, Y в область устойчивого состояния А (участок a8-a9-a4).If the position of the image point (signals X and Y) is above the line S (the boundary of the "sliding mode" [4]) - sections a 2 -s 1 , a 6 -s 2 , then the three-position relay element 5 is switched on continuously. When falling into the sliding mode region (sections s 1 -a 3 onwards, s 2 -a 7 onwards) in the circuit: the first comparison device 1, the first amplifier-limiter 2, the first adder 3, the integrator 4, the second comparison device 7, three-position relay element 5, a sliding mode occurs, which is characterized by the switching of the three-position relay element 5 with a frequency f p determined by the rate of change of the signal X (angular velocity Y). If f p > 1 / τ, then the output signal My of the controller is continuous (sections s 1 -a 3 , s 2 -a 7 ). If f p <1 / τ, then the output signal My of the controller is relay-pulse, frequency f p and duration τ (for example, section a 7 -a 8 ). The inclusion of the FRSZV 6 ensures that the coordinates X, Y are brought into the region of the stable state A (plot a 8 -a 9 -a 4 ).

Для сигнала Х положение линии включения L0 в первый момент соответствует границе h1 зоны нечувствительности трехпозиционного релейного элемента 5. После его включения вследствие действия сигналов отрицательной обратной связи (сигналы U5 и U11) происходит «смещение» линии включения (а также линий выключения) в направлении p+. Положение смещенных линий включений и отключения показаны пунктиром. В частности, например, выход из непрерывного режима включения происходит на смещенной линии отключения в точке а7. При выключении трехпозиционного релейного элемента 5 по мере уменьшения сигнала Х (например, участок a89) происходит смещение линий переключения в направлении p+. Смещение происходит с постоянной скоростью, если сигнал U2 ограничен значениями U2+, U2- (4) и с уменьшающейся (по абсолютному значению) скоростью, если сигнал U2 находится на линейном участке первого усилителя-ограничителя 2.For signal X, the position of the turn-on line L 0 at the first moment corresponds to the boundary h 1 of the deadband of the three-position relay element 5. After its inclusion, due to the action of negative feedback signals (signals U 5 and U 11 ), the “turn” of the turn-on line (as well as the turn-off lines) ) in the direction of p + . The position of the shifted on and off lines is indicated by a dotted line. In particular, for example, the output from the continuous on mode occurs on a biased off line at point a 7 . When you turn off the three-position relay element 5 with decreasing signal X (for example, section a 8 -a 9 ), the switching lines shift in the p + direction. The offset occurs at a constant speed if the signal U 2 is limited by the values of U 2 + , U 2 - (4) and with a decreasing (in absolute value) speed if the signal U 2 is located on a linear section of the first amplifier-limiter 2.

Выбором наклона и ограничения выходной характеристики первого усилителя-ограничителя 2 достигаются требуемые параметры линий переключения релейного регулятора, в частности коэффициент усиления усилителя-ограничителя 2 определяет наклон линий L2 и L2-, уровень его ограничения определяет положение линий L3 и L3-.By choosing the slope and limiting the output characteristic of the first amplifier-limiter 2, the required parameters of the switching lines of the relay controller are achieved, in particular, the gain of the amplifier-limiter 2 determines the slope of the lines L 2 and L 2 - , its level of limitation determines the position of the lines L 3 and L 3 - .

Далее, пусть сигнал Х увеличивается от нуля со скоростью Y<Y0 (участок а45 траектории а). В этом случае выходной сигнал U4 интегратора 4 равен сигналу X, что обеспечивается структурой контура, образованного первым сравнивающим устройством 1, первым усилителем-ограничителем 2, первым сумматором 3 и интегратором 4, а выходной сигнал U7 второго сравнивающего устройства 7 меньше h1, так как обеспечивается слежение выходного сигнала U9 интегратора с ограничением 9 за выходным сигналом U4 интегратора 4. В рассматриваемом случае трехпозиционный релейный элемент 5 выключен, что соответствует режиму установившегося состояния, для которого координаты X, Y∈А (А - область режима «установившегося» состояния: малые скорости, отклонения в пределах заданной зоны нечувствительности).Next, let the signal X increase from zero at a speed Y <Y 0 (plot a 4-a 5 of the path a). In this case, the output signal U 4 of the integrator 4 is equal to the signal X, which is provided by the structure of the circuit formed by the first comparison device 1, the first amplifier-limiter 2, the first adder 3 and the integrator 4, and the output signal U 7 of the second comparison device 7 is less than h 1 , since the output signal U 9 of the integrator is monitored with a restriction of 9 for the output signal U 4 of the integrator 4. In this case, the three-position relay element 5 is turned off, which corresponds to the steady state mode, for which X, Y∈A coordinates (A is the “steady state” mode region: low speeds, deviations within a given deadband).

Пусть, например, теперь сигнал Х увеличивается от нуля с постоянно нарастающей скоростью (участок а1011 траектории а) и в некоторый момент выполнится условие Y>Y0 (точка a11) - данный процесс возникает при действии на объект управления внешнего постоянного возмущения. Начиная с указанного момента происходит быстрое увеличение сигнала U8 до уровня Y0, в соответствии с (16) сигнал U4 начинает «опережать» сигнал U9 на величину h1. Одновременное действие сигналов U7 и U8 приводит к срабатыванию трехпозиционного релейного элемента 5 (точка b). Далее: происходит включение ФРСЗВ 6 → начинается «гашение» скорости → происходит выключение трехпозиционного релейного элемента 5 → происходит выключение ФРСЗВ 6 → далее за счет увеличения скорости происходит срабатывание трехпозиционного релейного элемента 5 и процесс повторяется. Таким образом, обеспечивается режим стабилизации скорости, значение которой близко к значению Y0.Let, for example, now the signal X increases from zero with a constantly increasing speed (section a 10 -a 11 of the path a) and at some moment the condition Y> Y 0 (point a 11 ) is fulfilled - this process occurs when an external constant is applied to the control object indignation. Starting from the indicated moment, the signal U 8 rapidly increases to the level Y 0 ; in accordance with (16), the signal U 4 starts to “outrun” the signal U 9 by the value of h 1 . The simultaneous action of signals U 7 and U 8 leads to the operation of the three-position relay element 5 (point b). Next: switching on the FRSZV 6 → starting the “quenching” of the speed → turning off the three-position relay element 5 → turning off the FRSZV 6 → then, due to the increase in speed, the three-position relay element 5 is triggered and the process is repeated. Thus, a speed stabilization mode is provided, the value of which is close to the value of Y 0 .

Значение h1 выбирают близким к значению Y0, поэтому происходит форсированное включение трехпозиционного релейного элемента 5, а затем поддержание его включения вследствие действия сигнала U4.The value of h 1 is chosen close to the value of Y 0 , therefore, the three-position relay element 5 is forcedly turned on, and then its inclusion is maintained due to the action of the signal U 4 .

Расчеты и математическое моделирование показывают, что коэффициент усиления первого усилителя-ограничителя 2 следует выбирать в пределах от 0.3 до 0.8, а коэффициент усиления второго усилителя-ограничителя 8 следует выбирать от 5 до 15.Calculations and mathematical modeling show that the gain of the first amplifier-limiter 2 should be selected in the range from 0.3 to 0.8, and the gain of the second amplifier-limiter 8 should be selected from 5 to 15.

Аналитическая оценка эффективности предлагаемого релейного регулятора крайне громоздка. Нагляднее показать эффективность с помощью сравнения фазовых портретов, полученных при математическом моделировании предлагаемого и известного релейных регуляторов. Нижеприведенные процессы моделировались при коэффициенте усиления первого усилителя-ограничителя 2, равном 0.67, и коэффициенте усиления второго усилителя-ограничителя 8, равном 10.An analytical assessment of the effectiveness of the proposed relay controller is extremely cumbersome. It is better to show the effectiveness by comparing phase portraits obtained by mathematical modeling of the proposed and well-known relay controllers. The following processes were simulated with a gain of the first limiter amplifier 2 equal to 0.67 and a gain of the second limiter amplifier 8 equal to 10.

На фиг.3 и 4 показаны процессы изменения ошибки управления Х и скорости ошибки управления Y при парировании внешнего возмущения в условиях начальных значений Х=0, Y=0 при использовании предлагаемого (фиг.3) и известного [3] (фиг.4) устройств.Figures 3 and 4 show the processes of changing the control error X and the speed of the control error Y when parrying an external disturbance in the conditions of the initial values X = 0, Y = 0 when using the proposed (Fig. 3) and known [3] (Fig. 4) devices.

Из сравнительного анализа процессов видно, что при использовании известного устройства имеется перерегулирование до уровня 0.145 при заданном установившемся значении 0.05 (заданное установившееся значение скорости соответствует уровням ограничения усилителя-ограничителя 8), т.е. перерегулирование ΔY практически достигает 200%.A comparative analysis of the processes shows that when using the known device, there is overshoot to the level of 0.145 at a given steady-state value of 0.05 (a predetermined steady-state speed value corresponds to the limiting levels of amplifier-limiter 8), i.e. overshoot ΔY almost reaches 200%.

На фиг.5 и 6 показаны процессы изменения ошибки управления Х и скорости ошибки управления Y при отработке начальной скорости Y=5 в условиях начального значения Х=0, при использовании предлагаемого (фиг.5) и известного [3] (фиг.6) устройств.Figures 5 and 6 show the processes of changing the control error X and the speed of the control error Y when working out the initial speed Y = 5 under the conditions of the initial value X = 0, using the proposed (Fig. 5) and known [3] (Fig. 6) devices.

Из сравнительного анализа процессов видно, что при использовании известного устройства система управления имеет перерегулирование ΔY примерно до уровня минус 3.0 при заданной скорости приведения в область установившегося значения минус 1.0 (заданное установившееся значение скорости приведения соответствует уровням ограничения усилителя-ограничителя 2), т.е. перерегулирование также практически достигает 200%. При начальной скорости Y=4 перерегулирование достигает значения минус 1.8.A comparative analysis of the processes shows that, when using the known device, the control system has overshoot ΔY to approximately minus 3.0 for a given rate of reduction to the steady-state region minus 1.0 (the given steady-state value of the reduction rate corresponds to the limiting levels of amplifier-limiter 2), i.e. overshoot also almost reaches 200%. At an initial speed of Y = 4, the overshoot reaches minus 1.8.

Указанный положительный эффект достигается совместным действием дополнительного сигнала (U11) отрицательной обратной связи, поступающего с выхода умножителя 11 и дополнительной компоненты (сигнал U8) в сигнале U10 на входе трехпозиционного релейного элемента 5: сигнал U8 уменьшает зону нечувствительности для сигала U7, а действие сигнала U11 увеличивает демпфирующие свойства контура отрицательной обратной связи релейного регулятора.This positive effect is achieved by the combined action of an additional signal (U 11 ) of negative feedback coming from the output of the multiplier 11 and an additional component (signal U 8 ) in the signal U 10 at the input of the three-position relay element 5: the signal U 8 reduces the deadband for the signal U 7 , and the action of the signal U 11 increases the damping properties of the negative feedback loop of the relay controller.

Предлагаемая совокупность признаков в рассмотренных авторами решениях не встречалась для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень". В качестве элементов для реализации устройства могут быть использованы стандартные элементы: усилители, интеграторы, релейные элементы, сравнивающие устройства, сумматоры.The proposed set of features in the solutions considered by the authors was not found to solve the problem and does not follow explicitly from the prior art, which allows us to conclude that the technical solution meets the criteria of "novelty" and "inventive step". As elements for implementing the device, standard elements can be used: amplifiers, integrators, relay elements, comparing devices, adders.

ЛитератураLiterature

1. SU. Авторское свидетельство 1137472, кл. G05В 11/14, 1985.1. SU. Copyright certificate 1137472, cl. G05B 11/14, 1985.

2. RU. Патент 2115150, кл. G05В 11/14, 13/02, 11/01, 1998.2. RU. Patent 2115150, CL G05B 11/14, 13/02, 11/01, 1998.

3. RU. Патент 2223528, кл. G05В 11/14, 2004 (прототип).3. RU. Patent 2223528, cl. G05B 11/14, 2004 (prototype).

4. Уткин В.И. Скользящие режимы и их применение в системах с переменной структурой. М. Наука, 1981, с.233-240.4. Utkin V.I. Sliding modes and their application in systems with variable structure. M. Science, 1981, pp. 233-240.

Claims (1)

Релейный регулятор, содержащий последовательно соединенные шину сигнала позиционного отклонения, первое сравнивающее устройство, первый усилитель-ограничитель, первый сумматор, интегратор, охваченные отрицательной обратной связью с выхода интегратора на инвертирующий вход первого сравнивающего устройства, второе сравнивающее устройство и интегратор с ограничением, выход которого соединен с инвертирующим входом второго сравнивающего устройства, а также последовательно соединенные трехпозиционный релейный элемент, и формирователь релейного сигнала с запаздыванием на выключение, вход которого подключен к выходу трехпозиционного релейного элемента и второму инвертирующему входу сумматора, третий неинвертирующий вход которого соединен с шиной сигнала скорости изменения позиционного отклонения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй сумматор, включенный последовательно между выходом второго сравнивающего устройства и входом трехпозиционного релейного элемента, второй усилитель-ограничитель и блок умножения, выход которого соединен с вторым инвертирующим входом первого сумматора, первый вход блока умножения соединен с выходом трехпозиционного релейного элемента, второй вход блока умножения соединен с выходом второго сравнивающего устройства и входом первого усилителя-ограничителя, выход которого соединен с входом интегратора с ограничением и вторым входом второго сумматора, при этом значение зоны нечувствительности трехпозиционного релейного элемента выбирают меньше или равной уровню ограничения второго усилителя-ограничителя. A relay controller containing a serially connected positional deviation signal bus, a first comparator, a first limiter amplifier, a first adder, an integrator, which are negatively coupled from the integrator output to the inverting input of the first comparator device, a second comparator and a limiting integrator whose output is connected with the inverting input of the second comparison device, as well as the three-position relay element and the driver connected in series a relay signal with a delayed shutdown, the input of which is connected to the output of the three-position relay element and the second inverting input of the adder, the third non-inverting input of which is connected to the bus signal of the rate of change of positional deviation, characterized in that it additionally introduced a second adder connected in series between the output of the second the comparator device and the input of the three-position relay element, the second limiter amplifier and the multiplication unit, the output of which is connected to the second the inverting input of the first adder, the first input of the multiplication unit is connected to the output of the three-position relay element, the second input of the multiplication unit is connected to the output of the second comparison device and the input of the first amplifier-limiter, the output of which is connected to the input of the integrator with restriction and the second input of the second adder, the value dead zones of a three-position relay element are selected less than or equal to the level of limitation of the second amplifier-limiter.
RU2008142163/09A 2008-10-23 2008-10-23 Relay regulator RU2403607C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008142163/09A RU2403607C2 (en) 2008-10-23 2008-10-23 Relay regulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008142163/09A RU2403607C2 (en) 2008-10-23 2008-10-23 Relay regulator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008142163A RU2008142163A (en) 2010-04-27
RU2403607C2 true RU2403607C2 (en) 2010-11-10

Family

ID=42672186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008142163/09A RU2403607C2 (en) 2008-10-23 2008-10-23 Relay regulator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2403607C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008142163A (en) 2010-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Robust attitude control of near space vehicles with time-varying disturbances
Orlov Finite time stability and robust control synthesis of uncertain switched systems
CN104333280A (en) Robustness adaptive control (RAC) method of direct driving motor system
CN107577146A (en) The Neural Network Adaptive Control method of servo-drive system based on friction spatial approximation
Wang et al. Robust trajectory tracking control of underactuated surface vehicles with prescribed performance
Chen et al. The control and simulation for the ADRC of USV
RU2403607C2 (en) Relay regulator
Hu et al. Study of model-free adaptive data-driven SMC algorithm
Abbasi et al. Adaptive identification of underwater glider using U-model for depth & pitch control under hydrodynamic disturbances
Tee et al. Adaptive control of a class of uncertain electrostatic microactuators
RU2459744C1 (en) Method of generating integral signal of drone gliding stabilisation and device to this end
Chen et al. Robust saturated finite-time stabilization for nonholonomic mobile robots based on visual serving feedback
Bejaoui et al. Internal model control of MIMO discrete under-actuated systems with real parametric uncertainty
Renqiang et al. Neural network sliding mode control under new reaching law and application
Tong et al. Adaptive global terminal sliding mode control for anti-warship missiles
Li et al. Ship tracking control based on linear active disturbance rejection control
Zhou et al. Continuous full-order terminal sliding mode control for a class of nonlinear systems
Wang et al. Nonlinear model predictive iterative learning control for robotic system
Liu et al. Reentry attitude fault tolerant control for rlv based on adaptive second-order nonsingular fast terminal sliding mode
Khanzadeh et al. Continuous fixed-time nonsingular terminal sliding mode control of second-order nonlinear systems with matched and mismatched disturbances
Meng et al. Adaptive output feedback control for path following of underactuated ships with uncertain dynamics
Zhang et al. Additive State Decomposition-Based Control and Guidance Subject to Singularity Phenomenon
RU2396586C1 (en) Relay regulator
Liu et al. Application of an auto-disturbance rejection controller in planar motor speed control system
Xia et al. Network-based neural adaptive sliding mode controller for the ship steering problem

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181024