RU2441265C1 - Relay controller - Google Patents

Relay controller Download PDF

Info

Publication number
RU2441265C1
RU2441265C1 RU2010125843/08A RU2010125843A RU2441265C1 RU 2441265 C1 RU2441265 C1 RU 2441265C1 RU 2010125843/08 A RU2010125843/08 A RU 2010125843/08A RU 2010125843 A RU2010125843 A RU 2010125843A RU 2441265 C1 RU2441265 C1 RU 2441265C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
relay
signal
integrator
Prior art date
Application number
RU2010125843/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010125843A (en
Inventor
Геннадий Яковлевич Леденев (RU)
Геннадий Яковлевич Леденев
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 RU2010125843/08A priority Critical patent/RU2441265C1/en
Publication of RU2010125843A publication Critical patent/RU2010125843A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2441265C1 publication Critical patent/RU2441265C1/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: relay controller comprises a (2m+1) channel, and each channel comprises the first and second comparing devices, a multiplication device, an integrator, the first and second relay elements, an integrator with a limitation, a summator, a relay signal generator with a delay for disconnection, a device to generate an optimal transfer ratio, a majority device, a circuit of module identification and a key. The relay controller provides for good functioning at any single failure in any channel and implements optimal control at the same time.
EFFECT: reliability improvement.
2 dwg

Description

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

Известен релейный регулятор [1], содержащий последовательно соединенные шину сигнала позиционного отклонения, первое сравнивающее устройство, усилитель с ограничением, сумматор, интегратор, второе сравнивающее устройство, первый релейный элемент и формирователь релейного сигнала с задержкой на выключение и последовательно соединенные второй релейный элемент и второй интегратор с ограничением, выход которого подключен к инвертирующему входу второго сравнивающего устройства.Known relay controller [1], containing a series-connected bus signal positional deviation, the first comparator device, amplifier with restriction, adder, integrator, the second comparator device, the first relay element and the shaper of the relay signal with a delay on shutdown and the second relay element and the second connected in series a limiting integrator whose output is connected to the inverting input of the second comparison device.

Недостаток этого регулятора состоит в том, что он не обеспечивает требуемого быстродействия и заданных энергозатрат (расходов рабочего тела) в переходных режимах.The disadvantage of this regulator is that it does not provide the required speed and predetermined energy costs (flow of the working fluid) in transient conditions.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является релейный регулятор [2], содержащий устройство формирования оптимального коэффициента передачи и последовательно соединенные шину сигнала позиционного отклонения, первое сравнивающее устройство, устройство умножения, сумматор, интегратор, второе сравнивающее устройство, первый релейный элемент и формирователь релейного сигнала с задержкой на выключение, и последовательно соединенные второй релейный элемент и интегратор с ограничением, выход которого подключен к инвертирующему входу второго сравнивающего устройства, выход которого соединен с входом второго релейного элемента, при этом выход интегратора соединен с инвертирующим входом первого сравнивающего устройства и первым входом устройства формирования оптимального коэффициента передачи, второй вход которого соединен с шиной сигнала скорости изменения позиционного отклонения и вторым неинвертирующим входом сумматора, а выход устройства формирования оптимального коэффициента передачи соединен со вторым входом устройства умножения,The closest technical solution to the proposed one is a relay controller [2], comprising a device for generating an optimal transmission coefficient and a serially connected positional deviation signal bus, a first comparison device, a multiplication device, an adder, an integrator, a second comparison device, a first relay element and a relay signal generator with delay on shutdown, and in series connected second relay element and integrator with restriction, the output of which is connected to invert the input of the second comparison device, the output of which is connected to the input of the second relay element, while the output of the integrator is connected to the inverting input of the first comparison device and the first input of the device for generating the optimal transmission coefficient, the second input of which is connected to the bus signal of the rate of change of positional deviation and the second non-inverting input the adder, and the output of the device for generating the optimal transmission coefficient is connected to the second input of the multiplication device,

Недостаток этого устройства состоит в том, что оно не обеспечивает заданной надежности функционирования, так как при любом единичном отказе это устройство перестает выполнять свои функции.The disadvantage of this device is that it does not provide the specified reliability of operation, since with any single failure this device ceases to perform its functions.

Задача изобретения - повышение надежности.The objective of the invention is to increase reliability.

Эта задача решается тем, что в релейный регулятор, содержащий устройство формирования оптимального коэффициента передачи и последовательно соединенные шину сигнала позиционного отклонения, первое сравнивающее устройство, устройство умножения, сумматор, интегратор, второе сравнивающее устройство, первый релейный элемент и формирователь релейного сигнала с задержкой на выключение, и последовательно соединенные второй релейный элемент и интегратор с ограничением, выход которого подключен к инвертирующему входу второго сравнивающего устройства, выход которого соединен с входом второго релейного элемента, при этом выход интегратора соединен с инвертирующим входом первого сравнивающего устройства и первым входом устройства формирования оптимального коэффициента передачи, второй вход которого соединен с шиной сигнала скорости изменения позиционного отклонения и вторым неинвертирующим входом сумматора, а выход устройства формирования оптимального коэффициента передачи соединен со вторым входом устройства умножения, дополнительно введены 2m (m=1,2,…) аналогичных регуляторов, каждый из которых дополнительно содержит мажоритарное устройство, ключ и схему выделения модуля, при этом выход мажоритарного устройства соединен с шиной выходного сигнала, с третьим входом устройства формирования оптимального коэффициента передачи и входом схемы выделения модуля, выход которой соединен с управляющим входом ключа, выход которого соединен с инвертирующим входом сумматора, а сигнальный вход ключа соединен с выходом первого релейного элемента, выход формирователя релейного сигнала с задержкой на выключение соединен с первым входом мажоритарного устройства и соответствующими входами мажоритарного устройства других каналов.This problem is solved by the fact that the relay controller containing the device for generating the optimal transmission coefficient and connected in series to the positional deviation signal bus, the first comparator device, the multiplication device, adder, integrator, the second comparator device, the first relay element and the relay signal shaper with a delay on shutdown , and series-connected the second relay element and the integrator with restriction, the output of which is connected to the inverting input of the second comparing device, the output of which is connected to the input of the second relay element, while the integrator output is connected to the inverting input of the first comparing device and the first input of the device for generating the optimal transmission coefficient, the second input of which is connected to the bus signal of the rate of change of positional deviation and the second non-inverting input of the adder, and the output devices for generating the optimal transmission coefficient are connected to the second input of the multiplication device, 2m (m = 1,2, ...) similar reg tracers, each of which additionally contains a majority device, a key and a module allocation circuit, while the majority device output is connected to the output signal bus, with the third input of the optimal transmission coefficient generating device and the input of the module allocation circuit, the output of which is connected to the key control input, the output which is connected to the inverting input of the adder, and the signal input of the key is connected to the output of the first relay element, the output of the shaper of the relay signal with a delay off one with the first input of the majority device and the corresponding inputs of the majority device of other channels.

На фиг.1 приведена блок - схема релейного регулятора, на фиг.2 приведены фазовые траектории системы.Figure 1 shows the block diagram of the relay controller, figure 2 shows the phase trajectories of the system.

На схеме фиг.1: 1 - первое сравнивающее устройство, 2 - устройство умножения, 3 - сумматор, 4 - интегратор, 5 - первый релейный элемент, 6 - формирователь релейного сигнала с задержкой на выключение, 7 - второе сравнивающее устройство, 8 - второй релейный элемент, 9 - интегратор с ограничением, 10 - шина сигнала позиционного отклонения, 11 - шина сигнала скорости изменения позиционного отклонения, 12 - объект управления (в состав регулятора не входит; он показан для полноты описания технического результата от применения заявленного устройства), 13 - устройство формирования оптимального коэффициента передачи, 14 - ключ, 15 - мажоритарное устройство, 16 - шина выходного сигнала, 17 - схема выделения модуля, 18 - первый канал, 19 - второй канал, 20 - (2m+1)-й канал.In the diagram of Fig. 1: 1 is the first comparison device, 2 is the multiplication device, 3 is the adder, 4 is the integrator, 5 is the first relay element, 6 is the shaper of the relay signal with a delay on shutdown, 7 is the second comparison device, 8 is the second relay element, 9 - integrator with restriction, 10 - bus signal of positional deviation, 11 - bus signal of the rate of change of positional deviation, 12 - control object (not included in the controller; it is shown for a more complete description of the technical result from the use of the claimed device), 13 - devices of an optimum transmission ratio, 14 - key 15 - majority votes device 16 - an output signal bus 17 - extracting circuit module 18 - the first channel 19 - second channel 20 - (2m + 1) th channel.

На фиг.2: L, LH, L1, L2, L3, LH1, LH2, LH3 - линии переключения, N, NH - фазовые траектории, A, a1, a0 - изображающие точки фазовой траектории.In Fig.2: L, L H , L 1 , L 2 , L 3 , L H 1 , L H 2 , L H 3 - switching lines, N, N H - phase trajectories, A, a 1 , a 0 - depicting phase trajectory points.

В релейном регуляторе (фиг.1) в каждом канале последовательно соединены шина сигнала позиционного отклонения 10, первое сравнивающее устройство 1, устройство умножения 2, сумматор 3, интегратор 4, второе сравнивающее устройство 7, первый релейный элемент 5 и формирователь релейного сигнала с задержкой на выключение 6, выход которого соединен с входом мажоритарного устройства 15 и с соответствующими входами мажоритарного устройства 15 других каналов, выход мажоритарного устройства 15 соединен с шиной выходного сигнала 16, с третьим входом устройства формирования оптимального коэффициента передачи 13 и входом схемы выделения модуля 17, выход которой соединен с входом управления ключа 14. Выход второго релейного элемента 8 соединен с входом интегратора с ограничением 9, выход которого подключен к инвертирующему входу второго сравнивающего устройства 7. Выход интегратора 4 соединен с инвертирующим входом первого сравнивающего устройства 1 и первым входом устройства формирования оптимального коэффициента передачи 13. Выход первого релейного элемента 5 соединен с сигнальным входом ключа 14, выход которого соединен с инвертирующим входом сумматора 3. Выход второго сравнивающего устройства 7 соединен с входом второго релейного элемента 8. Шина сигнала скорости изменения позиционного отклонения 11 соединена со вторым неинвертирующим входом сумматора 3 и вторым входом устройства формирования оптимального коэффициента передачи 13, выход которого соединен со вторым входом устройства умножения 2.In the relay controller (Fig. 1), in each channel, a positional deviation signal bus 10, a first comparator 1, a multiplier 2, an adder 3, an integrator 4, a second comparator 7, a first relay element 5 and a relay signal shaper with a delay of shutdown 6, the output of which is connected to the input of the majority device 15 and to the corresponding inputs of the majority device 15 of other channels, the output of the majority device 15 is connected to the output signal bus 16, with the third input of the device the formation of the optimal transmission coefficient 13 and the input of the allocation circuit of the module 17, the output of which is connected to the control input of the key 14. The output of the second relay element 8 is connected to the input of the integrator with restriction 9, the output of which is connected to the inverting input of the second comparison device 7. The output of the integrator 4 is connected with the inverting input of the first comparison device 1 and the first input of the device for generating the optimal gear ratio 13. The output of the first relay element 5 is connected to the signal input key and 14, the output of which is connected to the inverting input of the adder 3. The output of the second comparator 7 is connected to the input of the second relay element 8. The bus signal of the rate of change of positional deviation 11 is connected to the second non-inverting input of the adder 3 and the second input of the device for generating the optimal transmission coefficient 13, output which is connected to the second input of the multiplication device 2.

Рассмотрим работу релейного регулятора на примере управления ориентацией космического аппарата. Пусть на вход релейного регулятора каждого канала поступают сигнал Х (шина 10) углового (позиционного) отклонения космического аппарата и сигнал Y (шина 11) скорости изменения углового отклонения (угловой скорости). Задача релейного регулятора - так формировать выходной сигнал My (выходной сигнал мажоритарного устройства 15), чтобы свести сигналы Х и Y в область устойчивого состояния В⇒Х∈(-h, +h), Y∈(-b, b), где значения ±h определяют зону нечувствительности релейного регулятора, значения ±b определяют допустимые значения угловой скорости в установившемся состоянии (зону нечувствительности релейного регулятора по угловой скорости), см. фиг.2.Consider the operation of the relay controller on the example of controlling the orientation of the spacecraft. Let the signal X (bus 10) of the angular (positional) deviation of the spacecraft and the signal Y (bus 11) of the rate of change of the angular deviation (angular velocity) be received at the input of the relay controller of each channel. The task of the relay controller is to form the output signal M y (the output signal of the majority device 15) in order to reduce the signals X and Y to the region of the stable state B⇒X∈ (-h, + h), Y∈ (-b, b), where the values ± h determine the deadband of the relay controller, the values ± b determine the permissible values of the angular velocity in the steady state (deadband of the relay controller according to the angular velocity), see figure 2.

Релейный регулятор в системе управления описывается следующими соотношениямиThe relay controller in the control system is described by the following relationships

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где My, МB - управляющий и возмущающий моменты соответственно.where M y , M B - control and disturbing moments, respectively.

Далее по тексту: Ui (i=1, 2,…) - переменные состояния релейного регулятора (выходные сигналы функциональных блоков с позиционным обозначением i).Further in the text: U i (i = 1, 2, ...) - state variables of the relay controller (output signals of functional blocks with position designation i).

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где ε - угловое ускорение, развиваемое управляющими двигателями. Здесь и далее по тексту: Ki - коэффициенты передачи переменных Ui. Закон формирования коэффициента K2(ε) реализуется устройством формирования оптимального коэффициента передачи 13 и будет рассмотрен ниже.where ε is the angular acceleration developed by the control engines. Hereinafter: K i - transmission coefficients of variables U i . The law of formation of the coefficient K 2 (ε) is implemented by the device for generating the optimal transmission coefficient 13 and will be considered below.

Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000005
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Здесь и далее по тексту: hi, b, τ - параметры регулятора.Hereinafter: h i , b, τ are the parameters of the controller.

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

(что означает преобразование релейного сигнала U5 длительностью t5 в релейный сигнал U6 длительностью t6).(which means the conversion of the relay signal U 5 of duration t 5 to the relay signal U 6 of duration t 6 ).

Figure 00000014
Figure 00000014

где функция MU означает мажоритарный выбор значения большинства (m+1) функций U6 из возможного числа значений (2m+1).where the function M U means the majority choice of the value of most (m + 1) functions U 6 from the possible number of values (2m + 1).

Применительно к воздействию на объект управления 12 выходной сигнал мажоритарного устройства 15 [4] U15 является управляющим моментом My. Законы формирования выходного сигнала My релейного регулятора, позволяющие привести в область устойчивого состояния В координаты Х и Y, определяются выражениями (3)-(14).In relation to the impact on the control object 12, the output signal of the majority device 15 [4] U 15 is the control moment M y . The laws of the formation of the output signal M y of the relay controller, which make it possible to bring the coordinates X and Y to the region of stable state B, are determined by expressions (3) - (14).

Остановимся на характеристиках некоторых элементов блок-схемы. Интегратор с ограничением 9 имеет выходной сигнал U9, ограниченный величиной ±h2 (|h2+h1|=h соответствует зоне нечувствительности релейного регулятора). Уровень срабатывания первого релейного элемента 5±h1 выбирается значительно меньше величины ±h, что позволяет существенно снизить динамические ошибки при действии возмущающих моментов. Уровень выходного сигнала второго релейного элемента 8 выбирается равным ±b (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 ± h 2 (| h 2 + h 1 | = h corresponds to the deadband of the relay controller). The response level of the first relay element 5 ± h 1 is chosen significantly less than the value ± h, which can significantly reduce dynamic errors under the action of disturbing moments. The output signal level of the second relay element 8 is chosen equal to ± b (corresponds to the permissible value of the angular velocity in the steady state).

Рассмотрим работу релейного регулятора, предполагая вначале, что выходной сигнал устройства формирования оптимального коэффициента передачи 13 U13=K2=const. Пусть сигнал X увеличивается от нуля со скоростью Y<b. В этом случае выходной сигнал U4 интегратора 4 равен сигналу X, что обеспечивается структурой контура, образованного первым сравнивающим устройством 1, устройством умножения 2, сумматором 3 и первым интегратором 4, а выходной сигнал U7 второго сравнивающего устройства 7 равен нулю, так как выходной сигнал U8 второго релейного элемента 8 обеспечивает точное слежение выходного сигнала U9 интегратора с ограничением 9 за выходным сигналом U4 первого интегратора 4 в соответствии с равенствамиConsider the operation of the relay controller, assuming first that the output signal of the device forming the optimal transmission coefficient 13 U 13 = K 2 = const. Let the signal X increase from zero at a speed Y <b. In this case, the output signal U 4 of the integrator 4 is equal to the signal X, which is ensured by the structure of the circuit formed by the first comparing device 1, the multiplying device 2, the adder 3 and the first integrator 4, and the output signal U 7 of the second comparing device 7 is zero, since the output the signal U 8 of the second relay element 8 provides accurate tracking of the output signal U 9 of the integrator with a limit of 9 for the output signal U 4 of the first integrator 4 in accordance with the equalities

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

где U0 соответствует U7=0.where U 0 corresponds to U 7 = 0.

В рассматриваемом случае в соответствии с (16) сигнал U7=0 и первый релейный элемент 5 выключен, то есть условия (16) соответствуют режиму установившегося состояния, для которого координаты X, Y∈В.In the case under consideration, in accordance with (16), the signal U 7 = 0 and the first relay element 5 is turned off, that is, conditions (16) correspond to the steady state mode for which the coordinates are X, Y∈В.

Пусть теперь сигнал Х увеличивается от нуля со скоростью Y>b. В этом случае условия (16) не выполняются, сигнал U7≠0 и при достижении сигналом U7 значения h1 включается первый релейный элемент 5, формируя выходной сигнал U5, который поступает на вход формирователя 6 и через ключ 14 на инвертирующий вход сумматора 3. Выходной сигнал формирователя 6 подается на вход мажоритарного устройства 16, выходной сигнал My которого является выходным сигналом регулятора и используется для включения исполнительных двигателей. В исправно работающем регуляторе (исправны все каналы) включение первого релейного элемента 5 всех каналов происходит практически одновременно и можно считать, что в соответствии с (5) и (14) сигнал U14=U5. Формирователь 6 представляет собой релейный элемент с задержкой на выключение: срабатывание формирователя 6 происходит одновременно со срабатыванием первого релейного элемента 5, а выключение - через время τ после выключения первого релейного элемента 5. С момента срабатывания первого релейного элемента 5 в контуре первое сравнивающее устройство 1, устройство умножения 2, сумматор 3, интегратор 4, второе сравнивающее устройство 7, первый релейный элемент 5 возникает "скользящий режим" [3], для которого характерно переключение первого релейного элемента 5 с частотой fp, определяемой скоростью изменения сигнала Х (угловой скоростью Y). Если fp.>1/τ, то выходной сигнал My регулятора непрерывен. Если fp.<1/τ, то выходной сигнал My регулятора - релейно-импульсный, частоты fp и длительности τ. Включение формирователя 6 и мажоритарного устройства 15 обеспечивает приведение координат X, Y в область устойчивого состояния В. Выбором наклона выходной характеристики блока умножения 2 достигаются требуемые параметры линий переключения релейного регулятора, аналогичные параметрам известного решения [2].Now let the signal X increase from zero at a speed Y> b. In this case, conditions (16) are not fulfilled, the signal U 7 ≠ 0, and when the signal U 7 reaches the value h 1, the first relay element 5 is turned on, forming the output signal U 5 , which is input to the shaper 6 and through the key 14 to the inverting input of the adder 3. The output signal of the shaper 6 is fed to the input of the majority device 16, the output signal M y of which is the output signal of the controller and is used to turn on the executive motors. In a properly functioning controller (all channels are operational), the first relay element 5 of all channels is turned on almost simultaneously and we can assume that in accordance with (5) and (14) the signal is U 14 = U 5 . Shaper 6 is a relay element with a delay on shutdown: the shaper 6 is triggered simultaneously with the operation of the first relay element 5, and shutdown is in time τ after the first relay element 5 is turned off. From the moment the first relay element 5 is triggered, the first comparator 1, multiplication device 2, adder 3, integrator 4, second comparison device 7, the first relay element 5, a "sliding mode" occurs [3], which is characterized by the switching of the first relay about 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 M y of the controller is continuous. If f p . <1 / τ, then the output signal M y of the controller is relay-pulse, frequency f p and duration τ. The inclusion of the shaper 6 and the majority device 15 ensures that the X, Y coordinates are brought into the region of the stable state B. By choosing the slope of the output characteristic of the multiplication unit 2, the required parameters of the relay controller switching lines are achieved, which are similar to the parameters of the known solution [2].

Уравнения линий переключения (фиг.2) имеют вид:The equations of the switching lines (figure 2) have the form:

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Если устройство 2 имеет ограничение на уровне U+2 (U-2), то линии переключенияIf device 2 has a limit of U + 2 (U - 2 ), then the switching lines

Figure 00000019
Figure 00000019

Устройство формирования оптимального коэффициента передачи 13 [2] формирует выходной сигнал U13 в соответствии с выражениями (20)-(24)The device for generating the optimal transmission coefficient 13 [2] generates an output signal U 13 in accordance with expressions (20) - (24)

Figure 00000020
Figure 00000020

Figure 00000021
Figure 00000021

Figure 00000022
Figure 00000022

Figure 00000023
Figure 00000023

Figure 00000024
Figure 00000024

где εB - угловое ускорение от возмущающего момента МB, ε+y - угловое ускорение при включении двигателя Мy=U+=1 и ε-y - угловое ускорение при включении двигателя My=U-=-1.where ε B is the angular acceleration from the disturbing moment M B , ε + y is the angular acceleration when the engine is turned on M y = U + = 1 and ε - y is the angular acceleration when the engine is turned on M y = U - = -1.

Как следует из (20), коэффициент передачи K2(ε) определяется либо выражением |2ε/Y|, если М=1, либо равен K2, если М=0.As follows from (20), the transmission coefficient K 2 (ε) is determined either by the expression | 2ε / Y | if M = 1, or equal to K 2 if M = 0.

Рассмотрим работу релейного регулятора в этом случае. В соответствии со схемой фиг.1 выходной сигнал устройства формирования 13 U13 является переменным коэффициентом K2(ε), на который умножается сигнал первого сравнивающего устройства 1 U1. Согласно (18) линии переключения L2, LH2 и L в зависимости от положения изображающей точки будут иметь различный наклон, определяемый коэффициентом K2(ε). Если изображающая точка А при своем движении по фазовой траектории пересекает линии N (NH) (траектории оптимального движения), например, в точке a1 с координатами (X1, Y1), то в этой точке согласно (20) выходной сигнал устройства формирования оптимального коэффициента передачи 13 U13=|2ε/Y1|=K2(ε) и линия переключения L имеет наклон, определяемый коэффициентом K2(ε). А это означает, что точка a1 принадлежит линии L. Линии N и NH имеют видConsider the operation of the relay controller in this case. In accordance with the circuit of FIG. 1, the output signal of the forming device 13 U 13 is a variable coefficient K 2 (ε) by which the signal of the first comparison device 1 U 1 is multiplied. According to (18), the switching lines L 2 , L H 2 and L, depending on the position of the image point, will have a different slope determined by the coefficient K 2 (ε). If the imaging point A intersects the N (N H ) lines (optimal motion paths) during its movement along the phase path, for example, at the point a 1 with coordinates (X 1 , Y 1 ), then at this point, according to (20), the output signal of the device the formation of the optimal transmission coefficient 13 U 13 = | 2ε / Y 1 | = K 2 (ε) and the switching line L has a slope determined by the coefficient K 2 (ε). And this means that the point a 1 belongs to the line L. The lines N and N H have the form

Figure 00000025
Figure 00000025

Figure 00000026
Figure 00000026

При движении изображающей точки во втором или четвертом квадрантах включение (переключение) исполнительного двигателя будет происходить на линии N или NH [2]. При включении двигателя в точке a1 (фиг.2) сигнал U13 будет изменяться в соответствии с (20), что приводит к непрерывному включению двигателя, и изображающая точка будет двигаться по траектории N в область устойчивого состояния В. Траектория N (NH) является траекторией оптимального движения по быстродействию изображающей точки в область устойчивого состояния В. Устройство формирования оптимального коэффициента передачи 13 обеспечивает выход изображающей точки на оптимальную траекторию N (NH).When the image point moves in the second or fourth quadrants, the actuator will switch on (switch) on the line N or N H [2]. When the engine is turned on at point a 1 (Fig. 2), the signal U 13 will change in accordance with (20), which will lead to the continuous turning on of the engine, and the image point will move along trajectory N to the region of steady state B. Trajectory N (N H ) is the trajectory of the optimal movement in terms of speed of the image point to the region of steady state B. The device for generating the optimal transmission coefficient 13 provides the output of the image point to the optimal path N (N H ).

Рассмотрим работу релейного регулятора в случае отказа какого-либо элемента в одном из каналов. Для простоты будем рассматривать троированный релейный регулятор (m=1).Consider the operation of the relay controller in case of failure of any element in one of the channels. For simplicity, we consider a triple relay controller (m = 1).

Пусть, например, отказал первый релейный элемент 5 в первом канале 18 таким образом, что порог его срабатывания h1 значительно уменьшился. В этом случае при увеличении сигнала Х от нуля со скоростью Y>b увеличивается и сигнал второго сравнивающего устройства 7 U7 и при достижении сигналом U7 значения h1 включается первый релейный элемент 5 первого канала 18, формируя выходной сигнал U5, который поступает на вход формирователя 6. Выходной сигнал формирователя 6 подается на вход мажоритарного устройства 15, и так как на остальных его входах сигналы равны нулю, то выходной сигнал мажоритарного устройства 15 U15=0. В соответствии с (5) выходной сигнал ключа 14 U14=0 и выходной сигнал интегратора 4 U4 будет увеличиваться вместе с сигналом U7, что приведет к непрерывному включению первого релейного элемента 5 и формирователя релейного сигнала 6. Это состояние будет сохраняться до тех пор, пока сигнал Х не достигнет порога включения h1 первого релейного элемента 5 исправного канала 19 или 20. В этот момент включается первый релейный элемент 5 второго 19 и третьего 20 каналов, на выходах формирователей 6 этих каналов появляется сигнал U6=1 и в результате на выходе мажоритарного устройства 15 всех каналов появляется сигнал U15=1, который воздействует на объект управления 12, поступает на вход устройства формирования оптимального коэффициента передачи 13 и управляющий вход ключа 14 и открывает его. В соответствии с (5) выходной сигнал ключа 14 U14=U5 и релейный регулятор формирует управляющее воздействие My и линию переключения L согласно (18). Таким образом, формирование управляющего воздействия My на объект управления начинается в момент, когда сигнал Х достигает значения h1, т.е. в точке а фиг.2, определяемой исправным каналом. Траектория движения изображающей точки А представляет собой линию А→а→a1, фиг.2. Переключение управления произойдет в точке a1 пересечения линии переключения L и линии N (25). Далее два исправных канала формируют управляющее воздействие My, обеспечивающее движение изображающей точки по траектории N (25). Иначе говоря, при рассмотренном единичном отказе в первом канале 18 релейный регулятор обеспечивает исправное управление объектом, при этом изображающая точка А движется по оптимальной траектории А→а→a1→a0.Let, for example, the first relay element 5 in the first channel 18 fail so that the threshold of its operation h 1 is significantly reduced. In this case, when the signal X increases from zero at a speed Y> b, the signal of the second comparator device 7 U 7 also increases and when the signal U 7 reaches h 1, the first relay element 5 of the first channel 18 is turned on, forming the output signal U 5 , which is fed to the input of the shaper 6. The output signal of the shaper 6 is fed to the input of the majority device 15, and since the signals at its other inputs are equal to zero, the output signal of the majority device 15 U 15 = 0. In accordance with (5), the output signal of the switch 14 U 14 = 0 and the output signal of the integrator 4 U 4 will increase along with the signal U 7 , which will lead to the continuous switching on of the first relay element 5 and the shaper of the relay signal 6. This state will be maintained until until the signal X reaches the switching threshold h 1 of the first relay element 5 of a working channel 19 or 20. At this moment, the first relay element 5 of the second 19 and third 20 channels is turned on, the signal U 6 = 1 appears at the outputs of the shapers 6 of these channels and result on output the unitary device 15 of all channels, a signal U 15 = 1 appears, which acts on the control object 12, is fed to the input of the device for generating the optimal transmission coefficient 13 and the control input of the key 14 and opens it. In accordance with (5), the output signal of the switch is 14 U 14 = U 5 and the relay controller generates a control action M y and a switching line L according to (18). Thus, the formation of the control action M y on the control object begins at the moment when the signal X reaches the value h 1 , i.e. at point a of FIG. 2 determined by a serviceable channel. The trajectory of the image of point A represents the line A → a → a 1 , Fig.2. Switching control will occur at point a 1 the intersection of the switching line L and line N (25). Next, two serviceable channels form the control action M y , which ensures the movement of the image point along the trajectory N (25). In other words, in the case of a single failure in the first channel 18, the relay controller ensures proper control of the object, while the image point A moves along the optimal path A → a → a 1 → a 0 .

Рассмотрим другой отказ, например, отказал любой из элементов 1, 2, 3, 4 или 7 первого канала 18 таким образом, что выходной сигнал второго сравнивающего устройства 7 U7 остается меньше значения h1. В этом случае первый релейный элемент 5 первого канала 18 остается в выключенном состоянии и его выходной сигнал U5 и выходной сигнал формирователя релейного сигнала 6 U6 будут равны нулю. При увеличении сигнала Х от нуля со скоростью Y>b увеличивается и сигнал второго сравнивающего устройства 7 U7 исправных каналов 19 и 20 и при достижении сигналом U7 значения h1 включается первый релейный элемент 5 этих каналов, формируя выходной сигнал U5, который поступает на вход формирователя 6. На выходах формирователей 6 этих каналов появляется сигнал U6=1 и в результате на выходе мажоритарного устройства 15 всех каналов появляется сигнал U15=1, который воздействует на объект управления 12, поступает на вход устройства формирования оптимального коэффициента передачи 13 и управляющий вход ключа 14 и открывает его. В соответствии с (5) выходной сигнал ключа 14 U14=U5 и релейный регулятор формируют управляющее воздействие My и линию переключения L согласно (18). Дальнейшее формирование управляющего воздействия аналогично уже описанному выше. Таким образом, при рассмотренном единичном отказе в первом канале 18 релейный регулятор обеспечивает исправное управление объектом, при этом изображающая точка А движется по оптимальной траектории А→а→a1→a0.Consider another failure, for example, failure of any of the elements 1, 2, 3, 4 or 7 of the first channel 18 in such a way that the output signal of the second comparison device 7 U 7 remains less than the value of h 1 . In this case, the first relay element 5 of the first channel 18 remains in the off state and its output signal U 5 and the output signal of the driver of the relay signal 6 U 6 will be zero. When the signal X increases from zero at a speed Y> b, the signal of the second comparator device 7 U 7 of serviceable channels 19 and 20 also increases, and when signal U 7 reaches the value of h 1, the first relay element 5 of these channels is turned on, forming the output signal U 5 , which arrives the input driver 6. The outputs of these generators 6 channels appears the signal U 1 = 6 and as a result the output device 15 a majority of all channels displayed signal U 15 = 1, which acts on the control object 12 is fed to the input of the device forming the optimal first gain control input 13 and the switch 14 and opens it. In accordance with (5), the output signal of the switch 14 U 14 = U 5 and the relay controller form the control action M y and the switching line L according to (18). Further formation of the control action is similar to that already described above. Thus, with the considered single failure in the first channel 18, the relay controller ensures the proper control of the object, while the image point A moves along the optimal path A → a → a 1 → a 0 .

При других отказах в любом из каналов формирование управляющего воздействия My аналогично описанному выше процессу. Рассмотренный релейный регулятор обеспечивает исправное функционирование при любом единичном отказе.In case of other failures in any channel, the formation of the control action M y is similar to the process described above. The considered relay controller ensures proper functioning in case of any single failure.

Оценим надежность известного [2] и предлагаемого решения. Пусть надежность известного решения [2] равна p1, надежность дополнительно введенных в каждый канал предлагаемого релейного регулятора ключа 14, мажоритарного устройства 15 и схемы выделения модуля 17 равна p2, а надежность каждого канала предлагаемого решения равна p=p1p2. Надежность Рп предлагаемого решения можно оценить в видеLet us evaluate the reliability of the known [2] and proposed solution. Let the reliability of the known solution [2] be equal to p 1 , the reliability of the key 14 additionally introduced into each channel of the proposed relay controller, the majority device 15 and the allocation circuit of module 17 is p 2 , and the reliability of each channel of the proposed solution is p = p 1 p 2 . The reliability P p of the proposed solution can be estimated in the form

Figure 00000027
Figure 00000027

где С22m+1 - число сочетаний из (2m+1) по 2, Сm2m+1 - число сочетаний из (2m+1) по m.where С 2 2m + 1 is the number of combinations from (2m + 1) by 2, С m 2m + 1 is the number of combinations from (2m + 1) by m.

Пусть m=1, p1=0,9, p2=0,99 (сложность известного решения значительно превышает сложность дополнительно введенных в каждый канал трех элементов). В этом случае из (27) имеем Рп=0,967. Таким образом, надежность предлагаемого релейного регулятора Рп=0,967 выше надежности известного релейного регулятора p1=0,9.Let m = 1, p 1 = 0.9, p 2 = 0.99 (the complexity of the known solution significantly exceeds the complexity of the three elements additionally introduced into each channel). In this case, from (27) we have P n = 0.967. Thus, the reliability of the proposed relay controller P p = 0.967 is higher than the reliability of the known relay controller p 1 = 0.9.

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, элементы И, элементы ИЛИ, ключи, множительные устройства, мажоритарные устройства, схемы выделения модуля.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" Standard elements can be used as elements for the implementation of the device amplifiers, integrators, relay elements, comparing devices, adders, AND elements, OR elements, keys, multipliers, majority devices, circuits you module Elena.

ЛитератураLiterature

1. RU Патент 2223528 кл. G05В 11/14, 20041. RU Patent 2223528 cl. G05B 11/14, 2004

2. RU Патент 2385480 кл. G05В 11/14, 20102. RU Patent 2,385,480 cells. G05B 11/14, 2010

3. Уткин В.И. Скользящие режимы и их применение в системах с переменной структурой. M.: Наука, 1981 с 33-240.3. Utkin V.I. Sliding modes and their application in systems with variable structure. M .: Science, 1981 from 33-240.

4. RU Патент 2005330, Кл. Н03K 19/23.4. RU Patent 2005330, Cl. H03K 19/23.

Claims (1)

Релейный регулятор, содержащий устройство формирования оптимального коэффициента передачи и последовательно соединенные шину сигнала позиционного отклонения, первое сравнивающее устройство, устройство умножения, сумматор, интегратор, второе сравнивающее устройство, первый релейный элемент и формирователь релейного сигнала с задержкой на выключение и последовательно соединенные второй релейный элемент и интегратор с ограничением, выход которого подключен к инвертирующему входу второго сравнивающего устройства, выход которого соединен с входом второго релейного элемента, при этом выход интегратора соединен с инвертирующим входом первого сравнивающего устройства и первым входом устройства формирования оптимального коэффициента передачи, второй вход которого соединен с шиной сигнала скорости изменения позиционного отклонения и вторым неинвертирующим входом сумматора, а выход устройства формирования оптимального коэффициента передачи соединен со вторым входом устройства умножения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены 2m (m=1, 2,…) аналогичных регулятора, каждый из которых дополнительно содержит мажоритарное устройство, ключ и схему выделения модуля, при этом выход мажоритарного устройства соединен с шиной выходного сигнала, с третьим входом устройства формирования оптимального коэффициента передачи и входом схемы выделения модуля, выход которой соединен с управляющим входом ключа, выход которого соединен с инвертирующим входом сумматора, а сигнальный вход ключа соединен с выходом первого релейного элемента, выход формирователя релейного сигнала с задержкой на выключение соединен с первым входом мажоритарного устройства и соответствующими входами мажоритарного устройства других каналов. A relay controller comprising a device for generating an optimal transmission coefficient and a serially connected positional deviation signal bus, a first comparator, a multiplication device, an adder, an integrator, a second comparator, a first relay element and a relay signal driver with a delay for switching off and a second relay element connected in series and limited integrator, the output of which is connected to the inverting input of the second comparison device, the output of which is is dined with the input of the second relay element, while the integrator output is connected to the inverting input of the first comparator device and the first input of the optimal transmission coefficient generating device, the second input of which is connected to the bus signal of the rate of change of positional deviation and the second non-inverting input of the adder, and the output of the optimal coefficient generating device transmission connected to the second input of the multiplication device, characterized in that it additionally introduced 2m (m = 1, 2, ...) similar reg itinerators, each of which additionally contains a majority device, a key and a module allocation circuit, while the output of the majority device is connected to the output signal bus, with the third input of the optimal transmission coefficient generating device and the input of the module allocation circuit, the output of which is connected to the key control input, the output which is connected to the inverting input of the adder, and the signal input of the key is connected to the output of the first relay element, the output of the shaper of the relay signal with a delay to turn off the connection nen the first input device and corresponding majority majority device inputs other channels.
RU2010125843/08A 2010-06-23 2010-06-23 Relay controller RU2441265C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010125843/08A RU2441265C1 (en) 2010-06-23 2010-06-23 Relay controller

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010125843/08A RU2441265C1 (en) 2010-06-23 2010-06-23 Relay controller

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010125843A RU2010125843A (en) 2011-12-27
RU2441265C1 true RU2441265C1 (en) 2012-01-27

Family

ID=45782351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010125843/08A RU2441265C1 (en) 2010-06-23 2010-06-23 Relay controller

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2441265C1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010125843A (en) 2011-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106773679A (en) A kind of spacecraft fault tolerant control method based on angular speed observer
CN110414125B (en) Event-driven spacecraft rendezvous fault diagnosis and filter design method
CN104333280A (en) Robustness adaptive control (RAC) method of direct driving motor system
CN104133375A (en) Multi-AUV synchronous controller structure and design method
Zhong et al. Fast terminal sliding-mode control based on unknown input observer for the tracking control of underwater vehicles
RU2441265C1 (en) Relay controller
CN109752957B (en) Guidance instruction regulator structure of unmanned ship and design method
CN111590561A (en) Robustness preset performance control method for distributed mechanical arm system
Zhang et al. High-gain observer-based model predictive control for cross tracking of underactuated autonomous underwater vehicles
Mehrjerdi et al. Dynamic tracking control of mobile robot using exponential sliding mode
Kalamian et al. Design of a suboptimal controller based on Riccati equation and state-dependent impulsive observer for a Robotic manipulator
RU2447474C1 (en) Relay control
Igarashi et al. Passivity-based 3D attitude coordination: Convergence and connectivity
Chu et al. Obstacle Avoidance Trajectory Planning and Trajectory Tracking Control for Autonomous Underwater Vehicles
Zhang et al. An algorithm of the adaptive grid and fuzzy interacting multiple model
Zhang et al. Adaptive controller—Based on Nonlinear Disturbance Observer using for UUV automatic recovery system
RU2385480C1 (en) Relay regulator
RU2396586C1 (en) Relay regulator
Zhang et al. Adaptive Super-Twisting sliding mode trajectory tracking control of underactuated unmanned surface vehicles based on prescribed performance
Wang et al. Event‐triggered prescribed performance robust collision‐free capturing control for drag‐free spacecraft system
Wang et al. Nonlinear model predictive iterative learning control for robotic system
Thanh et al. Advanced Formation Control for Under-actuated Autonomous Underwater Vehicles with Uncertain Dynamics
RU2403607C2 (en) Relay regulator
Qi Coordinated control for multiple underactuated underwater vehicles with time delay in game theory frame
Tang et al. Active FTC for non-linear aircraft based on feedback linearization and robust estimation

Legal Events

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

Effective date: 20180624