RU2789893C1 - Способ управления по выходу и воздействиям системой автоматического управления - Google Patents

Способ управления по выходу и воздействиям системой автоматического управления Download PDF

Info

Publication number
RU2789893C1
RU2789893C1 RU2022125435A RU2022125435A RU2789893C1 RU 2789893 C1 RU2789893 C1 RU 2789893C1 RU 2022125435 A RU2022125435 A RU 2022125435A RU 2022125435 A RU2022125435 A RU 2022125435A RU 2789893 C1 RU2789893 C1 RU 2789893C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
control
operator
operators
Prior art date
Application number
RU2022125435A
Other languages
English (en)
Inventor
Анатолий Романович Гайдук
Николай Николаевич Прокопенко
Владислав Евгеньевич Чумаков
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2789893C1 publication Critical patent/RU2789893C1/ru

Links

Images

Abstract

Группа изобретений относится к способу управления по выходу и воздействиям системой автоматического управления. Для управления по выходу и воздействиям на вход (2) объекта управления (1) подаётся управляющее воздействие (μ), на вход (4) объекта управления (1) поступает возмущающее воздействие (f), а на выходе (3) объекта управления (1) формируется выходная управляемая переменная (y), на вход (6) исполнительного устройства (5) подается сигнал управления (u), а на выходе (7) исполнительного устройства (5), который связан со входом (2) объекта управления (1), формируется управляющее воздействие (μ), на вход (8) системы автоматического управления поступает задающее воздействие (g), а на вход (11) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), введенного в систему автоматического управления, поступает сигнал задающего воздействия (g), на вход (12) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9) со знаком минус подается выходная управляемая переменная (y) с выхода (3) объекта управления (1), при этом на выходе (10) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9) формируется сигнал управления (u), подаваемый на вход (6) исполнительного устройства (5). Обеспечиваются более высокие статические и динамические показатели, характеризующие работу САУ. 7 з.п. ф-лы, 14 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области автоматического управления и регулирования и может найти применение в различных областях науки и техники, где требуется поддержание на заданном уровне или изменение в соответствии с задающим воздействием (g) и заданной статической и динамической точностью выходной управляемой переменной (у) некоторого объекта управления (ОУ), в том числе в условиях внешних возмущающих воздействий (f) на ОУ. При этом в качестве ОУ могут выступать различные летательные аппараты и транспортные средства, сельхозоборудование и ядерные реакторы, электродвигатели и бытовые приборы, технологические агрегаты и т.п. В этой связи заявляемое устройство относится не только к классу G05, но и к другим классам МПК, которые связаны с областью использования систем автоматического регулирования (САР) и управления (САУ).
Известны созданные российскими специалистами системы автоматического управления зенитными ракетами [1-3] и космическими аппаратами [4-11], беспилотниками [12-13] и самолетами [14-18], ядерными реакторами [19-30] и транспортными средствами [31], электродвигателями [32-39] и сельскохозяйственным оборудованием [40], а также другими специальными техническими объектами [41-42]. К зарубежным патентам в области САУ конкретными объектами относятся, например, публикации [43-56].
Ближайшим прототипом заявляемого способа управления (фиг. 1) является патент US 4.442.391, 1984 г., fig. 1. Кроме этого, классическая схема известного способа управления по отклонению-прототипа неоднократно рассматривалась в научной и учебной литературе [см., например, Красовский А.А., Поспелов Г.С. Основы автоматики и технической кибернетики. М.–Л.: Госэнергоиздат, 1962. 600 с.; Теория автоматического управления. Под ред. А.В. Нетушила. Учебник для вузов. Изд. 2-е, доп. и перераб. М., «Высшая школа», 1976. 400 с. – С. 191, рис. 9.8; Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т. 1. Линейные системы-2-е изд. испр. и доп. М.: Физматлит, 2007. 312 с. – С. 161, рис. 5.1]. Система автоматического управления фиг. 1, в которой реализуется известный способ управления по отклонению-прототип, содержит объект управления 1 со входом 2, на который подаётся управляющее воздействие (µ), входом 4, на который поступает возмущающее воздействие (f), и с выходом 3, на котором формируется выходная управляемая переменная (y), исполнительное устройство 5 со входом 6, на который подается сигнал управления (u), и выходом 7, на котором формируется управляющее воздействие (µ), и который связан со входом 2 объекта управления 1, вход 8, на который поступает задающее воздействие (g).
Следует заметить, что в САУ фиг. 1 реализуется классический принцип управления-прототип, известный как «управление по отклонению» управляемой переменной (у) (температура, скорость, мощность ядерного реактора, обороты стиральной машины или турбины, высота полета самолета и т.д.) того или иного ОУ от задающего воздействия (g). Существенный недостаток САУ с управлением по отклонению-прототипом состоит в том, что эти системы характеризуются противоречием между точностью, устойчивостью и качеством переходного процесса. Так, в книге [57, с. 162] отмечается, что при использовании управления, пропорционального отклонению, «… статическая ошибка убывает с ростом передаточного коэффициента П-закона управления по отклонению (k п). Однако, начиная с k п = ς2–1, с ростом k п увеличивается степень колебательности», т.е. ухудшается устойчивость САУ. Здесь ς – коэффициент демпфирования объекта управления второго порядка.
Об этом же свойстве известного способа управления по отклонению-прототипа, который реализуется в структурной схеме фиг. 1, свидетельствует и замечание на стр. 163 этой же книги относительно интегрального управления по отклонению: «… с увеличением k и уменьшается скоростная ошибка (здесь k и – коэффициент при интегральном члене ПИ-закона управления по отклонению). Однако при этом ухудшается качество системы в переходном режиме, и с определенного k и система становится неустойчивой». При этом на стр. 165 в книге [57] подчеркивается, что «Хотя эти выводы получены на основе исследования системы управления с объектом второго порядка, есть основания считать, что они справедливы и в более общем случае». Это же свойство управления по отклонению-прототипа отмечается и в книге [58, с. 269]: «… увеличение коэффициента передачи П-регулятора (k рег) ухудшает устойчивость системы …». Заметим, что увеличение указанных выше коэффициентов передачи регуляторов всегда вызывается стремлением увеличить точность отработки САУ задающего воздействия (g) и точность подавления возмущающих воздействий (f).
Основная задача, решаемая в рамках заявляемого способа управления по выходу и воздействиям системой автоматического управления, состоит в обеспечении более высоких статических и динамических показателей, характеризующих работу САУ, и главное, в устранении указанного выше противоречия между точностью, устойчивостью и требуемыми свойствами системы автоматического управления в переходном и в установившемся режиме. Решение данной задачи, которое сформулировано в виде нового подхода к обработке сигналов при формировании управления, обоснованного математическими условия и ограничениями на операторы основных функциональных узлов САУ, носит фундаментальный характер и может оказать существенное влияние на современную теорию автоматического управления, а также способы построения конкретных автоматических регуляторов различного функционального назначения [1-56].
Поставленная задача решается тем, что в систему автоматического управления, содержащей объект управления 1 со входом 2, на который подаётся управляющее воздействие (μ), входом 4, на который поступает возмущающее воздействие (f), и с выходом 3, на котором формируется выходная управляемая переменная (y), исполнительное устройство 5 со входом 6, на который подается сигнал управления (u), и выходом 7, на котором формируется управляющее воздействие (μ), и который связан со входом 2 объекта управления 1, вход 8, на который поступает задающее воздействие (g), вводится формирователь многоканального управления по выходу и воздействиям 9 с двумя основными входами: 11, на который поступает задающее воздействие (g), и 12, на который со знаком минус подается выходная управляемая переменная (y) с выхода 3 объекта управления 1, и с выходом 10, на котором формируется сигнал управления (u), подаваемый на вход 6 исполнительного устройства 5. (В общем случае введённый формирователь многоканального управления по выходу и воздействиям 9 (ФМУВВ, фиг. 5) может иметь два дополнительных входа 13 и 14). Во всех случаях сигнал задающего воздействия (g) обрабатывается одним входным оператором Kg(p), а сигнал обратной связи по выходу (у) объекта управления 1 обрабатывается другим входным оператором Kу(p), причем эти различные операторы, вместе с собственным оператором R(p) ФМУВВ, технически реализуются одним блоком – формирователем многоканального управления по выходу и воздействиям 9. Этим же блоком реализуются и входные операторы Kfф(p), Kuф(p) по дополнительным входам 13 и 14 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, которые он имеет в указанных ниже частных случаях (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4).
На чертеже фиг. 1 представлена функциональная схема системы автоматического управления, реализующей классический способ управления по отклонению-прототип, где обозначено: Σ – устройство сравнения выходной переменной (y) объекта управления 1 с задающим воздействием (g); ε – отклонение; μ – управляющее воздействие на объект управления 1, ИУ – исполнительное устройство 5, формирующее управляющее воздействие μ.
На чертеже фиг. 2 показана функциональная схема системы автоматического управления, реализующей частный случай № 1 заявляемого способа управления по выходу и воздействиям, в соответствии с п. 1 формулы изобретения (здесь возмущающее воздействие f и сигнал управления u не поступают на дополнительные входы 13 и 14 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, как это предусмотрено на чертеже фиг. 5 и п.7 формулы изобретения).
На чертеже фиг. 3 приведена функциональная схема системы автоматического управления, реализующей частный случай № 2 заявляемого способа управления по выходу и воздействиям, в соответствии с п. 3 формулы изобретения (здесь возмущающее воздействие f поступает на первый 13 дополнительный вход формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9).
На чертеже фиг. 4 представлена функциональная схема системы автоматического управления, реализующей частный случай № 3 заявляемого способа управления по выходу и воздействиям, в соответствии с п. 5 формулы изобретения (здесь сигнал управления u поступает на второй 14 дополнительный вход формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, а возмущающее воздействие f не поступает на его первый 13 дополнительный вход).
На чертеже фиг. 5 показана функциональная схема системы автоматического управления, реализующей наиболее общий частный случай № 4 заявляемого способа управления по выходу и воздействиям, соответствующего п. 7 формулы изобретения (здесь возмущающее воздействие f и сигнал управления u поступают на первый 13 и второй 14 дополнительные входы формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, соответственно).
Далее, в качестве примера на чертежах фиг. 6 – фиг. 14 приведены результаты компьютерного моделирования в среде MATLAB системы управления тангажем тяжелого самолета, соответствующей чертежу фиг. 2. В приложении 1 даётся строгий математический вывод основных расчетных соотношений, позволяющих определить параметры формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9 на основе заданных уравнений объекта управления (1) и исполнительного устройства (5), а также требований к качеству синтезируемой САУ в переходном и в установившемся режиме.
Процедура синтеза этой системы, основанная на частном случае № 1 заявляемого способа управления по выходу и воздействиям, изложена в Приложении 2 к настоящей заявке.
На чертеже фиг. 6 приведен переходный процесс синтезированной САУ при единичной ступенчатой функции g(t) = 1(t) задающего воздействия.
На чертеже фиг. 7 представлен график переходного процесса синтезированной САУ при задающем воздействии g(t) = 0,25 + 0,5t.
На чертеже фиг. 8 показан график переходного процесса синтезированной САУ при задающем воздействии g(t) = 2 + 0,2 t +0,2 t 2.
На чертеже фиг. 9 приведен график переходного процесса синтезированной САУ при задающем воздействии
Figure 00000001
На чертеже фиг. 10 представлен график переходного процесса синтезированной САУ при возмущающем воздействии f(t) = 1(t).
На чертеже фиг. 11 показан график переходного процесса синтезированной САУ при возмущающем воздействии f(t) = 0,25 + 0,5 t.
На чертеже фиг. 12 представлен график переходного процесса синтезированной САУ при возмущающем воздействии f(t) = 0,25 + 0,2 t + 0,2 t 2.
На чертеже фиг. 13 приведен график переходного процесса синтезированной САУ при синусоидальном возмущающем воздействии f(t) = 0,5sin(1,4 t + 0,2), график которого показан на чертеже фиг. 14.
Система автоматического управления, реализующая частный случай №1 заявляемого способа управления по выходу и воздействиям (фиг. 2), содержит объект управления 1 со входом 2, на который подаётся управляющее воздействие (µ), входом 4, на который поступает возмущающее воздействие (f), и с выходом 3, на котором формируется выходная управляемая переменная (y), исполнительное устройство 5 со входом 6, на который подается сигнал управления (u), и выходом 7, на котором формируется управляющее воздействие (µ), и который связан со входом 2 объекта управления 1, вход 8, на который поступает задающее воздействие (g). В структуру этой САУ в соответствии с заявляемым способом управления по выходу и воздействиям введен формирователь многоканального управления по выходу и воздействиям 9 со входом 11, на который поступает сигнал задающего воздействия (g), со входом 12, на который со знаком минус подается выходная управляемая переменная (y) с выхода (3) объекта управления 1, и с выходом 10, на котором формируется сигнал управления (u), подаваемый на вход 6 исполнительного устройства 5, причем сигнал задающего воздействия (g) обрабатывается одним входным оператором Kg(p), а сигнал обратной связи по выходу (у) объекта управления 1 обрабатывается другим входным оператором Kу(p), причем эти различные операторы технически реализуются одним введенным блоком – формирователем многоканального управления по выходу и воздействиям 9.
На чертеже фиг. 2, в соответствии с п. 2 формулы изобретения, формирователь многоканального управления по выходу и воздействиям 9, исполнительное устройство 5 и объект управления 1, описываются уравнениями
R(p)u = Kg(p)g – Ky(p)y, M(p)μ = Kиу(p)u, A(p)y = Kμ(p)μ + Kf(p)f,
и реализуют следующие операторы:
Dg(p) = Kg(p)Kиу(p)Kμ(p),
Df(p) = R(p)M(p)Kf(p),
D(p) = R(p)M(p)A(p) + Ky(p)Kиу(p)Kμ(p),
где Dg(p) и Df(p) – входные операторы системы автоматического управления по задающему воздействию (g) и по возмущающему воздействию (f), соответственно; D(p) – собственный оператор системы автоматического управления, причем вышеназванные операторы Dg(p), Df(p) и D(p) являются полиномами некоторых степеней от оператора р дифференцирования по времени (p = d /dt) с вещественными коэффициентами;
Figure 00000002
– входной оператор по входу 11 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, на который подаётся сигнал задающего воздействия (g), причем
Figure 00000003
, при
Figure 00000004
;
Kиу(p) – входной оператор по входу 6 исполнительного устройства 5, на который подается сигнал управления (u) с выхода 10 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, причем
Figure 00000005
, при
Figure 00000006
≠ 0;
Kμ(p) – входной оператор по входу 2 объекта управления 1, на который подается управляющее воздействие (µ) с выхода 7 исполнительного устройства 5, причем
Figure 00000007
, при
Figure 00000008
;
R(p) – собственный оператор формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, который определяется выражением
Figure 00000009
, при
Figure 00000010
;
M(p) – собственный оператор исполнительного устройства 5, причем
Figure 00000011
, при
Figure 00000012
;
Kf(p) – входной оператор по входу 4 объекта управления 1, на который поступает возмущающее воздействие (f), причем
Figure 00000013
, при
Figure 00000014
;
A(p) – собственный оператор объекта управления 1, причем
Figure 00000015
, при
Figure 00000016
;
Ky(p) – входной оператор по входу 12 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, на который подаётся со знаком минус выходная управляемая переменная (y) с выхода 3 объекта управления 1
Figure 00000017
, при
Figure 00000018
;
кроме этого входные операторы Dg(p) и Df(p) и собственный оператор D(p) системы автоматического управления определяются уравнениями
Figure 00000019
, при
Figure 00000020
,
Figure 00000021
, при
Figure 00000022
,
Figure 00000023
, при
Figure 00000024
,
причем:
Figure 00000025
,
Figure 00000026
,
Figure 00000027
,
Figure 00000028
,
Figure 00000029
– численные, вещественные коэффициенты или нули; r g, r y, m иу, m µ, m f, n g, n f – целые положительные числа или нули; r, n иу, n, n с – целые положительные числа; при этом полиномиальные операторы А(р), Kμ(p),
Figure 00000030
, M(p), Kиу(p) определяются заданными математическими моделями (дифференциальными уравнениями) в операторной форме объекта управления 1 и исполнительного устройства 5, полиномиальный оператор D(p) и часть нулей полиномиальных операторов R(p), Dg(p), Df(p) назначаются, исходя из требований к устойчивости, динамике и точности системы автоматического управления в переходном и в установившемся режимах, а полиномиальные операторы R(p), Dg(p), Kg(p), Ky(p) доопределяются в процессе выбора порядка и параметров конкретной системы автоматического управления.
На чертеже фиг. 3, в соответствии с п. 3 формулы изобретения, формирователь многоканального управления по выходу и воздействиям 9 имеет первый дополнительный вход 13, на который подается сигнал, пропорциональный возмущающему воздействию (f), причем каждый из сигналов задающего воздействия (g), обратной связи по выходу объекта управления (y) и сигнал по возмущающему воздействию (f) обрабатываются в формирователе многоканального управления по выходу и воздействиям 9 отдельными операторами Kg(p), Ky(p) и Kuф(p), соответственно, причем все эти отдельные операторы технически реализуются одним функциональным блоком – формирователем многоканального управления по выходу и воздействиям 9.
Кроме этого на чертеже фиг. 3, в соответствии с п. 4 формулы изобретения, формирователь многоканального управления по выходу и воздействиям 9, исполнительное устройство 5 и объект управления 1, описываются уравнениями
R(p)u = Kg(p)g – Ky(p)y + Kfф(p)f,
M(p)μ = Kиу(p)u, A(p)y = Kμ(p)μ + Kf(p)f,
и реализуют следующие операторы:
Dg(p) = Kg(p)Kиу(p)Kμ(p),
Df(p) = R(p)M(p)Kf(p) + Kfф(p)Kиу(p)Kμ(p),
D(p) = R(p)M(p)A(p) + Ky(p)Kиу(p)Kμ(p),
где Dg(p) и Df(p) – входные операторы системы автоматического управления по задающему воздействию (g) и по возмущающему воздействию f, соответственно; D(p) – собственный оператор системы автоматического управления, причем вышеназванные операторы Dg(p), Df(p) и D(p) являются полиномами некоторых степеней от оператора р дифференцирования по времени (p = d /dt) с вещественными коэффициентами;
Figure 00000002
– входной оператор по входу 11 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, на который поступает сигнал задающего воздействия (g), причем
Figure 00000003
, при
Figure 00000004
;
Kиу(p) – входной оператор по входу 6 исполнительного устройства 5, на который подается сигнал управления (u) с выхода 10 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, причем
Figure 00000005
, при
Figure 00000006
≠ 0;
Kμ(p) – входной оператор по входу 2 объекта управления 1, на который подается управляющее воздействие (µ) с выхода 7 исполнительного устройства 5, причем
Figure 00000007
, при
Figure 00000008
;
R(p) – собственный оператор формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, который определяется выражением
Figure 00000009
, при
Figure 00000010
;
M(p) – собственный оператор исполнительного устройства 5, причем
Figure 00000011
, при
Figure 00000012
;
Kf(p) – входной оператор по входу 4 объекта управления 1, на который поступает возмущающее воздействие (f), причем
Figure 00000013
, при
Figure 00000014
;
Kfф(p) – входной оператор по входу 12 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, на который поступает сигнал возмущающего воздействия (f), причем
Figure 00000031
, при
Figure 00000032
;
A(p) – собственный оператор объекта управления 1, причем
Figure 00000015
, при
Figure 00000016
;
Ky(p) – входной оператор по входу 12 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, на который подаётся со знаком минус выходная управляемая переменная (y) с выхода 3 объекта управления 1, причем
Figure 00000017
, при
Figure 00000018
;
кроме этого входные операторы Dg(p) и Df(p) и собственный оператор D(p) системы автоматического управления определяются уравнениями
Figure 00000019
, при
Figure 00000020
,
Figure 00000021
, при
Figure 00000022
,
Figure 00000023
, при
Figure 00000024
.
причем:
Figure 00000025
,
Figure 00000026
,
Figure 00000027
,
Figure 00000028
,
Figure 00000029
– численные вещественные коэффициенты или нули; r g, r y, m иу, m µ, m f, n g, n f, r fф – целые положительные числа или нули; r, n иу, n, n с – целые положительные числа; при этом полиномиальные операторы А(р), Kμ(p),
Figure 00000030
, M(p), Kиу(p) определяются заданными математическими моделями (дифференциальными уравнениями) в операторной форме объекта управления 1 и исполнительного устройства 5, полиномиальный оператор D(p) и часть нулей полиномиальных операторов R(p), Dg(p), Df(p) назначаются, исходя из требований к устойчивости, динамике и точности системы автоматического управления в переходном и в установившемся режимах, а полиномиальные операторы R(p), Dg(p), Kg(p), Ky(p), Kfф(p) доопределяются в процессе выбора порядка и параметров конкретной системы автоматического управления.
На чертеже фиг. 4, в соответствии с п. 5 формулы изобретения, формирователь сигналов многоканального управления по выходу и воздействиям 9 имеет второй дополнительный вход 14, на который со знаком минус подается обратная связь по сигналу управления (u) с выхода 10 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, а каждый из сигналов задающего воздействия (g), обратной связи по выходу объекта управления (y) и обратной связи по управлению (u) обрабатывается в формирователе многоканального управления по выходу и воздействиям 9 отдельными операторами Kg(p), Ky(p) и Kuф(p) соответственно, причем все эти отдельные операторы технически реализуются одним функциональным блоком – формирователем многоканального управления по выходу и воздействиям 9.
Кроме этого, на чертеже фиг. 4, в соответствии с п. 5 формулы изобретения, формирователь многоканального управления по выходу и воздействиям 9, исполнительное устройство 5 и объект управления 1, описываются уравнениями
R(p)u = Kg(p)g – Ky(p)y – Kuф(p)u,
M(p)μ = Kиу(p)u, A(p)y = Kμ(p)μ + Kf(p)f,
и реализуют следующие операторы:
Dg(p) = Kg(p)Kиу(p)Kμ(p),
Df(p) = [R(p) + Kuф(p)]M(p)Kf(p),
D(p) = [R(p) + Kuф(p)]M(p)A(p) + Ky(p)Kиу(p)Kμ(p),
где Dg(p) и Df(p) – входные операторы системы автоматического управления по задающему воздействию (g) и по возмущающему воздействию f, соответственно; D(p) – собственный оператор системы автоматического управления, причем вышеназванные операторы Dg(p), Df(p) и D(p) являются полиномами некоторых степеней от оператора р дифференцирования по времени (p = d /dt) с вещественными коэффициентами;
Figure 00000002
– входной оператор по входу 11 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, на который поступает задающее воздействие (g), причем
Figure 00000003
, при
Figure 00000004
;
Kиу(p) – входной оператор по входу 6 исполнительного устройства 5, на который подается сигнал управления (u) с выхода 10 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, причем
Figure 00000005
, при
Figure 00000006
≠ 0;
Kμ(p) – входной оператор по входу 2 объекта управления 1, на который подается управляющее воздействие (µ) с выхода 7 исполнительного устройства 5, причем
Figure 00000007
, при
Figure 00000008
;
R(p) – собственный оператор формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, причем
Figure 00000009
, при
Figure 00000010
;
Kuф(p) – входной оператор по входу 14 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, на который подаётся со знаком минус сигнал управления (u), причем
Figure 00000033
, при
Figure 00000034
;
M(p) – собственный оператор исполнительного устройства 5, причем
Figure 00000011
, при
Figure 00000012
;
Kf(p) – входной оператор по входу 4 объекта управления 1, на который поступает возмущающее воздействие f, причем
Figure 00000013
, при
Figure 00000014
;
A(p) – собственный оператор объекта управления 1, причем
Figure 00000015
, при
Figure 00000016
;
Ky(p) – входной оператор по входу 12 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, на который подаётся со знаком минус выходная управляемая переменная (y) с выхода 3 объекта управления 1
Figure 00000017
, при
Figure 00000018
;
кроме этого входные операторы Dg(p) и Df(p) и собственный оператор D(p) системы автоматического управления определяются уравнениями
Figure 00000019
, при
Figure 00000020
,
Figure 00000021
, при
Figure 00000022
,
Figure 00000023
, при
Figure 00000024
.
причем:
Figure 00000025
,
Figure 00000026
,
Figure 00000027
,
Figure 00000028
,
Figure 00000029
– численные вещественные коэффициенты или нули; r g, r y, m иу, m µ, m f, n g, n f, r uф – целые положительные числа или нули; r, n иу, n, n с – целые положительные числа, при этом, как показано в Приложении 2, полиномиальные операторы А(р), Kμ(p),
Figure 00000030
, M(p), Kиу(p) определяются заданными математическими моделями (дифференциальными уравнениями) в операторной форме объекта управления 1 и исполнительного устройства 5, полиномиальный оператор D(p) и часть нулей полиномиальных операторов R(p), Dg(p), Df(p) назначаются, исходя из требований к устойчивости, динамике и точности системы автоматического управления в переходном и в установившемся режимах, а полиномиальные операторы R(p), Dg(p), Kg(p), Ky(p), Kuф(p) доопределяются в процессе выбора порядка и параметров конкретной системы автоматического управления.
В САУ, схема которой показана на чертеже фиг. 5, в соответствии с п. 7 формулы изобретения, каждый из сигналов: задающее воздействие (g), обратной связи по выходу объекта управления (y), обратной связи по управлению (u) и возмущающее воздействие (f) обрабатываются в формирователе многоканального управления по выходу и воздействиям 9 отдельными операторами Kg(p), Ky(p), Kuф(p) и Kfф(p) а также его собственным оператором R(p), причем все эти операторы технически реализуются одним функциональным блоком – формирователем многоканального управления по выходу и воздействиям 9.
В схеме САУ, показанной на чертеже фиг. 5, в соответствии с п. 8 формулы изобретения, формирователь многоканального управления по выходу и воздействиям 9, исполнительное устройство 5 и объект управления 1, описываются уравнениями
R(p)u = Kg(p)g – Ky(p)y – Kuф(p)u + Kfф(p)f,
M(p)μ = Kиу(p)u,
A(p)y = Kμ(p)μ + Kf(p)f,
и реализуют следующие операторы:
Dg(p) = Kg(p)Kиу(p)Kμ(p),
Df(p) = [R(p) + Kuф(p)]M(p)Kf(p) + Kfф(p)Kиу(p)Kμ(p),
D(p) = [R(p) + Kuф(p)]M(p)A(p) + Ky(p)Kиу(p)Kμ(p),
где Dg(p) и Df(p) – входные операторы системы автоматического управления по задающему воздействию (g) и по возмущающему воздействию (f) соответственно; D(p) – собственный оператор системы автоматического управления, причем вышеназванные операторы Dg(p), Df(p) и D(p) являются полиномами некоторых степеней от оператора р дифференцирования по времени (p = d /dt) с вещественными коэффициентами;
Figure 00000002
– входной оператор по входу 11 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, на который поступает задающее воздействие (g), причем
Figure 00000003
, при
Figure 00000004
;
Kиу(p) – входной оператор по входу 6 исполнительного устройства 5, на который подается сигнал управления (u) с выхода 10 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, причем
Figure 00000005
, при
Figure 00000006
≠ 0;
Kμ(p) – входной оператор по входу 2 объекта управления 1, на который подается управляющее воздействие (µ) с выхода 7 исполнительного устройства 5, причем
Figure 00000007
, при
Figure 00000008
;
R(p) – собственный оператор формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), причем
Figure 00000009
, при
Figure 00000010
;
Kuф(p) – входной оператор по входу 14 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, на который подаётся со знаком минус сигнал управления (u), причем
Figure 00000033
, при
Figure 00000034
;
M(p) – собственный оператор исполнительного устройства 5, причем
Figure 00000011
, при
Figure 00000012
;
Kf(p) – входной оператор по входу 4 объекта управления 1, на который поступает возмущающее воздействие f, причем
Figure 00000013
, при
Figure 00000014
;
Kfф(p) – входной оператор по входу 12 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, на который поступает сигнал возмущающего воздействия (f), причем
Figure 00000031
, при
Figure 00000032
;
A(p) – собственный оператор объекта управления 1, причем
Figure 00000015
, при
Figure 00000016
;
Ky(p) – входной оператор по входу 12 формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям 9, на который подаётся со знаком минус выходная управляемая переменная (y) с выхода 3 объекта управления 1
Figure 00000017
, при
Figure 00000018
;
кроме этого входные операторы Dg(p) и Df(p) и собственный оператор D(p) системы автоматического управления определяются уравнениями
Figure 00000019
, при
Figure 00000020
,
Figure 00000021
, при
Figure 00000022
,
Figure 00000023
, при
Figure 00000024
,
причем:
Figure 00000025
,
Figure 00000026
,
Figure 00000027
,
Figure 00000028
,
Figure 00000029
– численные вещественные коэффициенты или нули; r g, r y, m иу, m µ, m f, n g, n f, r uф, r fф – целые положительные числа или нули; r, n иу, n, n с – целые положительные числа, при этом полиномиальные операторы А(р), Kμ(p),
Figure 00000030
, M(p), Kиу(p) определяются заданными математическими моделями (дифференциальными уравнениями) в операторной форме объекта управления 1 и исполнительного устройства 5, полиномиальный оператор D(p) и часть нулей полиномиальных операторов R(p), Dg(p), Df(p) назначаются, исходя из требований к устойчивости, динамике и точности системы автоматического управления в переходном и в установившемся режимах, а полиномиальные операторы R(p), Dg(p), Kg(p), Ky(p), Kuф(p), Kfф(p) доопределяются в процессе выбора порядка и параметров конкретной системы автоматического управления.
Порядок построения конкретных САУ, реализующих заявляемый способ управления по выходу и воздействиям, и их особенности целесообразно рассмотреть на примере частного случая № 1, представленного на чертеже фиг. 2, с учетом графиков переходных процессов, представленных на чертежах фиг. 6 – фиг. 14.
По существу, в настоящей заявке на патент РФ предлагается новый способ управления по выходу и воздействиям системой автоматического управления, при котором положительный эффект достигается за счет нового подхода к обработке сигналов в основных функциональных узлах САУ. Для реализации этого нового подхода к обработке сигналов применяется (фиг. 2) формирователь многоканального управления по выходу и воздействиям 9, имеющий различные операторы по основным 10, 11 и дополнительным 13, 14 входам, а также собственный оператор. Все эти операторы, в строгом соответствии с заявляемым способом управления по выходу и воздействиям и теорией автоматического управления, определяются аналитическим методом синтеза, основные расчетные соотношения которого приведены в тексте настоящей заявки и в Приложении 1, а пример синтеза конкретной системы автоматического управления тангажем тяжелого самолета, соответствующей частному случаю № 1 изобретения, приведен в Приложении 2.
На фиг. 6 – фиг. 13 представлены результаты моделирования этой САУ, созданной с учетом способа управления по выходу и воздействиям, а также заданных требований к ней в переходном и в установившемся режиме. Из этих результатов следуют следующие выводы об её свойствах:
1. Длительность переходного процесса в САУ (фиг. 6) по задающему воздействию g не превышает 5,5 секунд, а перерегулирование не более 18%, что соответствует заданным требованиям (см. Приложение 2).
2. Ошибки САУ, судя по фиг. 7 – фиг. 13, равны нулю при степени полиномиального задающего воздействия g, равной двум, и степени полиномиальной составляющей возмущающего воздействия f, равной единице. Это свидетельствует о том, что порядок астатизма синтезированной САУ по задающему воздействию равен трем, а по возмущающему воздействию порядок астатизма равен двум, что также соответствует заданным требованиям к данной САУ (см. Приложение 2).
3. При действии синусоидальной составляющей возмущающего воздействия с частотой
Figure 00000035
рад/сек (фиг. 14) ошибка САУ, судя по графикам фиг. 13, равна нулю, что также соответствует требованиям к синтезируемой системе управления углом тангажа тяжелого самолета (см. Приложение 2).
Таким образом, рассмотренный пример САУ показывает, что заявляемый способ управления по выходу и воздействиям имеет существенные преимущества в сравнении с известным в настоящее время способом управления по отклонению [1-56] – в нём устранены противоречия между устойчивостью и требуемыми свойствами САУ в переходном и в установившемся режиме.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
САУ зенитными ракетами
1. Патент RU 2293686, 2007 г.
2. Патент RU 2302358, 2007 г.
3. Патент RU 2293686, 2007 г.
САУ космическими аппаратами
4. Патент RU 2669763, 2018 г.
5. Патент RU 2027645, 1995 г.
6. Патент RU 2104233, 1998 г.
7. Патент RU 2568527, 2015 г.
8. Патент RU 2560204, 2015 г.
9. Патент SU 1839997, 2006 г.
10. Патент RU 2104234, 1998 г.
11. Патент RU 2225811, 2004 г.
САУ беспилотными летательными аппаратами
12. Патент RU 2290346, 2006 г.
13. Патент RU 2152637, 2000 г.
Автопилоты и САУ самолетами
14. Патент RU 2325305, 2008 г.
15. Патент RU 2249540, 2005 г.
16. Патент RU 2383467, 2010 г.
17. Патент RU 2176812, 2001 г.
18. Патент RU 2325305, 2008 г.
САУ ядерными реакторами
19. Патент RU 2482558, 2013 г.
20. Патент RU 2529555, 2014 г.
21. Патент RU 2278427, 2006 г.
22. Патент RU 2565772, 2015 г.
23. Патент RU 2399969, 2010 г.
24. Патент RU 1069562, 1985 г.
25. Патент RU 2672559, 2018 г.
26. Патент RU 2470392, 2012 г.
27. Патент SU 497883, 1978 г.
28. Патент RU 2260211, 2005 г.
29. Патент RU 1596987, 1994 г.
30. Патент RU 2244350, 2005 г.
САУ транспортными средствами
31. EP 1147965, 2005 г.
САУ электродвигателями
32. Патент SU 1205953, 1986 г.
33. Патент RU 2249242, 2005 г.
34. Патент RU 2069793, 1996 г.
35. Патент RU 2098722, 1997 г.
36. Патент RU 2291474, 2007 г.
37. Патент RU 2605946, 2017 г.
38. Патент SU 1504714, 1989 г.
39. Патент RU 2417513, 2011 г.
САУ с/х машинами и оборудованием
40. Патент SU 1259969, 1986 г.
Прочие САУ
41. Патент SU 1029142, 1983.
42. Патент RU 2477919, 2013 г.
Иностранные патенты на САУ
43. Патент US 4442391, 1984 г.
44. Патент US 4338552, 1982 г.
45. Патент US 7521655, 2009 г.
46. Патент US 5822981, 1998 г.
47. Патент US 4582026, 1986 г.
48. Патент US 4098242, 1978 г.
49. Патент US 8301421, 2012 г.
50. Патент WO 2006022576.
51. Патент US 8194038, 2012 г.
52. Патент US 7364116, 2008 г.
53. Патент US 8494684, 2013 г.
54. Патентная заявка US 2005/0246133.
55. Патент CN 102679717, 2012 г.
56. Патент CN 104229092, 2014 г.
Классические монографии по теории автоматического управления
57. Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т. 1. Линейные системы, - 2-е изд. испр. и доп. М.: Физматлит, 2007. 312 с.
58. Теория автоматического управления. Под ред. А.В. Нетушила. Учебник для вузов. Изд. 2-е, доп. и перераб. М., «Высшая школа», 1976. 400 с.

Claims (127)

1. Способ управления по выходу и воздействиям системой автоматического управления, заключающийся в том, что на вход (2) объекта управления (1) подаётся управляющее воздействие (μ), на вход (4) объекта управления (1) поступает возмущающее воздействие (f), а на выходе (3) объекта управления (1) формируется выходная управляемая переменная (y), на вход (6) исполнительного устройства (5) подается сигнал управления (u), а на выходе (7) исполнительного устройства (5), который связан со входом (2) объекта управления (1), формируется управляющее воздействие (μ), на вход (8) системы автоматического управления поступает задающее воздействие (g), а на вход (11) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), введенного в систему автоматического управления, поступает сигнал задающего воздействия (g), на вход (12) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9) со знаком минус подается выходная управляемая переменная (y) с выхода (3) объекта управления (1), при этом на выходе (10) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9) формируется сигнал управления (u), подаваемый на вход (6) исполнительного устройства (5), а каждый из сигналов задающего воздействия (g) и обратной связи по выходу объекта управления (y) обрабатывается в формирователе многоканального управления по выходу и воздействиям (9) отдельными входными операторами Kg(p) и Kу(p), соответственно, вместе с его собственным оператором R(p), причем эти различные операторы технически реализуются одним блоком – формирователем многоканального управления по выходу и воздействиям (9).
2. Способ управления по выходу и воздействиям системой автоматического управления по п. 1, отличающийся тем, что формирователь многоканального управления по выходу и воздействиям (9), исполнительное устройство (5) и объект управления (1), описываются уравнениями
R(p)u = Kg(p)g – Ky(p)y, M(p)μ = Kиу(p)u и A(p)y = Kμ(p)μ + Kf(p)f,
и реализуют следующие операторы:
Dg(p) = Kg(p)Kиу(p)Kμ(p),
Df(p) = R(p)M(p)Kf(p),
D(p) = R(p)M(p)A(p) + Ky(p)Kиу(p)Kμ(p),
где Dg(p) и Df(p) – входные операторы системы автоматического управления по задающему воздействию (g) и по возмущающему воздействию (f), соответственно; D(p) – собственный оператор системы автоматического управления, причем вышеназванные операторы Dg(p), Df(p) и D(p) являются полиномами некоторых степеней от оператора р дифференцирования по времени (p = d /dt) с вещественными коэффициентами;
Kg(p) – входной оператор по входу (11) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), на который подаётся сигнал задающего воздействия (g), причем
Figure 00000036
, при
Figure 00000037
;
Kиу(p) – входной оператор по входу (6) исполнительного устройства (5), на который подается управление (u) с выхода (10) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), причем
Figure 00000038
, при
Figure 00000039
≠ 0;
Kμ(p) – входной оператор по входу (2) объекта управления (1), на который подается управляющее воздействие (µ) с выхода (7) исполнительного устройства (5), причем
Figure 00000040
, при
Figure 00000041
;
R(p) – собственный оператор формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), который определяется выражением
Figure 00000042
, при
Figure 00000043
;
M(p) – собственный оператор исполнительного устройства (5), причем
Figure 00000044
, при
Figure 00000045
;
Kf(p) – входной оператор по входу (4) объекта управления (1), на который поступает возмущающее воздействие (f), причем
Figure 00000046
, при
Figure 00000047
;
A(p) – собственный оператор объекта управления (1), причем
Figure 00000048
, при
Figure 00000049
;
Ky(p) – входной оператор по входу (12) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), на который подаётся со знаком минус выходная управляемая переменная (y) с выхода (3) объекта управления (1), причем
Figure 00000050
, при
Figure 00000051
;
кроме этого входные операторы Dg(p) и Df(p) и собственный оператор D(p) системы автоматического управления определяются уравнениями
Figure 00000052
, при
Figure 00000053
,
Figure 00000054
, при
Figure 00000055
,
Figure 00000056
, при
Figure 00000057
,
где:
Figure 00000058
,
Figure 00000059
,
Figure 00000060
,
Figure 00000061
,
Figure 00000062
– численные вещественные коэффициенты или нули; r g, r y, m иу, m µ, m f, n g, n f – целые положительные числа или нули; r, n иу, n, n с – целые положительные числа; при этом полиномиальные операторы А(р), Kμ(p),
Figure 00000063
, M(p), Kиу(p), как показано в Приложении 2, определяются заданными математическими моделями (дифференциальными уравнениями) в операторной форме объекта управления (1) и исполнительного устройства (5), полиномиальный оператор D(p) и часть нулей полиномиальных операторов R(p), Dg(p), Df(p) назначаются, исходя из требований к устойчивости, динамике и точности системы автоматического управления в переходном и в установившемся режимах, а полиномиальные операторы R(p), Dg(p), Kg(p), Ky(p) доопределяются в процессе выбора порядка и параметров конкретной системы автоматического управления.
3. Способ управления по выходу и воздействиям системой автоматического управления по п. 1, отличающийся тем, что на первый дополнительный вход (13) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9) подается сигнал, пропорциональный возмущающему воздействию (f), причем каждый из сигналов задающего воздействия (g), обратной связи по выходу объекта управления (y) и сигнал по возмущающему воздействию (f) обрабатываются в формирователе многоканального управления по выходу и воздействиям (9) отдельными операторами Kg(p), Ky(p) и Kuф(p), соответственно, вместе с его собственным оператором R(p), причем все эти отдельные операторы технически реализуются одним функциональным блоком – формирователем многоканального управления по выходу и воздействиям (9).
4. Способ управления по выходу и воздействиям системой автоматического управления по п. 1, отличающийся тем, что формирователь многоканального управления по выходу и воздействиям (9), исполнительное устройство (5) и объект управления (1), описываются уравнениями
R(p)u = Kg(p)g – Ky(p)y + Kfф(p)f, M(p)μ = Kиу(p)u, A(p)y = Kμ(p)μ + Kf(p)f,
и реализуют следующие операторы:
Dg(p) = Kg(p)Kиу(p)Kμ(p),
Df(p) = R(p)M(p)Kf(p) + Kfф(p)Kиу(p)Kμ(p),
D(p) = R(p)M(p)A(p) + Ky(p)Kиу(p)Kμ(p),
где Dg(p) и Df(p) – входные операторы системы автоматического управления по задающему воздействию (g) и по возмущающему воздействию f, соответственно; D(p) – собственный оператор системы автоматического управления, причем вышеназванные операторы Dg(p), Df(p) и D(p) являются полиномами некоторых степеней от оператора р дифференцирования по времени (p = d /dt) с вещественными коэффициентами;
Kg(p) – входной оператор по входу (11) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), на который поступает сигнал задающего воздействия (g), причем
Figure 00000036
, при
Figure 00000037
;
Kиу(p) – входной оператор по входу (6) исполнительного устройства (5), на который подается сигнал управления (u) с выхода (10) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), причем
Figure 00000038
, при
Figure 00000039
≠ 0;
Kμ(p) – входной оператор по входу (2) объекта управления (1), на который подается управляющее воздействие (µ) с выхода (7) исполнительного устройства (5), причем
Figure 00000040
, при
Figure 00000041
;
R(p) – собственный оператор формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), который определяется выражением
Figure 00000042
, при
Figure 00000043
;
M(p) – собственный оператор исполнительного устройства (5), причем
Figure 00000044
, при
Figure 00000045
;
Kf(p) – входной оператор по входу (4) объекта управления (1), на который
поступает возмущающее воздействие (f), причем
Figure 00000046
, при
Figure 00000047
;
Kfф(p) – входной оператор по входу (12) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), на который поступает сигнал возмущающего воздействия (f), причем
Figure 00000064
, при
Figure 00000065
;
A(p) – собственный оператор объекта управления (1), причем
Figure 00000048
, при
Figure 00000049
;
Ky(p) – входной оператор по входу (12) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), на который подаётся со знаком минус выходная управляемая переменная (y) с выхода (3) объекта управления (1)
Figure 00000050
, при
Figure 00000051
;
кроме этого входные операторы Dg(p) и Df(p) и собственный оператор D(p) системы автоматического управления определяются уравнениями
Figure 00000052
, при
Figure 00000053
,
Figure 00000054
, при
Figure 00000055
,
Figure 00000056
, при
Figure 00000057
.
причем:
Figure 00000058
,
Figure 00000059
,
Figure 00000060
,
Figure 00000061
,
Figure 00000062
– численные вещественные коэффициенты или нули; r g, r y, m иу, m µ, m f, n g, n f, r fф – целые положительные числа или нули; r, n иу, n, n с – целые положительные числа, при этом полиномиальные операторы А(р), Kμ(p),
Figure 00000063
, M(p), Kиу(p) определяются заданными математическими моделями (дифференциальными уравнениями) в операторной форме объекта управления (1) и исполнительного устройства (5), полиномиальный оператор D(p) и часть нулей полиномиальных операторов R(p), Dg(p), Df(p) назначаются, исходя из требований к устойчивости, динамике и точности системы автоматического управления в переходном и в установившемся режимах, а полиномиальные операторы R(p), Dg(p), Kg(p), Ky(p), Kfф(p) доопределяются в процессе выбора порядка и параметров конкретной системы автоматического управления.
5. Способ управления по выходу и воздействиям системой автоматического управления по п. 1, отличающийся тем, что на второй дополнительный вход (14) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9) со знаком минус подается обратная связь по сигналу управления (u) с выхода (10) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), а каждый из сигналов задающего воздействия (g), обратной связи по выходу объекта управления (y) и обратной связи по управлению (u) обрабатывается в формирователе многоканального управления по выходу и воздействиям (9) отдельными операторами Kg(p), Ky(p) и Kuф(p), соответственно, вместе с его собственным оператором R(p), причем все эти отдельные операторы технически реализуются одним функциональным блоком – формирователем многоканального управления по выходу и воздействиям (9).
6. Способ управления по выходу и воздействиям системой автоматического управления по п. 1, отличающийся тем, что формирователь многоканального управления по выходу и воздействиям (9), исполнительное устройство (5) и объект управления (1), описываются уравнениями
R(p)u = Kg(p)g – Ky(p)y – Kuф(p)u, M(p)μ = Kиу(p)u, A(p)y = Kμ(p)μ + Kf(p)f,
и реализуют следующие операторы:
Dg(p) = Kg(p)Kиу(p)Kμ(p),
Df(p) = [R(p) + Kuф(p)]M(p)Kf(p),
D(p) = [R(p) + Kuф(p)]M(p)A(p) + Ky(p)Kиу(p)Kμ(p),
где Dg(p) и Df(p) – входные операторы системы автоматического управления по задающему воздействию (g) и по возмущающему воздействию f, соответственно; D(p) – собственный оператор системы автоматического управления, причем вышеназванные операторы Dg(p), Df(p) и D(p) являются полиномами некоторых степеней от оператора р дифференцирования по времени (p = d /dt) с вещественными коэффициентами;
Kg(p) – входной оператор по входу (11) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), на который поступает задающее воздействие (g), причем
Figure 00000036
, при
Figure 00000037
;
Kиу(p) – входной оператор по входу (6) исполнительного устройства (5), на который подается сигнал управления (u) с выхода (10) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), причем
Figure 00000038
, при
Figure 00000039
≠ 0;
Kμ(p) – входной оператор по входу (2) объекта управления (1), на который подается управляющее воздействие (µ) с выхода (7) исполнительного устройства (5), причем
Figure 00000040
, при
Figure 00000041
;
R(p) – собственный оператор формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), причем
Figure 00000042
, при
Figure 00000043
;
Kuф(p) – входной оператор по входу (14) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), на который подаётся со знаком минус сигнал управления (u), причем
Figure 00000066
, при
Figure 00000067
;
M(p) – собственный оператор исполнительного устройства (5), причем
Figure 00000044
, при
Figure 00000045
;
Kf(p) – входной оператор по входу (4) объекта управления (1), на который поступает возмущающее воздействие f, причем
Figure 00000046
, при
Figure 00000047
;
A(p) – собственный оператор объекта управления (1), причем
Figure 00000048
, при
Figure 00000049
;
Ky(p) – входной оператор по входу (12) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), на который подаётся со знаком минус выходная управляемая переменная (y) с выхода (3) объекта управления (1)
Figure 00000050
, при
Figure 00000051
;
кроме этого входные операторы Dg(p) и Df(p) и собственный оператор D(p) системы автоматического управления определяются уравнениями
Figure 00000052
, при
Figure 00000053
,
Figure 00000054
, при
Figure 00000055
,
Figure 00000056
, при
Figure 00000057
.
причем:
Figure 00000058
,
Figure 00000059
,
Figure 00000060
,
Figure 00000061
,
Figure 00000062
– численные вещественные коэффициенты или нули; r g, r y, m иу, m µ, m f, n g, n f, r uф – целые положительные числа или нули; r, n иу, n, n с – целые положительные числа, при этом полиномиальные операторы А(р), Kμ(p),
Figure 00000063
, M(p), Kиу(p) определяются заданными математическими моделями (дифференциальными уравнениями) в операторной форме объекта управления (1) и исполнительного устройства (5), полиномиальный оператор D(p) и часть нулей полиномиальных операторов R(p), Dg(p), Df(p) назначаются, исходя из требований к устойчивости, динамике и точности системы автоматического управления в переходном и в установившемся режимах, а полиномиальные операторы R(p), Dg(p), Kg(p), Ky(p), Kuф(p) доопределяются в процессе выбора порядка и параметров конкретной системы автоматического управления.
7. Способ управления по выходу и воздействиям системой автоматического управления по п. 1, или 3, или 5, отличающийся тем, что каждый из сигналов задающего воздействия (g), обратной связи по выходу объекта управления (y), обратной связи по управлению (u) и по возмущающему воздействию (f) обрабатывается в формирователе многоканального управления по выходу и воздействиям (9) отдельными операторами Kg(p), Ky(p), Kuф(p) и Kfф(p), соответственно, вместе с его собственным оператором R(p), причем все эти отдельные операторы технически реализуются одним функциональным блоком – формирователем многоканального управления по выходу и воздействиям (9).
8. Способ управления по выходу и воздействиям системой автоматического управления по п. 1, или 3, или 5, отличающийся тем, что формирователь многоканального управления по выходу и воздействиям (9), исполнительное устройство (5) и объект управления (1), описываются уравнениями
R(p)u = Kg(p)g – Ky(p)y – Kuф(p)u + Kfф(p)f, M(p)μ = Kиу(p)u,
A(p)y = Kμ(p)μ + Kf(p)f,
и реализуют следующие операторы:
Dg(p) = Kg(p)Kиу(p)Kμ(p),
Df(p) = [R(p) + Kuф(p)]M(p)Kf(p) + Kfф(p)Kиу(p)Kμ(p),
D(p) = [R(p) + Kuф(p)]M(p)A(p) + Ky(p)Kиу(p)Kμ(p),
где Dg(p) и Df(p) – входные операторы системы автоматического управления по задающему воздействию (g) и по возмущающему воздействию (f) соответственно; D(p) – собственный оператор системы автоматического управления, причем вышеназванные операторы Dg(p), Df(p) и D(p) являются полиномами некоторых степеней от оператора р дифференцирования по времени (p = d /dt) с вещественными коэффициентами;
Kg(p) – входной оператор по входу (11) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), на который поступает задающее воздействие (g), причем
Figure 00000036
, при
Figure 00000037
;
Kиу(p) – входной оператор по входу (6) исполнительного устройства (5), на который подается сигнал управления (u) с выхода (10) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), причем
Figure 00000038
, при
Figure 00000039
≠ 0;
Kμ(p) – входной оператор по входу (2) объекта управления (1), на который подается управляющее воздействие (µ) с выхода (7) исполнительного устройства (5), причем
Figure 00000040
, при
Figure 00000041
;
R(p) – собственный оператор формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), причем
Figure 00000042
, при
Figure 00000043
;
Kuф(p) – входной оператор по входу (14) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), на который подаётся со знаком минус сигнал управления (u), причем
Figure 00000066
, при
Figure 00000067
;
M(p) – собственный оператор исполнительного устройства (5), причем
Figure 00000044
, при
Figure 00000045
;
Kf(p) – входной оператор по входу (4) объекта управления (1), на который
поступает возмущающее воздействие f, причем
Figure 00000046
, при
Figure 00000047
;
Kfф(p) – входной оператор по входу (12) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), на который поступает сигнал возмущающего воздействия (f), причем
Figure 00000064
, при
Figure 00000065
;
A(p) – собственный оператор объекта управления (1), причем
Figure 00000048
, при
Figure 00000049
;
Ky(p) – входной оператор по входу (12) формирователя многоканального управления по выходу и воздействиям (9), на который подаётся со знаком минус выходная управляемая переменная (y) с выхода (3) объекта управления (1)
Figure 00000050
, при
Figure 00000051
;
кроме этого входные операторы Dg(p) и Df(p) и собственный оператор D(p) системы автоматического управления определяются уравнениями
Figure 00000052
, при
Figure 00000053
,
Figure 00000054
, при
Figure 00000055
,
Figure 00000056
, при
Figure 00000057
,
причем:
Figure 00000058
,
Figure 00000059
,
Figure 00000060
,
Figure 00000061
,
Figure 00000062
– численные вещественные коэффициенты или нули; r g, r y, m иу, m µ, m f, n g, n f, r uф, r fф – целые положительные числа или нули; r, n иу, n, n с – целые положительные числа, при этом полиномиальные операторы А(р), Kμ(p),
Figure 00000063
, M(p), Kиу(p) определяются заданными математическими моделями (дифференциальными уравнениями) в операторной форме объекта управления (1) и исполнительного устройства (5), полиномиальный оператор D(p) и часть нулей полиномиальных операторов R(p), Dg(p), Df(p) назначаются, исходя из требований к устойчивости, динамике и точности системы автоматического управления в переходном и в установившемся режимах, а полиномиальные операторы R(p), Dg(p), Kg(p), Ky(p), Kuф(p), Kfф(p) доопределяются в процессе выбора порядка и параметров конкретной системы автоматического управления.
RU2022125435A 2022-09-29 Способ управления по выходу и воздействиям системой автоматического управления RU2789893C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2789893C1 true RU2789893C1 (ru) 2023-02-14

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1275108C (zh) * 2001-04-20 2006-09-13 本田技研工业株式会社 设备控制系统
RU2384872C2 (ru) * 2006-11-30 2010-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие ЭКОСИ" Способ автоматической оптимальной импульсной настройки системы управления
RU2571371C2 (ru) * 2014-04-29 2015-12-20 Сергей Иванович Малафеев Регулирующее устройство
US20180321662A1 (en) * 2017-05-01 2018-11-08 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Open architecture industrial control system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1275108C (zh) * 2001-04-20 2006-09-13 本田技研工业株式会社 设备控制系统
RU2384872C2 (ru) * 2006-11-30 2010-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие ЭКОСИ" Способ автоматической оптимальной импульсной настройки системы управления
RU2571371C2 (ru) * 2014-04-29 2015-12-20 Сергей Иванович Малафеев Регулирующее устройство
US20180321662A1 (en) * 2017-05-01 2018-11-08 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Open architecture industrial control system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
А.Р. ГАЙДУК, Синтез систем автоматического управления неустойчивыми многомерными объектами Научный вестник НГТУ том 66, N 1, 2017, с. 26-40. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Navarro-Tapia et al. Structured h-infinity and linear parameter varying control design for the vega launch vehicle
Wu et al. LPV-based control of systems with amplitude and rate actuator saturation constraints
RU2789893C1 (ru) Способ управления по выходу и воздействиям системой автоматического управления
Akmeliawati et al. Nonlinear energy-based control method for aircraft automatic landing systems
Wang et al. Robust multi-mode flight control design for an unmanned helicopter based on multi-loop structure
Jiang et al. Tensor product model-based gain scheduling of a missile autopilot
Hyde et al. VSTOL first flight on an H∞ control law
Ye et al. Flight envelope protection control based on reference governor method in high angle of attack maneuver
Mishra et al. Fractional order sliding mode controller for the twin rotor MIMO system
HILBERT et al. The design of a model-following control system for helicopters
Narenathreyas Fuzzy Logic Control for Aircraft Longitudinal Motion
Teimoori et al. Planar trajectory tracking controller for a small-sized helicopter considering servos and delay constraints
Portella Delgado et al. Circumventing Unstable Zero Dynamics in Input-Output Linearization of Longitudinal Flight Dynamics
Kazantsev et al. The issue of invariance and astatic control in servosystems
Keviczky et al. MIMO controller design for decoupling aircraft lateral dynamics
Hess A pilot modeling technique for handling-qualities research
Petunin Methods of Coordination and Adaptation of Automatic Control Systems for Gas Turbine Engines with Channel Selectors
Gulan et al. Real-time stabilizing MPC of a 2DOF helicopter
CN115390574B (zh) 四旋翼无人机姿态追踪控制方法、装置、设备和存储介质
Wang et al. Research on Integrated Control Method for Helicopter/Turboshaft Engine with Variable Rotor Speed Based on the Error Between Engine Required and Real Output Torque
Schirrer et al. Feedback control designs
Liu et al. Robust optimal attitude control of a laboratory helicopter without angular velocity feedback
Panteleev et al. An Airplane Stabilization Control by H-Inf Approach
Minisci et al. Multi-objective design of robust flight control systems
Oda et al. Robust CLOS Guidance and Control: Part-2: Scalar H∞ Autopilot Synthesis