SU429642A1 - Система автоматического управления многомерным нестационарным объектом1^гнл"фовд - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к автоматике и может найти применение при проектировании систем автоматического управлени  различлыми объектами с переменными параметрами .

Известны системы управлени  многомерными нестационарными объектами по сигналам оценок его фазовых координат (оценок переменных состо ний), содержащие блок управлени  - последовательное соединение усилителей и исполнительных устройств,-выходы которого подключены ко входам объекта управлени , чувствительные элементы, сумматоры , модели чувствительных элементов и модель последовательного соединени  объекта управлени  и исполнительных устройств, основные входы которой подключены к выходам усилителей блока управлени , и выходы которой соединены с первыми входами блока управлени  и через модели чувствительных элементов - с первыми входами сумматоров, вторые входы которых соединены с чувствительными элементами объекта управлени , а выходы сумматоров сравнени  соединены со вспомогательн1 ми входами модели объекта управлени . Однако, если параметры объекта управлени  неизвестны или известны неточно, диапазон изменени  качественных показателей системы управлени  нестационарным объектом, например времени переходного процесса и его колебательности , определ етс  максимальным разбросом параметров нестационарного объекта управлени  относительно параметров модели объекта управлени , причем качественные показатели системы управлени  измен ютс  вместе с изменением параметров объекта управлени . Системы автоматического управлени  нестационарными объектами по сигналам

оценок их фазовых координат (оценок переменных состо ни ) не позвол ют регулировать диапазон изменени  качественных показателей . Кроме того, при управлении нестационарными объектами п-го пор дка указанпые системы управлени  не производ т коррекцию по п-ным производным выходных фазовых координат объектов управлени .

Целью изобретени   вл етс  расширение возможностей компенсации вли ни  переменных параметров объекта управлени  на качественные показатели системы управлени  и направленного регулировани  диапазона изменени  качественных показателей системы управлени , например уменьшени  разброса

динамических характеристик, так что при изменении параметров объекта управлени  качественные показатели системы должны измен тьс  в заданных пределах. Это достигаетс  тем, что вторые выходы всех сумматоров

сигналов фазовых координат (переменных соСто ни ) объекта управлени  с выходов чувствительных элементов и соотвстствуюиигх им сигналов оценок фазовых координат объекта управлени  с выходов моделей чувствительных элементов дополнительно подключены через дополнительные инвертируютиле усилители ко вторым входам блока управлени , выходы которого соединены с основными входами модели объекта управлени . На чертеже представлена блок-схема предлагаемой системы автоматического управлени  многомерным нестационарным объектом. Задающие воздействи  Xi, Х2,..-Хк поступают на основные входы блока управлени  1, который , например, представл ет собой последовательное соединение блока суммирующих усилителей и исполнительных устройств. С выходов блока управлени  1 управл ющие воздействи  f/b Ui,...Uk поступают на входы нестационарного объекта управлени  2 и на cciiGBiiwc входы стационарной модели 3 объекта управлени , например, выполненной в виде блока интеграторов . Выходные сигналы фазовых координат УЬ У2,-Ут объекта управлени  2 измер ют с помощью чувствительных элементов 4 и подают на вторые входы сумматоров 5, например , выполненных на суммирующих усилител х . Сигналы оценок измеренных фазовых координат УЬ У2,.-Ут с выходов модели 3 объекта управлени  через модели 6 чувствительных элементов подают на вторые входы сумматоров 5. С выходов сумматоров 5 сигналы разностей Zi, Z«,...Zr:i измеренных фазовых координат УЬ Уг-.-Ут объекта управлени  2 и соответствующих им сигналов оценок УЬ У2,...Ут фазовых координат нодают на дополнительные входы модели 3 объекта управлени  дл  коррекции сигналов оценок всех фазовых координат УЬ У2,-.-У7п, У объекта управлени . Сигналы оценок всех фазовых координат УЬ У2,.-.Ут,..-Угг объекта управлени  с выходов модели 3 подают на первые входы блока управлени  1 в виде сигналов обратных св зей дл  формировани  сиг-налов управл ющих воздействий Ui, Uz,-..UtiС выходов сумматоров 5 сигналы разностей Z, ,...Zm измеренных фазовых координат УЬ У2,...Ут объекта управлени  с выходов чувствительных элементов 4 и соо1ветствующих им сигналов оценок УЬ У2.--У7п фазовых координат с выходов моделей 6 чувствительных элементов подают дополнительно через инвертирующие усилители 7 на вторые входы блока управлени  1 дл  Лопмировани  управл ющих воздействий и, /2,...f/;(. Сущность работы предлагаемой системы автоматического управлени  многомерным нестационарным объектом заключаетс  в следующем. Управл ющие воздействи  t/ь Uz,-..Uh, постунающие на управлени  2, образуют как суммы задаюии-1х воздействий Х, Xz,...Xe и сигналов оценок УЬ У2,...Ут,...Уп всех фазовых координат УЬ У2,...Угп,...Уп объекта управлени , которые усиливают в блоке управлени  (с коэффициентами обратных св зей), и сигналы разностей Zi, Z,...Zm измеренных фазовых координат УЬ У2,.. объекта управлени  и соответствующих им сигналов оценок УЬ У2,...}те фазовых координат, которые усиливают на инвертирующих усилител х {с коэффициентами адаптации). Сигналы оценок всех фазовых координат объекта получают с выходов модели 3 объекта управлени , например , стационарной, так что коэффициенты дифференциальных уравнений модели 3 объекта управлени  могут отличатьс  от коэффициентов дифференциальных уравнений объекта управлени  2. Структура получени  сигналов оценок фазовых координат такова, что подбором соответствующего усилени  интеграторами модели 3 объекта управлени  ( с коэффициентами оценок) сигналов разностей с выходов сумматоров 5, выполн ющих операции сравнени  сигналов фазовых координат с соответствующими сигналами оценок фазовых координат, можно сколь угодно точ„ „ но приблизить все сигналы оценок УЬ У2.--Ут ,...У-,г фазовых координат к соответствующим фазовым координатам УЬ У2,...Ут,-..Уп управлени , несмотр  на отличие реальных коэффициентов объекта управлени  от коэффициентов модели объекта управлени  ( при отсутствии ошибок измерени ). Сигналы оценок фазовых координат объекта управлени  завис т дво ко от сигналов разностей Z, Zz,... Zm измеренных фазовых координат объекта управлени  и соответствующих им сигналов оценок фазовых координат- непосредственно и через управл ющие воздействи  f/ь Uz,...llk. Это позвол ет, в соответствии с реализуемым таким образом принципом двухканальности , путем соответствующего усилени  сигналов разностей с выходов сумматоров по каналам коррекции выходных сигналов модели объекта управлени  и дополнительным каналам формировани  управл ющих воздействий , а также соответствующим усилением сигналов оценок со всех выходов модели объекта унравлени , получать требуемую степень независимости (инвариантность) сигналов оценок фазовых координат от сигналов разностей с сумматоров сравнени , а следоватслько , и сг переменных параметров объекта управлени . При выполнении услови  инвариантности сигналы оценок фазовых координат принимают эталонные значени , а ак как фазовые координатыобъекта управлени  близки к сигналам своих оценок, то и фазовые координаты объекта управлени  близки к эталонным значени м. Это и требуетс  в задачах управлени  с посто нным качеством . Кроме того, в р де задач требуетс  направленно измен ть в определенном диапазоне эталонный процесс (качество системы управлени ) при изменении параметров объекта , например, с целью уменьшени  дополнительных управл ющих воздействий на объект . Предлагаема  система управлени  обладает и этой возможностью, так как выбором соотношений усилений сигналов разностей по каналам коррекции оценок фазовых координат и дополнительным каналам формировани  управл ющих воздействий определ ют направленное изменение эталонного процесса и диапазон этого изменени . Предлагаема  система управлени  позвол ет корректировать управление нестационарным объектом п-то пор дка по производным выходной фазовой координаты до п-го пор дка включительно и при этом избегать дифференцировани  в  вном виде сигналов измеренных фазовых координат объекта управлени , что повышает помехозащищенность системы управлени . Она обладает определенной общностью и позвол ет путем линейных преобразований получать различные системы управлени  нестационарными объектами. Так, например , можно сделать переход, с точностью до входного компенсационного фильтра, к системе управлени  нестационарным объектом путем охвата функционально необходимых звеньев специально подобранными стационарными корректирующими устройствами. Предлагаемое подключение блока управлени  (соединение усилителей и исполнительных устройств) и модели объектд управлени  позвол ет формировать и производить отладку эталонного движени  системы на стенде, что  вл етс  особенно удобным в случае, когда не представл етс  возможным достаточно точно описать работу исполнительных устройств . Достоинством  вл етс  также невозможность ее реализации в виде набора идентичных блоков, выполненных на унифицированных аналоговых или цифровых элементах , например на интеграторах. В качестве примера рассмотрим объект управлени , описывающийс  дифференциальным уравнением первого пор дка -A(t).Y + B(t).U,(1) где У--управл ема  фазова  координата обьекта; и-входное управл ющее воздействие объекта; A(t) иВ(/)-переменныекоэффициенты объекта. Пусть У измер етс  без помех и требуетс , чтобы переходный процесс по Y не зависел от Л(1) и B(t) и был близок к некоторому э.тлои;10).:у процессу. Сигнал оценки Y фазовой координаты описывасгс  уравнением -A-Y + B-U+K -Z, где У - сигнал оценки фазовой координаты объекта; . 1 и В - коэффициенты приближенного уравнени  объекта, например, посто нные и равные соответствующим коэффициентам объекта управлени  в некоторый момент времени (расчетный режим); Ai - коэффициент оценки; Z - разность измеренного значени  У и сигнала оценки У, Z г У - F.(3) 4U;M больнее коэффициент К, тем ближе сигнал оценки У к фазовой координате объекта У. Согласно изобретению, управл ющее воздейстзке объекта определ етс  уравнением и (КХ- - лУ).- .(4) в соответствии с предлагаемой системой слагаемое введено со знаком, тротипоиолоукным знаку слагаемого KiZ в уравнспнг оценки (2). Здесь X - задающее воздействие; К - козфйициент усилени  задающего воздействи ; /С- - коэффициент адаптации; г - коэффициент обратной св зи. Коэффициенты К, К, -2, ;i. В - посто нные. С учетом (4) уравнение (2) принимает вид (y. + A)Y + . (5) При равенстве коэффициентов Ki и /Сг слагаемые с разностью Z компенсируют друг ii)yr;i, и оценки У не зависит от Z, а сле;г,(1Блтельно, и от переменности параметров ..сга унравлепи . Такюл образом, процесс изменени  У  вл : СИ талониы ;. Так как коэффициенты /Ci и Kz достаточно , то и сигнал оценки У близок к У, т. е. nciiecc изменепи  достаточно близок к этас пному тпоцсссу на всех режимах.

Уравнение эталонного процесса изменени  сигнала оценки принимает вид

dY

( + А)У + КХ.

(6)

dt

Эталонный процесс существенно зависит от величины коэффициента обратной св зи |j,. В случае неравенства коэффициента оценки К и коэффициента адаптации /С2, по вл етс  возможность направленного изменени  эталонного процесса, а следовательно, и качества системы управлени . Так, например, при по вл етс  составл юща  управлени  эталонным процессом, равна  (Ki-KZ). При коэффициенте адаптации , коэффициенте оценки , фиксированном коэффициенте обратной св зи }i const процесс изменени  координаты У равен эталонному только на расчетном режиме . При изменении параметров объекта управлени  диапазон изменени  динамических свойств системы максимален, и характер поведени  фазовой координаты У определен уравнением

,lA(t) + .Y + KX. (7) Lв в

Как правило, в задачах управлени  нестационарными объектами не требуют неизменности динамических свойств системы на всех режимах, а задают направленное изменение динамических свойств системы в определенном диапазоне, что приводит к выбору коэффициента адаптации /Сд не равным коэффициенту оценки /Сь При объекте управлени  более высокого пор дка (объект описываетс  системой дифференциальных уравнений в нормальной форме) получаем более сложную систему уравнений оценок, и эталонный процесс не может быть полностью независим от нестационарности объекта. Однако выбором соответствующих величин и соотношений коэффициентов адаптации и коэффициентов оценок и величин коэффициентов обратных св зей эту зависимость делают либо достаточно малой, либо отвечающей требуемому изменению качества управлени .

Предмет изобретени 

Система автоматического управлени  многомерным нестационарным объектом, содержаща  блок управлени , выходы которого

подключены ко входам объекта управлени , чувствительные элементы, сумматоры, модели чувствительных элементов и модель объекта управлени , например, с посто нными коэффициентами (параметрами), выходы которой соединены с первыми входами блока управлени  и через модели чувствительных элементов - с первыми входами сумматоров, вторые входы которых соединены с чувствительными элементами объекта управлени ,

первые выходы сумматоров соединены со вспомогательными входами модели объекта управлени , отличающа с  тем, что, с целью расширени  возможностей компенсации вли ни  неременных параметров объекта

управлени  на качественные показатели системы управлени  и направленного регулировани  диапазона изменени  качественных показателей системы управлени  нестационарным многомерным объектом, например уменьшени  разброса динамических характеристик, вторые выходы сумматоров подключены через дополнительно установленные инвертирующие усилители ко вторым входам блока управлени , выходы которого соединены с ост

новными входами модели объекта управде ни .