SU813359A1 - Система оптимального управлени Об'ЕКТАМи ВТОРОгО пОР дКА - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к системам автоматического управлени  и предназначено дл  оптимального по быстродействию и расходу топлива управлени  неколебательными динамическими объектами второго пор дка с запаздыванием типа летательных аппаратов в химико-технологических процессах.

Известны системы оптимального управлени  , позвол ющие Минимизировать врем  управлени  динамическими объектами , которые содержат основной контур управлени  и контур самонастройки , причем контур самонастройки, содержит настраиваемую модель, блок сравнени , блок самонастройки и исполнительный механизм, а основной контур содержит модель, нуль-орган, блок сравнени , блок управлени  моделью , триггеры, блок начальныхуставок , сумматор и блок эквивалентность I.

Недостатки этих систем - низка  точность и быстродействие, получение только двухуровневых управл ющих СИГНсШОВ.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому  вл етс  система оптимального управлени  объектами второго пор дка, содержаща  модель объекта , первый вход которой соединен с выходом схемы сброса, второй и третий - с выходами первого и второго ключей, а первый и второй выходы соответственно с входами первого и второго блоков сравнени , выходы которых подклю чены ко входам первого элемента И, соединенного своим вы0 ходом с первым входом второго элемента И и счетным входом первого триггера, первый выход которого соединен с управл ющими входами первого и третьего ключей, второй выход 5 с управл ющим входом .второго ключа и со вторьм входом второго элемента и, подключенного входом ко входу первого ключа и второму выходу второго триггера, счетный вход которо0 го Соединен с выходом второго элемента И, первый выход - с первым входом блока эквивалентность и через третий ключ - со входом объекта; первый выход которого соединен с

5 первьЕ входом блока установки начальных условий, первый выход которого подключен ко второму входу третьего ключа, второй выход - ко второму входу первого триггера и первьм вхо0 дам второго и третьего триггеров. первый, выход которого соединен со вторьом входом блока эквивалентность подключенного своим выходом ко входу блока сброса, второй вход которого соединен с выходом второго блока сравнени  2. , Однако эта система обладает низкими точностью и быстродействием. Цель изобретени  - повышение точности и быстродействи  системы. Поставленна  цель достигаетс  тем что в системе оптимального управлени  объектам - второго пор дка установлен координатный преобраэователь первый и второй входы которого соединены с соотв-зтствующими выходами объекта, третий вход - с первым выходом второго триггера, а первый выход - с четвертым входом модели и вторым входом блока установки началь ных условий, второй выход - с п тым входом модели. Па фиг. 1 представлена блок-схем системы оптимального управлени  объ ектами второго пор дка; на фиг, 2 линии переключепи . Система оптимального управлени  объектами втброго пор дка содержит модель 1 объекта, первый вход которой соединен с выходом блока 2 сбро са, второй и третий входы - с выходами первого 3 и второго 4 клкзчей, а первый и второй выходы - соответственно с вxoдa ад первого 5 и второго 6 блоков сравнени , выходы которых подключены ко входам первого элемента И 7, соединенного своим вы ходом с одни из входов второго эле мента И 8 и счетным входом первого триггера 9. первый выход которого соединен с управл гощими входами пер вого 3 и третьего 10 ключей, второй выход - суправл ющим входом второго ключа 4, подключенный входом ко входу первого ключа 3 и второму выходу второго триггеро. II, счетный вход которого соединен с вьзходом вт рого элемента И 8, первый выход - С одним из входов блока 12 эквивален- тность и через третий .ключ 10 - со входом объекта 13, первый выход которого соединен со входом блока установки начальных условий 14,. один иь выходов которогё подключен ко второму входу третьего ключа 10, второй выход ко вторым входам пер вого 9, второго 11 .григгеров и втор му входу третьего триггера 15, первый выход которого соединен со вторым входом блока 12- эквивалентност подключенного своим выходом ко вход блока 2 сброса, второй вход которог соединен с выходом второго блока б сравнени , при этом первый и второй входы координатного преобразовател 16 соединены с соответстаующими вх дами объекта 13, третий вход с пе вым выходом второго триггера 11, а ервый выход - с четвертым входом одели 1 и вторьел входом блока устаовки начальных условий 14, второй ыход - с п тым входом модели. На Фиг. 2 представлены оптимальные о быстродействию и расходу топлива инии переключени  , и LOL, ,РОР; - лии  переключени  при наличии и отсуттвии запаздывани , в управлении: X(t) и X2.(t) - координаты объекта; . )) и ) - координаты модели. Дл  релейных неколебательных систем второго пор дка оптимальными в смысле криэ:рри  J S (lul+K)dt .,(1) и - управл ющее воздействие, ограниченное условием tUl 4 и ,Т -, не Фиксировано, который учитывает расход рабочего тела (топлива) и длительность процесса , будут последовательности управлени  вида U TicxvP Чг10Х или -UjYiax/- f i-ndty t где ,. - максимальное значение управл ющего воздействи . При этом управл ющее устройство , синтезирующее опт.имальное управление в функции фазовых перэменных и чистого временного запаздывани  в управлении 9 , должно реализовать нелинейный закон управлени , определ емый на фазов-ой плоскости управлени ми двух линий переключени . Причем, при достижении фазовой точкой первой кривой происходит отклонение управлени  блока () через Э секунды и имеет место свободное движение системы, а при достижении второй линии переключени , образованной из частей траектории движени  системы при значени х управлени  vnoix и +П,„ау управл ющее воздействие через в секунд принимает соответствующее значение, в результате чего даль нейшее движение системы происходит по нулевой траектории в заданное конечное состо ние. Дл  исключени  необходимости использовани  блока посто нного или регулируемого запаздывани , внос щего дополнительную погрешность, в решении целесообразно воспроизводить линию переключени  в преобразованных координатах Х ,х; и ,Х, , при этом обе линии переключени  в преобразованных координатах оказываютс  подобны друг другу, отлича сь. лиш.ь коэффициентом К, значение кото .рого посто нно, то оказываетс  возможным дл  построени  указанных линий 3 преобразованных координатах использовать убыстренную модель объекта . Устройство работает следук цим образом . Блок 14 установки начальных условий при отклонении значений координаты объекта Х от нулевых производит начальную установку триггеров 9,11 и 15 и подключение ключа 10, причем состо ние триггеров 11, 15 определ етс  так, что U U -Sign Х Тем самым выбираетс  оптимальное значение управл ющего воздействи  на первом интервале (участке АВ тра ектории на фиг.2), Поскольку тригге 9имеет в данном случае фиксированное состо ние Ъ l, то управл ющее воздействие с триггера 11 через клю 10поступает на вход объекта управл ни , вызыва  изменение фазовых переменных X(t), X,.,(t), Последние ; через координатный преобразователь 16, принима  значени  X(t), Х (t) или х, (t) , (t) (в зависимости от знака Uoj) как начальные услови  поступают в ускоренную модель, режим работы которой определ етс  бло ком 2 сброса в зависимости от сигналов со схемы б совпадени  и,логического блока 12 эквивалентность. Так как состо ние триггеров 11 и 15 одинаковы, то блок 12 эквивалентность вьщает сигнал l на блок 2 сброса; включает модель 1 в режим Решение, реализующую уравнени  динамики объекта в преобразованных координатах с коэффициентом подоби  К. при возбуждении ключа 3., На вход поступает управл ющее воздействие 0, -U через один из ключей 3 или 4, а при указанном начальном состо нии О, триг гера 9 возбужденным оказываетс  клю 3 и управл ющее воздействие поступа ет на вход модели 1. Ключ 3,4 обеспечивает поочередную подачу управл ющего воздействи  которое может быть в соответствии со схемным решением либо +UvYiax -и, так как сигнал снимаетс  с выхода триггера управлени . При достижении координаты модели Х значени  равного нулю вырабатываетс  сигнал, поступающий на логический блок И 7 и блок 2 сброса. Последн   сбрасывает модель в исходное состо ние, при котором текущие значени  преобразованных координат объекта Х (t) и X-ji(t) вво д тс  в модель как начальные услови . После чего модель, в виду из-, менившегос  после введени  ненулевых начальных условий состо ни  бло ка сравнени , вновь включаетс  в режим Решение. Этот процесс продолжаетс  до тех пор, пока .не выполн етс  условие )X(-i)0. При этом фазова  траектори  модели совпадает с одной из кривых L О или L О. и сигналы блоков 5 и б сравнени  через, логически блок И 7 измен ют рассто ние триггера 9, дела  его Ч, О. Послед ний отключает ключи 10 и 3 и включает ключ 5, устанавлива  тем самым значение управлени  на входы объёк-та и б, измен   вхйд ускоренной модели. Теперь в режиме .Решение управл ющее воздействие модели поступает через ключ 4 на вход 3 модели,, в результате чего модель решаетуравнени  динамики объекта в преобразованных координатах с коэффициентом подобно и на фазовой плоскости стро тс  траектории подобные кривым и Р О и Р О, исход щие из точек траектории движени  об.ъекта. Теперь при выполнении услови  Х (W Х (-) 0, что указывает на совпадение фазовой траектории модели j; одной из кривых переключени  рО и Р,0, сигналы блоков 5 и б сравнени  через логический элемент И 7 поступают на логический элемент И 8 триггера 9, Последний измен ет свое состо ние 1,0, при котором сигналы с блока 7 через блок 8 могут поступать на счетный вход триггера 11 управлени  объектом, измен   его состо ни . Изменение в данном случае состо ни  триггеров 9 и 11 приводит, .с одной стороны, к изменению знака управлени  U и с другой - к подключению ключей 10 и 3, и отключению ключа 4, Тем самым реализуетс  требуемый оптимальный алгоритм управлени ,, состо щий как в определении релейного управлени  нужного знака, так и в замене им предыдущего нулевого управлени . Это, обуславливает движение объекта к заданному конечному состо нию . Ввиду различных состо ний триггеров . 12 и 15, блок 12, реализующий логическую функцию эквивалентность имеет на выходе сигнал О, и схема сброса отключает модель от периодического режима Решение, перевод  в режим Задание начальных условий . При достижении координатой Х(t) заданного нулевого значени  схема 14 отключает ключ 10, чем обеспечиваетс  сохранение заданного конечного состо ни  объекта X., Х О, Результаты исследований, проделанных На макете предлагаемой систе ш оптимального управлени  показали, что по сравнению с известными системами удалось повысить точность системы управлени  объектами с запаздыванием на 40% при сохранении быстроействи . изобретени  Система оптимального управлени  бъектами вто.рого пор дка, содержаа  модель объекта, первый вход коорой соединен с выходом блока сброа , второй к третий входы - с выхоами п-ервого и второго .к.лючей, а ый и второй выходы - соответственно С входами первого и второго блоков сравнени ,выходы которых подключены ко входам первого элемента И, соедине ного своим выходом с первьм входом второго элемента И и счетным входом первого триггераJпервый выход которого соединен с управл ющими входами первого иТретьего ключей,второй выход - со вторым входом второго эЛемента И с управл ющим входом второго ключа,подключенного входом ко входу первого ключа и второму.выходу второ го триггера,счетный вход которого со единен с выходом второго элемента И, первый выход - с первым входом блока эквивалентность и через третий ключ со входом объекта, первый выход которого соединен с первым входом блока установки начальных условий, первый выход которого подключен к второму входу третьего ключа, второй выход - ко второму входу первого триггера и первым входам второго и третьего триггеров, первый выход которого соединен со вторым входом бло ка эквивалентность, подключенного своим выходом ко входу блока сброса, второй вход которого соединен с выходом второго блока сравнени , отличающа с  тем, что, с целью повышени  точности и быстродействи  системы,она содержит координатный преобразователь первый и второй входы которого соединены с срответствующими выходами объекта, третий вход с первым выходом второго триггера, а первый выход - с четвертым входом модели и вторым входом блока установки начальных условий, второй в ыход - с п тым входом модели,. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР по за вке 2405048/24, кл. G 05 В 13/02, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР по за вке № 1934939/-24, кл. G 05 В 13/02, 18.06.75. (прототип ) .

т

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Система оптимального управления объектами второго порядка, содержащая модель объекта, первый вход которой соединен с выходом блока сброса; второй и третий входы - с выходами первого и второго ключей, а перт вый и второй выходы - соответственно с входами первого и второго блоков сравнения,выходы которых подключены ко входам первого элемента И, соединенного своим выходом с первый входом второго элёмента И и счетным входом первого триггера₍первый выход которо- го соединен с управляющими входами первого и'третьего ключей,второй выход - со вторым входом второго элемента И с управляющим входом второго ключа подключенного входом ко входу . первого ключа и второму.выходу второ- * го триггера,счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый выход - с первым входом блока эквивалентность и через третий ключ со входом объекта, первый выход ко- 15 торого соединен с первым входом блока установки начальных условий, первый выход которого подключен к второму входу третьего ключа, второй выход - ко второму входу первого 20 триггера и первым входам второго и третьего триггеров, первый выход которого соединен со вторым входом бло ка эквивалентность, подключенного своим выходом ко входу блока сброса, второй вход которого соединен с выходом второго блока сравнения, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия системы,она содержит координатный преобразователь, первый и второй входы которого соединены с соответствующими выходами объекта, третий вход с первым выходом второго триггера, а первый выход - с четвертым входом модели и вторым входом блока установки начальных условий, второй выход - с пятым входом модели..