СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЦИФРОАНАЛОГОВОГО СИГНАЛА УГЛОВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ НЕСТАЦИОНАРНОГО ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК G05D1/08 

Изобретение относится к бортовым системам автоматического управления существенно нестационарными объектами управления в условиях широкого диапазона их применения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ формирования сигнала угловой стабилизации нестационарного объекта управления, заключающийся в том, что задают цифровой сигнал углового положения, измеряют цифровой сигнал углового положения, формируют запаздывание сигнала углового положения, измеряют аналоговый сигнал угловой скорости, формируют цифровой сигнал рассогласования, преобразовывают цифровой сигнал рассогласования в аналоговый сигнал, формируют выходной сигнал суммированием преобразованного сигнала рассогласования и сигнала угловой скорости, измеряют сигнал скоростного напора, формируют ограничение А1 сигнала запаздывания в адаптивной функции по обратно пропорциональной зависимости от сигнала скоростного напора, формируют ограничение А2 заданного цифрового сигнала углового положения в адаптивной функции по обратно пропорциональной зависимости от сигнала скоростного напора, при этом цифровой сигнал рассогласования формируют как разность между сформированными ограниченными сигналами [1].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство угловой стабилизации нестационарного объекта управления, содержащее цифровой датчик угла, датчик угловой скорости, цифровой задатчик угла, последовательно соединенные цифровой блок сравнения, цифроаналоговый преобразователь и суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости, исполнительное устройство, элемент запаздывания обратной связи, вход которого соединен с выходом цифрового датчика угла, датчик скоростного напора, выход которого соединен с первым входом первого и с первым входом второго адаптивных ограничителей сигнала, второй вход первого адаптивного ограничителя сигнала соединен с выходом цифрового задатчика угла, а выход - со входом цифрового блока сравнения, второй вход второго адаптивного ограничителя сигнала соединен с выходом элемента запаздывания обратной связи, а выход - со вторым входом цифрового блока сравнения [1].

Недостатками известных решений являются колебательность процессов, ограниченные функциональные возможности и невысокая точность управления.

Техническим результатом в предложенных способе и устройстве является расширение функциональных возможностей, повышение точности управления, уменьшение колебательности координат процессов управления и повышение показателей качества в условиях широкого диапазона параметров нестационарного объекта управления.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный способ формирования цифроаналогового сигнала угловой стабилизации нестационарного объекта управления, заключающийся в том, что задают цифровой сигнал углового положения, измеряют цифровой сигнал углового положения, формируют запаздывание сигнала углового положения, измеряют аналоговый сигнала угловой скорости, формируют цифровой сигнал рассогласования, преобразовывают цифровой сигнал рассогласования в аналоговый сигнал, формируют выходной сигнал суммированием преобразованного сигнала рассогласования и сигнала угловой скорости, измеряют сигнал скоростного напора, формируют ограничение А1 сигнала запаздывания в адаптивной функции по обратно пропорциональной зависимости от сигнала скоростного напора q, формируют ограничение А2 заданного цифрового сигнала углового положения в адаптивной функции по обратно пропорциональной зависимости от сигнала скоростного напора q, при этом цифровой сигнал рассогласования формируют как разность между сформированными ограниченными сигналами, дополнительно задают сигнал минимального скоростного напора q_min, формируют сигнал коммутации управляемого ключа и выставляют минимальный уровень сигнала ограничения суммарного сигнала при условии q≤q_min.

Технический результат достигается так же и тем, что в устройство формирования цифроаналогового сигнала угловой стабилизации нестационарного объекта управления, содержащее цифровой датчик угла, датчик угловой скорости, цифровой задатчик угла, последовательно соединенные цифровой блок сравнения, цифроаналоговый преобразователь и суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости, исполнительное устройство, элемент запаздывания обратной связи, вход которого соединен с выходом цифрового датчика угла, датчик скоростного напора, выход которого соединен с первым входом первого и с первым входом второго адаптивных ограничителей сигнала, второй вход первого адаптивного ограничителя сигнала соединен с выходом цифрового задатчика угла, а выход - со входом цифрового блока сравнения, второй вход второго адаптивного ограничителя сигнала соединен с выходом элемента запаздывания обратной связи, а выход - со вторым входом цифрового блока сравнения, дополнительно введены последовательно соединенные однополярный релейный элемент, управляемый ключ, третий адаптивный ограничитель сигнала, второй вход которого соединен с выходом суммирующего усилителя, а выход - со входом исполнительного устройства, и задатчик сигнала минимального скоростного напора, подключенный ко второму входу управляемого ключа, при этом вход однополярного релейного элемента соединен с выходом датчика скоростного напора.

Действительно, при этом решении обеспечивается отработка сигналов управления в широком диапазоне изменения высоты, скорости полета и массы нестационарного объекта управления посредством реализации части устройства управления на основе бортовой цифровой вычислительной машины с использованием полного ресурса рулей объекта управления.

Предлагаемые способ и устройство имеют цифровую и аналоговую части, и для их сочетания введен цифроаналоговый преобразователь.

На чертеже представлена блок-схема предложенного устройства формирования сигнала угловой стабилизации с реализацией предложенного способа.

Устройство формирования цифроаналогового сигнала угловой стабилизации нестационарного объекта управления содержит цифровой датчик угла 1 (ЦДУ), датчик угловой скорости 2 (ДУС), цифровой задатчик угла 3 (ЦЗУ), последовательно соединенные цифровой блок сравнения 4 (ЦБС), цифроаналоговый преобразователь 5 (ЦАП) и суммирующий усилитель 6 (СУ), второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости 2, исполнительное устройство 7 (ИУ). Вход элемента запаздывания обратной связи 8 (ЭЗОС) соединен с выходом цифрового датчика угла 1. Выход датчика скоростного напора 9 (ДСН) соединен с первым входом первого 10 (1АОС) и с первым входом второго 11 (2АОС) адаптивных ограничителей сигнала. Второй вход первого адаптивного ограничителя сигнала 10 соединен с выходом цифрового задатчика угла 3, а выход - со входом цифрового блока сравнения 4. Второй вход второго адаптивного ограничителя сигнала 11 соединен с выходом элемента запаздывания обратной связи 8, а выход - со вторым входом цифрового блока сравнения 4. Устройство содержит последовательно соединенные однополярный релейный элемент 12 (ОРЭ), управляемый ключ 13 (УК), третий адаптивный ограничитель сигнала 14 (3АОС), вход которого соединен с выходом суммирующего усилителя 6, а выход - со входом исполнительного устройства 7. Выход задатчика сигнала минимального скоростного напора 15 (ЗСМСН) подключен ко второму входу управляемого ключа 13. Вход однополярного релейного элемента 12 соединен с выходом датчика скоростного напора 9.

Аналоговая часть устройства включает в себя датчик угловой скорости 2, исполнительное устройство 7 и суммирующий усилитель 6. Цифровые блоки основного контура - это датчик угла 1, задатчик угла 3, блок сравнения 4. Блок 5 - цифроаналоговый преобразователь.

Устройство формирования сигнала угловой стабилизации нестационарного объекта управления работает следующим образом.

Сигнал управления σ для подачи на исполнительное устройство 7 формируется датчиками и блоками 1÷6, 8, 10 в соответствии с законом управления:

где К₁, К₂ - передаточные числа блока 6;

ω_ϕ - сигнал угловой скорости на выходе блока 2;

Δ_ϕ - сигнал рассогласования, формируемый в блоке 4:

здесь ϕ - сигнал на выходе блока 11;

ϕ_зад - сигнал задающего воздействия, подается от задатчика угла 3;

τ_эз - время задержки элемента запаздывания 8.

Сигнал угла выдается датчиком угла 1, сигнал угловой скорости ω_ϕ выдается датчиком угловой скорости 2, и сигнал задающего воздействия ϕ_зад формируется задатчиком угла 3. Коэффициенты К₁ и К₂ и сигнал σ формируются в суммирующем усилителе 6. Цифроаналоговый преобразователь 5 преобразует цифровой сигнал с выхода блока 4 в аналоговую форму.

Для надежного и корректного полного использования ресурса рулей формируется ограничение передаточного числа блока 14 на выходе суммирующего усилителя 6 при достижении значения скоростного напора q минимального значения q_min, заданного в блоке 15. При достижении q≤q_min блоком 12 вырабатывается сигнал, замыкающий контакт управляемого ключа 13, сигнал с выхода которого подается на блок 14 для ограничения сигнала с выхода блока 6. Благодаря изложенному в критической ситуации (при q≤q_min) сохраняется максимальное необходимое значение ограничения сигнала управления для исполнительного устройства 7 нестационарного объекта управления.

Исполнительное устройство 7 отрабатывает суммарный аналоговый управляющий сигнал σ, отклоняя рули объекта на величину δ. При достижении ограничений сигналов с блоков 10 и 11 в функции скоростного напора от датчика 9 рассогласование равно нулю, что обеспечивает уменьшение колебательности процессов и уменьшение времени переходного процесса.

Значительная часть устройства управления несложно реализуется алгоритмически, все звенья и блоки могут быть также реализованы на элементах автоматики и вычислительной техники, например по [2].

Предложенные способ формирования цифроаналогового сигнала угловой стабилизации нестационарного объекта управления и устройство для его осуществления позволяют расширить функциональные возможности устройства и повысить точность управления.

Источники информации

1. Патент РФ №2601089, G05D 1/08, 29.09.2015.

2. А.У. Ялышев, О.И. Разоренов. Многофункциональные аналоговые регулирующие устройства автоматики. М.: Машиностроение, 1981, с. 107, 126.

Группа изобретений относится к способу и устройству формирования цифроаналогового сигнала угловой стабилизации нестационарного объекта управления. Для формирования сигнала угловой стабилизации задают цифровой сигнал углового положения, измеряют цифровой сигнал углового положения, формируют его запаздывание, измеряют аналоговый сигнал угловой скорости, формируют цифровой сигнал рассогласования и преобразовывают его в аналоговый сигнал, формируют выходной сигнал угловой скорости, измеряют сигнал скоростного напора, формируют ограничение сигнала запаздывания определенным образом, задают сигнал минимального скоростного напора, выставляют минимальный уровень сигнала ограничения суммарного сигнала при значениях скоростного напора, равных или меньше, чем минимальное. Устройство содержит цифровой датчик угла, датчик угловой скорости, цифровой задатчик угла, цифровой блок сравнения, цифроаналоговый преобразователь, суммирующий усилитель, исполнительное устройство, элемент запаздывания, датчик скоростного напора, три адаптивных ограничителя сигнала, однополярный релейный элемент, управляемый ключ, задатчик сигнала минимального скоростного напора, соединенные определенным образом. Обеспечивается повышение точности и качества управления нестационарным объектом управления. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ формирования цифроаналогового сигнала угловой стабилизации нестационарного объекта управления, заключающийся в том, что задают цифровой сигнал углового положения, измеряют цифровой сигнал углового положения, формируют запаздывание сигнала углового положения, измеряют аналоговый сигнала угловой скорости, формируют цифровой сигнал рассогласования, преобразовывают цифровой сигнал рассогласования в аналоговый сигнал, формируют выходной сигнал суммированием преобразованного сигнала рассогласования и сигнала угловой скорости, измеряют сигнал скоростного напора, формируют ограничение А1 сигнала запаздывания в адаптивной функции по обратно пропорциональной зависимости от сигнала скоростного напора q, формируют ограничение А2 заданного цифрового сигнала углового положения в адаптивной функции по обратно пропорциональной зависимости от сигнала скоростного напора q, при этом цифровой сигнал рассогласования формируют как разность между сформированными ограниченными сигналами, отличающийся тем, что задают сигнал минимального скоростного напора q_min, формируют сигнал коммутации управляемого ключа и выставляют минимальный уровень сигнала ограничения суммарного сигнала при условии q≤q_min.

2. Устройство формирования цифроаналогового сигнала угловой стабилизации нестационарного объекта управления, содержащее цифровой датчик угла, датчик угловой скорости, цифровой задатчик угла, последовательно соединенные цифровой блок сравнения, цифроаналоговый преобразователь и суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости, исполнительное устройство, элемент запаздывания обратной связи, вход которого соединен с выходом цифрового датчика угла, датчик скоростного напора, выход которого соединен с первым входом первого и с первым входом второго адаптивных ограничителей сигнала, второй вход первого адаптивного ограничителя сигнала соединен с выходом цифрового задатчика угла, а выход - со входом цифрового блока сравнения, второй вход второго адаптивного ограничителя сигнала соединен с выходом элемента запаздывания обратной связи, а выход - со вторым входом цифрового блока сравнения, отличающееся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные однополярный релейный элемент, управляемый ключ, третий адаптивный ограничитель сигнала, второй вход которого соединен с выходом суммирующего усилителя, а выход - со входом исполнительного устройства, и задатчик сигнала минимального скоростного напора, подключенный ко второму входу управляемого ключа, при этом вход однополярного релейного элемента соединен с выходом датчика скоростного напора.