Бинарная система управления Советский патент 1987 года по МПК G05B13/00 

1

1303993

Изобретение относится к автоматическому регулированию и управлению и предназначено для управления вынужденным движением нестационарных динамических объектов, описываемых уравнением

y4t) -t- a,,(t)(t) + ... +

+ a,(t)y(t) d,(t)f, (t) + ... +

+ d(t)f(t) + u(t).

нал y(t) поданный с объекта 1 управления, сравнивается с сигналом у (t), выработанным задатчиком 2 в блоке 3 сравнения. Полученная ошибка x(t) поступает непосредственно на вход первого модульного элемента 5 , а на входы остальных (5 ,,..,5) - через

дифференциаторы 4

z

1

,4 соответствующих порядков. Сигналы, полученПредполагается , что параметры объекта JO ные на выходе первых модульных эле- а .(t) (i 1,n) меняются произвольным ментов 5,... ,5, поступают через сонеконтролируемьш образом в известных диапазонах, определяемых константами

a(i Т7Н)

a(t) а;,

переменные параметры dj(t) (j 1,k) нестационарных каналов воздействия на объект внешних возмущений также считаются неизвестными функциями времени, удовлетворяющими условиям

.(t)-d;.,

ответствующие первые усилители , ...,6 на вход первого сумматора 7 и с его выхода - на вход блока 8 умНо15 женин. Сигналы ошибки регулирования x(t) и ее производных, полученных на вь1ходе дифференциаторов 4 ,, .. . ,4,, поступают через вторые усилители 9, ...,9. на вход второго сумматора 10,

20 .с выхода которого сигнал поступает на первый вход (делимое) блока 11 деления, а с выхода последнего сигнал поступает н вход усилителя 12 с насьш1ением, своим

т ,, . . Vвыходом подключенного к входу инерцигде d, (j 1,k) - известные константы. онного фильтра 18. Величины внешних Рассматриваемая задача управления

формулируется следующим образом. Необходимо обеспечить компенсацию ошибки регулирования

30

x(t) y(t) - y(t),

где у (t) const - задающее воздействие, до заданной величины, т.е. обеспевоздеиствии, полученные на датчиках 13 , . . ., 13j(, поступают последовательно на вторые модульные элементы 14 , ...,14ц, а с их выхода на третьи 15/, ...,15 и четвертые 16,,...,16 усилители, выходами подключенные с оот-. ветственно к первому 7 и третьему 17 сумматорам. С выхода третьего суммато ра 17 сигнал подается на второй вход

воздеиствии, полученные на датчиках 13 , . . ., 13j(, поступают последовательно на вторые модульные элементы 14 , ...,14ц, а с их выхода на третьи 15/, ...,15 и четвертые 16,,...,16 усилители, выходами подключенные с оот-. ветственно к первому 7 и третьему 17 сумматорам. С выхода третьего суммато ра 17 сигнал подается на второй вход

чить выполнение неравенства |x(t)|44, ,, инерционного фильтра 18, соединенногде л- заданная постоянная положительная константа.

Цель изобретения - повьш ение надежности и грубости системы управления.

На чертеже представлена схема предлагаемой бинарной системы..

Схема содержит объект 1 управления, задатчик 2, вырабатывающий сигнал у(t), блок 3 сравнения, дифференциаторы 4,,,..4„,,, первые модульные элементы 5 ,. . ., 5 , первые усилители 6.(,...,6, первый сумматор 7, блок 8 умножения, вторые усилители 9,,...,9, второй сумматор 10, блок 11 деления, усилитель12 с насьш ением, датчики 13 ,.. ., 13j внешних воздействий, вторые модульные элементы 14,,

40

го выходом с вторым входом блока 8, на выходе последнего формируется сигнал управления u(t), подаваемый на объект 1 управления. На второй вход блока деления (делитель), на выходе которого формируется сигнал ошибки координатно-операторного контура, сигнал подается с выхода .четвертого сумматора 19, на вход кото- рого поступают сигналы с выходом первых усилителей 6,...,6. В предлагаемой системе по сравнению с известной иной способ образования контура координатно-операторной обратной связи. В предлагаемой схеме он образуется вторыми усилителями 9,,...,9, вторым сумматором 10, четвертым сумматором 19, блоком 11 деления, усилителем 12 с насьш5ением, четвертыми

50

...,14, третьи усилители 15 ,,...,15 , четвертые усилители 16,,..., 16, тре- г г усилителями . 16 ,,..., 16 , третьим сум- тий сумматор 17, инерционный фильтр матером 17 и инерционным фильтром 18. 18, четвертый сумматор 19.Регулятор описывается следующими соПредставим способ функционирования отношениями: предлагаемой системы управления. Сиг- u(t) H(t)(k x(t) + e°lf(t)( ;

нал y(t) поданный с объекта 1 управления, сравнивается с сигналом у (t), выработанным задатчиком 2 в блоке 3 сравнения. Полученная ошибка x(t) поступает непосредственно на вход первого модульного элемента 5 , а на входы остальных (5 ,,..,5) - через

дифференциаторы 4

z

1

,4 соответствующих порядков. Сигналы, полученные на выходе первых модульных эле- ментов 5,... ,5, поступают через соответствующие первые усилители , ...,6 на вход первого сумматора 7 и с его выхода - на вход блока 8 умНоженин. Сигналы ошибки регулирования x(t) и ее производных, полученных на вь1ходе дифференциаторов 4 ,, .. . ,4,, поступают через вторые усилители 9, ...,9. на вход второго сумматора 10,

.с выхода которого сигнал поступает на первый вход (делимое) блока 11 деления, а с выхода последнего сигнал поступает на вход усилителя 12 с насьш1ением, своим

онного фильтра 18. Величины внешних

воздеиствии, полученные на датчиках 13 , . . ., 13j(, поступают последовательно на вторые модульные элементы 14 , ...,14ц, а с их выхода на третьи 15/, ...,15 и четвертые 16,,...,16 усилители, выходами подключенные с оот-. ветственно к первому 7 и третьему 17 сумматорам. С выхода третьего сумматора 17 сигнал подается на второй вход

инерционного фильтра 18, соединенно

го выходом с вторым входом блока 8, на выходе последнего формируется сигнал управления u(t), подаваемый на объект 1 управления. На второй вход блока деления (делитель), на выходе которого формируется сигнал ошибки координатно-операторного контура, сигнал подается с выхода .четвертого сумматора 19, на вход кото- рого поступают сигналы с выходом пер вых усилителей 6,...,6. В предлагаемой системе по сравнению с известной иной способ образования контура координатно-операторной обратной связи. В предлагаемой схеме он образуется вторыми усилителями 9,,...,9, вторым сумматором 10, четвертым сумматором 19, блоком 11 деления, усилителем 12 с насьш5ением, четвертыми

усилителями . 16 ,,..., 16 , третьим сум- матером 17 и инерционным фильтром 18. Регулятор описывается следующими соiM(t) -()u(t)-fsat(A(t))()(f(t)|); Д(t)6-(t)/(S1x(t)),в(t)cx(t),

где u(t),(t),X(t) - сигналы различ- . ных контуров

системы,

k° ,е° , at% ot и с - коэффициенты усиления блоков 6

15

к

15,,.. 16i

1

18, lu, . . ,, 16, 9,9,,

10 и 11 соответственно, определяемые требованиями к качестЕдг 5 регулирования в системе.

Как следует из приведенных соотношений, при стремлении ошибки

конечное время в заданную окрестност & при обеспечении заданной динамики переходного процесса.

Покажем справедливость последней оценки на x(t). Перепишем исходное уравнение относительно ошибки регули рования x(t) у(t) - y(t)

x(t) A(t)x(t) + D(t)f(t) +

+ u(t), xeR ,(3)

матрицы A(t) и D(t) состоят из параметров (t) (i 1,n), d.j(t) (j 1,k). Уравнение (3) в координатах (x ,©), x R примет вид:

10

fi {б-

agx + + , (4)

AX+ h,(-b c

где Aj,h,D ,ag,hg., Cg-связ аны с параметрами a,-(i 1,n),dj(j 1 ,k)

регулирования x(t) сигнал управления 20 Очевидным образом. Соответствующим .u(t) уменьшается до некоторой малой ве- выбором вектора с можно обеспечить

выполнение следующих неравенств:

flT(t е)|1 (-8/t-r)), с ,8„ О - const,

О О

гдeФ(t,(r) - матрица Коши уравнения

личины, оставаясь при этом все время гладкой функцией. Параметры регулятог ра являются конечными величинами, выбираемыми исходя из соотношений: 25

k%M.Kc sup )| /0) . /(с t&u))d(t)|

а мако sup

Icifio)/

of маке sup g ( Kc±SuJ)a(t)/ + tuJfil 7/to

+ KC ±ScJ )/k ) , sup Д (I (c+ScJ )d(t)/ +

luilf.1 i,to

+ /c±Su)| e°).

(1) 30

А X

и

1(3)(t)fll fe d exp(-a(t - t.)),

A .7

d,a 0 - const.

При выполнении соотношения на коэффи циенты усиления (1) существует конеч 35 нь1й j oMeHT времени такой, что

1 :|&I4S|| (I Д тогда, переписав

первое уравнение из (4) в интеграль ной форме, оценку при

Динамика управляемых процессов x(t) в системе полностью определяется выбором коэффициентов с вторых усилителей 9..9f,, и при этом справедлива следующая оценка:45

Hx(t)N 6 M( f/x(t,-)// exp(-S(t - ,(2)

- to

50

где M H - положительные константы, a величина A О может быть сделана сколь угодно малой соответствующим вы- 6oifoM параметров регуля- « тора.

Из последнего неравенства следует, что данная система является диссипа- тивной и ее траектории погружаются за

5

039934

конечное время в заданную окрестность & при обеспечении заданной динамики переходного процесса.

Покажем справедливость последней оценки на x(t). Перепишем исходное уравнение относительно ошибки регулирования x(t) у(t) - y(t)

x(t) A(t)x(t) + D(t)f(t) +

+ u(t), xeR ,(3)

матрицы A(t) и D(t) состоят из параметров (t) (i 1,n), d.j(t) (j 1,k). Уравнение (3) в координатах (x ,©), x R примет вид:

10

fi {б-

agx + + , (4)

AX+ h,(-b c

где Aj,h,D ,ag,hg., Cg-связ аны с параметрами a,-(i 1,n),dj(j 1 ,k)

Очевидным образом. Соответствующим выбором вектора с можно обеспечить

А X

30

и

1(3)(t)fll fe d exp(-a(t - t.)),

A .7

d,a 0 - const.

40

45

При выполнении соотношения на коэффициенты усиления (1) существует конеч- 35 нь1й j oMeHT времени такой, что

1 :|&I4S|| (I Д тогда, переписав

первое уравнение из (4) в интегральной форме, оценку при

j|x4t)(| 6 с // x (t)// exp(-$(t - t,)) -ь c

sup f(hj| f (//x(t) +

t .to Ч,

+ u)exp(-6(t -r))dl.+

t + JexpfS Ct -t-))exp(-a(t -c-))

из которого по лемме Гронуолла-Бепма- на следует приведенная оценка (2).

Приведем иллюстративный пример. Дан управляемый объект, заданный в канонической форме:

. 1 л.

x,g a,,(t) a(.t)xj d (tH4 + d,(t)(t)f,-.,

параметры которого меняются в диапазонах:

a,(t),U;a ЮеЕЧ.ОЗ; d, (tkC-t.OJ; d,j(t:)el-1,5; 0. dj(t),5; 0,31.

Пусть стоит задача обеспечения дисси пативности системы в области А i и чтобы переходный процесс имел показатель периодичности 0,75. Поскольку показатель в оценке (2) имеет следующий вид:;

S & - 8 ( 1 + MQKC

cJ( -5).

ВИДНО, чтобы обеспечить заданн лй показатель апериодичности необходимо выбрать параметры S 0,2, с {1,1). Из соотношений (1) выбираем остальные параметры регулятора k ° (2j 4); г° (2,3,1); - (54,81, о(- 72. Таким образом, приведенный пример показывает, что предлагаемая система позволяет решить поставленную задачу управления.

Фор мул а изобретения

Бинарная система управления, содержащая последовательно соединенные пер

O

вый сумматор, блок умножения, вторым -входом подключенный к выходу инерционного фильтра, объект управления, блок сравнения, второй вход которого подклю чей к выходу задатчика, а выход - к входам дифференциаторов, выходы которых и выход блока сравнения через после,-- довательно соединенные первые модульные элементы и первые усилители соединены с входом первого сумматора и через соответствующие вторые усилители - с входом второго сумматора, датчики возмущений, выходы которых через соответствующие последовате льно соединен5 ные вторые модульные элементы и третьи усилители соединены с входом пер-, вого сумматора и через последовательно соединенные вторые модульные элементы и четвертые усилители - с входом

0 третьего сумматора, выход которого подключен к входу инерхщонного фильтра, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и грубости системы, она содержит четвер- 25 тый сумматор, усилитель с насыщением и последовательно соединенные блок деленияt первый и второй вход которого подключены соответственно к выходам второгооИ четвертого -сумматора, к вхо0 ду которого подключены выходы первых усилителей, а выход усилителя с насыщением подключен к второму входу инерционного фильтра.

Изобретение относится к технике автоматического регулирования .и управления и выполнено в рамках бинарных систем. Целью изобретения является повьшение надежности и грубости системы управления. Цель изобретения достигается за счет специального способа построения контура координатно- операторной обратной связи. Изобретение предназначено для управления .вынужденным движением нестационарных динамических систем, работающих в условиях неопределенности, обусловленной произвольным неконтролируемым изменением параметров объекта управления и внешних возмущений в извест- . ных диапазонах. Система дополнительно содержит сумматор, усилитель с насыщением, блок деления. Изобретение может быть использовано при автоматизации различных процессов, в частности процессов аглодоменного производства. 1 ил. Ш (Л со о со со со со

Составитель А.Лащев Редактор М.Петрова Техред И.Попович Корректор С,Шекмар

За«а1 1310/48

Тираж 864 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам.изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4