Устройство терминального управления Советский патент 1987 года по МПК G05B19/04 

со со to ю

С5

ю

время перевода может быть жестко заданным, ограниченным или свободным, Изобретение может быть также использовано в системах слежения за многомерной эталонной переменной. Устройство содержит блок 1 задатчиков, суммирующие усилители 3 „ 3 ,...s

1

Изобретение относится к системам автоматического управления, предназ- начено для управления объектами, тер .минальное (конечное) состояние которых описывается К-координатами (К 1,2,3,,,,), а время достижения Этого состояния задано или ограничено, и может быть также использовано в системах слежения за К-мерной входной координатой.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения перевода объекта управления из произвольного начального состояния в произвольное конечное состояние, при котором К-мерный вектор выходных координат объекта управления принимает заданное значение, причеу время перевода может быть как заранее заданным, так и жестко не фиксироваться.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство терминального управления содержит блок 1 К задатчиков, li шин 2 координат объекта управления, К .суммирующих усилителей 3-1, 3-2,,,., 3-К, блок 4 элементов выборки-хранения, переключатель 5, К-1 интеграторов 6-1, 6-2,,,, ...,6-(К-1), снабженных схемой сброса, К- сумматоров 7-1, 7-2,,., ,,,, 7-(К-1), первый 8 и второй 9 ключи, шину 10 Старт-стоп, шину 1 переключения режима работы, элемент ИЛИ 12 и выходную шину 13, причем выходы блока 1 К задатчиков и п шин 2 координат объекта управления подключены к входам всех К суммирующих усилителей 3, выходы которых соединены с первой группой входов переключателя 5 и через блок 4 элементов выборки-хранения с второй группой

блок 2 координат объекта управления, блок А элементов выборки-хранения, интеграторы 6 со схемой сброса , сумматоры 7, ключи 8 и 9, переключатель 5, элемент ИЛИ 12, шины 10 и 11 управляющих сигналов и выходную шину 13 устройства, 1 ил.

входов переключателя 5, выходы с первого по (К-1)-и которого подклю- .чены к первым входам одноименных cyм aтopoв, вторые входы с второго по (К-1)-й сумматор подключены к выходу одноименного интегратора, вход (К-1)-го интегратора 6-(К-1) соединен с К-м выходом переключателя 5, а вход каждого из остальных

интеграторов соединен с выходом предшествующего сумматора, выход первого интегратора 6-1 через первый ключ 8 соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого через второй ключ 9 подключен к выходной шине 13 устройства, управляющие входы блока 4 элементов выборки-хране,.;, ния, управляющие входы схем сброса

всех интеграторов и первого ключа, а также первый вход элемента ИЛИ 12 подключены к шине 10 Старт-стоп, управляющий вход переключателя 5 и- второй вход элемента ИЛИ 12 подключены к шине 11 переключения режима работы, а выход элемента ИЛИ 12 соединен с управляюш;им входом второго ключа 9,

Устройство терминального управления работает следующим образом.

Объект управления описывается системой дифференциальных уравнений

x(t) Ax(t) + Bu(t) ; y(t) Cx(t) + Du(t),

(1) (2)

п-мерный вектор состояния (координаты объекта); скалярное управление; К-мерный выходной вектор (выходные координаты

объекта);

соответственно (пхп)-, (пх1)-, (kxn)- и (kxl)- мерные числовые матрицы.

Целью утгравления является пере- вод объекта (1) из произвольного начального состояния х(0)Хд в условно начальньш момент времени t в такое конечное состояние х(Т), чтобы выходной вектор у(Т) принял требуемое (заданное) значение у,д., т.е. чтобы

y(T)Cx(T)+Du(t)y

Зал

Время перевода Т может быть как строго задано (а-режим), так и жестко не фиксировано (б-режим).

В исходном состоянии по команде Стоп с шины 10 ,(логичес.кий.уль) интеграторы 6-1, 6-2 ... разряжены, блок 4 работает в режиме слежения за сигналами U (t), U(t),.,.,U (t) с выходов К суммирующих усилителей 3-1, 3-2,.,., 3-К, ключ 8 разомкнут, переключатель 5 по команде с шины 1 1 (логический нуль) подключает на вход сигналы блока 4, ключ 9 разомкнут, а на выходной шине 13 сигнал управления отсутствует. По сигналу Старт с шины 10 в услобно начальный момент времени фиксируются блоком

4 выборки-хранения значения U (0), Uj(0),.,., и 1(0), интеграторы переводятся в режим интегрирования, ключи 3 и 9 замыкаются и на выходной шине 13 формируется сигнал управле- ;ния u(t)Z(t)+U объектом (1), где

0100 0010

4

0000 0000

Вводя расширенный вектор состояния

zSl

А« .

(индексами обозначены размерности нулевых и единичной I подматриц, входящих в состав блочных матриц А, В).

Выходной вектор (выходные координаты) y(t) в расширенном пространстве состояний (6) вместо (2) запишется следующим образом:

Z (t) - выходной сигнал первого интегратора 6-1 t

В соответствии с чертежом имеем

иДО) F,x(0) P,yW

10

15

20

25

30

35

(4)

Ui(0) F,x(0) + PjYj,; U,(0) F,x (0) + РкУз,,.

где F (F,.,, F.,,... ,F.) ; P (P.,, P-,.. . ... ,Р, ц) - коэффициенты передач, установленные по соответствующим входам i-ro суммирующего усилителя 3-1, .

Сигналы начального состояния х(0) х/0), Х2(0),..., х„(0) и . текущего x(t), поступающие на п шин 2 координат объекта управления, формируются с помощью соответствующих датчиков или с помощью наблюдающего устройства, например, по типу фильтра Калмана.

Коэффициенты передач (4) заранее рассчитываются и устанавливаются по соответствующим входам суммирующих усилителей 3-1, .3-2,...,3-К на основании следующего.

Рассматривая U(U , U ,.. . ,Uj) в качестве внешнего вектора управления, а входные сигналы интеграторов 6-1, 6-2,... Z-(Z , Z,...,Z,) в качестве дополнительногр вектора состояния Z,

Z(t)A2Z(t) + E(t}, (5)

где

представим уравнения (1) и (5) в стандартном виде 45 x(t)(t) + (C), (7)

где в соответствии с (5) и (6)

в

о I,

(8)

и, к-1 1

- OK-I, 1 I I К- (, k-i J

y(t)(t)(t),

(9)

где

55

С с i DOK,-i ;

D Dj О,,,., .

(10)

Предполагается, чт9 объект управления (1) полностью управляем.

15

а следовательно, полностью управляема и система, описываемая уравнениями (7) и (9). Полагая U(t) const U(0), ,T, для состояния системы (7) Ё момент времени Т имеем

х(Т)Ф(Т,0)х(0)(Т,0)и(0), (11)

гдеТО

Ф(Т,0) ехр(А.Т),

Н(Т,0) ехр(АЧ)аф, (12)

о

Так как целью управления является вьтолнение условия (3), т.е у(Т)у , то в соответствии с (9) и (11) имеем

(Т,0-)х-(0)(Т,0)и(0) + (0) уз„,,

откуда находим

и(о) (т,о)+

СЧ(Т,0)х (0)+ (T,0) ,

(13) 25

Существование обратной матрицы обеспечивается управляемостью системы () и совпадением размерностей векторов .и и УЗДД Так как дополнительные переменные Z, Z, . . . ,Z предварительно обнуляются (сбрасьша- ются в нулевое состояние интеграторы 6-1, 6-2,...,6-(К-1)), то в соответствии с (10)

(Т,0)х(0) СФ(Т,0)х(0), (14)

где Ф (Т50 )ехр(А-Т) - подматрица

матрицы

20

30

25

(8).

Ф(Т,, клетке,

0)

содерсоответствующая в жащей А,

С учетом (14) вместо соотношения (13) имеем

(15а)

и (О) FX, -ь Ру

где

F (Т,0),,(Т,0);

р (т,о) .

(156)

Первые строки матрицы F, Р соответствуют F , Р в соотношениях (4), вторые строки соответствуют F , Р. и т.д.

Таким образом, выбором постоянной величины и(0) из соотношений (15) обеспечивается перевод объекта управления (1) из произвольного начального состояния Хд в произвольное Заданное состояние, обеспечивающее

у(Т)у за заданное время («-режим), при этом управление u(t) является функцией времени и в соответствии с чертежом

u(t) Z(t) +

и,(0),

(16)

Если время Т заранее жестко не фиксировано (-режим), то устройство позволяет реализовать замкнутый закон уравнения, этого по команде с шины 11 (логическая единица) переключатель 5 подключает свой выход непосредственно к выходу суммирующих усилителей 3-1, 3-2,,..3-К, а по команде с шины 10 (логическая единица) осуш,ествляется размыкание ключа 8 и обнуление интеграторов 6-1, 6-2,..,,6-(К-1), т.е. реализуется обычный закон управления с обратной связью и u(t) и( l)F,x(t) + +Р Yj . В процессе функционирования объекта управления указанные режимы работы устройства могут чередоваться, т.е. может осуществляться замк- нуто-разомк нутый принцип управления.

Формула изо. бретения

Устройство терминального управления, содержащее блок К задатчиков, п шин координат объекта управления, выходную шину устройства, первый сум- мируюпдай усилитель, отличающееся тем, что, с целью расши- рения функциональных возможностей, в него введены со второго по К-й суммируюищй усилитель, блок элементов выборки-хранения, К-1 интеграторов, снабженшз1х схемой сброса, переключатель с шиной переключения режима работы, К-1 сумматоров, два ключа, элемент ИЛИ и шину Старт- стоп, к которой подключены управляющие входы схемы сброса всех интеграторов, управляющие входы блока элементов выборки-хранения и первого ключа, а также первый вход элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к шине переключения режима работы, выходы блока К задатчиков и.п шин координат объекта управления подключены к входам всех К суммирующих усилителей, выходы которых соединены с первой группой входов переключателя и через бло.к элементов выборки-хранения - с второй группой входов переключателя, выходы с первого по (К-1)-и которого соединены с первыми входами одноименных сумматоров,

7 1332262S

вторые входы с второго по (К-1)-йтора, выход первого интегратора через сумматоров подключены к выходу одно-первый ключ соединен с вторым входом именного интегратора, вход (K-l)-roпервого сумматора, выход которого интегратора соединен с К-м выходомg через второй ключ подключен к выход- переключателя, а вход каждого из ос-ной шине устройства, а выход элемен- тальных интеграторов соединен с вхо-та ИЛИ соединен с управляющим входом предшествующего по номеру сумма-дом второго ключа.

Изобретение Относится к управлению динамическими объектами, конечное (терминальное) состояние которых в общем случае определяется К-мерной заданной координатой. Устройство обеспечивает перевод многомерного объекта управления из произвольного начального состояния в произвольно- заданное конечное состояние. Причем ГхГ Хг л,