Система автоматического управления нестационарным объектом Советский патент 1988 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при проектировании систем автоматического управления нестационарным объектом, у которого параметры изменяются в очень широких диапазонах, для обеспечения работоспособности таких систем в условиях воздействия на них высокочастотных помех.

Цель изобретения - повьшение помехозащищенности системы при изменении коэффициента передачи, собственной частоты и демпфирования объекта управления. ,15

На фиг, представлена блок-схема системы автоматического управления нестационарным объектом; на фиг.2 - схема перестраиваемого корректирующего устройства; на фиг.З - схема вы-20 числительного устройства. Система автоматического управле- ния нестационарным объектом состоит из элемента 1 сравнения, первого кор- ректирующего устройства 2, сумматора 25 3, перестраиваемого корректирующего устройства 4, суммирующего усилителя 5, исполнительного устройства 6, объекта 7 управления, третьего 8,

четвертого 9 и. второго 10 корректи- 30 рзтощих устройств, блока 11 датчиков и блока 2 вычисления параметров корректирующего устройства.

Перестраиваемое корректируюЦее устройство 4 реализует передаточную с ункцию вида

, ,;() - -i-fe- ii -±-bItl

{ b,S + bo

40

; где bo(t)cJ(t) и bi(t)2(t)a},(t) - выходные сигналы блока 12 вычисле; ния параметров.

Блоки 13 - 15 з ножения вместе с

резисторами 16 - 20 () обеспечи-45

вают подстройку параметров перестраиваемого корректирующего устройства 4 в зависимости от выходных сигналов блока 2 вычисления параметров. Позициями 21-26 обозначены интегрирую- Q щие, суммирующие и инвертирующие усилители Блок 12 вычисления парамет- . ров реализует следующие зависимости;

1 1- ч i d о г/..ч . /. / шгЬдЗ CvS ч.,/ 2f(t)w(t)(- ------ - ----- + --Y-)yV;55

Ь 2

т

(л-i.

« ,(t).-(-n,.)3f- -.

f - массовая плотность воздуха;

V - скорость полета самолета;

скоростной напор потока;m f(G) - масса самолета;

S - площадь крьша; - средняя аэродинамическая хорда; G - вес самолета; о/ - угол атаки; G - вес топлива; , (в,М). - коэффициент подъемной силы; 2 (G) - момент инерции отно.сительно оси; М - число Маха;

to

m

г f(cy,M)

0 5

0

с

m

,0,5m 2

z m, f(M,C,)

c°; f (M,c)

0

5

Q

5

- производные безразмерных коэффициентов подъемной силы и моментов .

Блок 12 вычисления параметров со- держит блоки 27-38 умножения, функциональные преобразователи 39-44,а также суммирующие и инвертирующие усилители.

В функциональном преобразователе 39 реализуется зависимость С(о/,М), которая получена из зависимости Cy(ef,M), в функциональном преобразователе 40 - зависимость ), которая получена из зависимости ni2.(C,,M), в функциональном преобра- зователе 4 - зависимость С(с,М) , в фун- кциональном преобразователе 42 - зави симость га 2(М,С ) ,в функциональном

преобразователе 43- зависимость-(G) : , .m

;;,;; j в фзшкциональном преобразоLi+b.,.

ватёле 44 - зависимость -(т)-т- .

I

где г, - радиус инерции.

На фиг.З у каждого функционального преобразователя и блока умножения в скобках указана величина, в функции которой на выходе соответствую- щих элементов получается напряжениео В блоке 30 умножения вторым мнцжите- лем является величина 57,3, а .в блоке 33 г- величина 0,5. Резисторы 45 - 49 являются функциями геометрических данных самолета: площади крьша S и средней геометрической хорды Ь

(указаны в скобках у соответствующих резисторов).

Система работает следующим образом.

Задающее воздействие поступает на вход элемента 1 сравнения. Сигнал рассогласования с выхода элемента 1 сравнения поступает на вход первого корректирующего устройства 2 с постоянными параметрами и далее (сигнал Xf) на первый вход сумматора 3, на второй инвертирующий вход которого поступает сигнал Х с второго корректирующего устройства 10. С выхода сумматора 3 сигнал Х поступает на вход перестраиваемого корректирующего устройства 4, параметры которого изменяются в зависимости от сигналов G, и G блока 12 вычисления параметров. С выхода перестраиваемого корректирующего устройства 4 сигнал и поступает на вход суммирующего усилителя 5, на другие входы которого поступают сигналы с третьего 8 и четвертого 9 корректирующих устройств с постоянными параметрами.

С выхода суммирующего усилителя 5 сигнал Uij- поступает на вход исполнительного устройства б и на вход трет его корректирующего устройства 8,Сигнал с выхода исполнительного устройства 6 поступает на вход объекта 7 управления с переменньми параметрами и на вход четвертого корректирующего устройства 9, С выхода объекта 7 утз.

равления сигнал Х, поступает на второе корректирующее устройство 10 и на элемент 1 сравнения. С блока 11 датчиков информация поступает на блок 12 вычисления-параметров, где она обрабатьтается, и вырабатьюается новая информация в виде сигналов G и G, с помощью которых происходит перестройка параметров корректирующего устройства 4.

Пусть объект 7 управления имеет передаточную функцию

а исполнительное устройство 6 - функцию

W,(S)

- Aj S4B,,S +

Bjd) ,S +

Ha основании изложенного выбира-; следующие передаточные функции бло2,4,5,8-10 основного контура:

(if;aTs; ;5

„,(s.t).5libIWjikIU,

,,

Wj(S) Кг; Wg(S) ,W,,(S)

7iS+Fto

КЗ

S +b.S

bo

W (s) -ai§ii-fiS -S ±Ji3J s i MM S iffji.,

C(S)

W.o (S)

iiLs:±b s + «

C(S)

Wj (S)

Блоки 9.1 и 9.2 можно объединить, и тогда передаточная функция объединенного блока имеет вид

. ..+ Яго

c (s)()

Введение в систему между сумматором 3 и суммирующим усилителем корректирующего устройства с подстраиваемыми параметрами, у которого подстраиваемые коэффициенты полинома числителя его передаточной функции совпадают с переменными коэффициентами полинома знаменателя передаточной функции объема управления, позволяет исключить влияние последних на помехозащищенность систем, а использование в цепи обратной связи, охватывающей исполнительное устройство и суммирующий усилитель, корректируюее звено,полином знаменателя передаточной функции которого содержит соммо

Изобретение относится к области автоматического управления. Целью изобретения является повышение помехозащищенности системы автоматического управления нестациокарньи объек- том, у которого меняется не только коэффициент передачи, но .и собственная частота и демпфирование, от высокочастотных помех при обеспечении всех требований, предъявляемых к качеству переходных процессов, при малой чувствительности показателей устойчивости и качества к изменению в заданньк диапазонах переменных параметров, к неучтенным при синтезе малым постоянным времени и при ограниченной мощности исполнительного устройства. Поставленная цель достигается за счет введения в прямую цепь системы перестраиваемого корректирующего устройства с подстраиваемыми параметрами и в обратную связь, охватывающую исполнительное устройство и суммирующий усилитель, корректирующего звена, полином знаменателя передаточной функции которого содержит сомножитель, равный полиному знаменателя перестраиваемого корректирующего устройства, т.е. за счет выбора основного контура в классе помехозащищенных параметрически инвариантных компенсационных систем и введения подстройки минимального числа параметров регулятора с помощью блока вычисления параметров корректирующего устройства и блока датчиков. 3 ил. S сл со О) ч

, чжитель,равный полиному знаменателя пеW-,(S,t) sf+b(t)) ° .рестраиваемого корректирующего устрой- ства, позволяет реализовать квазиоптимальную передаточную функцию замк- , нутой системы вида

bi(t)2(t)uJ,(t), bo(t)

Wo(t).

4,/о .л - WiJ SlW iS tlWjiSlW iSlWjlS ti .

(b,t) - n.w,.(s)W8(S)+W5(S)Wj(S)Wg(S)W,,(S)(S)W(S)x

.(s7t)w s7trWi,(S)+Wi(S)W4(S,t)Ws(S) Wfe(S)WT(S,t)

Выбор параметров регулятора при изменении как коэффициента передачи объекта управления, так и его собственной частоты и демпфирования в широких пределах позволяет существенно снизить величину дисперсии сигнала Uj- при действии высокочастотных по

нарного объекта 7 управления, повышая помехозащищенность системы.

Еели не компенсировать изменение собственной частоты и демпфирования, то для обеспечения требуемых показателей качества приходится отходить от квазиоптимальной математической модели, увеличивая ее коэффициент. При этом увеличивается полоса пропускания системы, з еличивается величина дисперсии на входе исполнитель- ного устройства от высокочастотной помехи, действующей со стороны выхода системы, и как следствие, уменьшается ее помехозащищенность. Чем больше диапазоны изменения собственной частоты и демпфирования объекта З равления, тем в большей степени необходимо згчитьшать коэффициенты математической модели для обеспечения требуемых показателей качества переходного процесса на всех режимах Фзшкционирования системы с постоянной СТРУ1СТЗФОЙ и с постоянными параметрами и тем ниже.помехозащищенность системы. Поэтому эффектив- ность введения блоков 4 и 9,1 тем выше, чем больше пределы изменения переменных параметров. :формула изобретени

Система автоматического згаравле- ния нестационарным объектом, содер0

25

5 0 30 35 .

40

жащая последовательно соединенные элемент сравнения и первое корректирующее устройство, последовательно соединенные сум мирующий усилитель, исполнительное устройство, объект управления, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения и входом второго корректирующего устройства, выход исполнительного устройства через третье корректирующее устройство соединен с первым входом суммирующего усилителя, второй вход которого через третье корректирующее устройство соединен с его выходом, отличающаяся тем, что, с целью повьш1ения помехозащищенности системы при изменении коэффициента передачи, собственной частоты и демпфирования объекта управления, в нее дополнительно введены сумматор, перестраиваемое корректи- рздащее устройство, блок вычисления параметров корректирующего устройства и блок датчиков, причем выход первого корректирующего устройства соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соедич.йг.с выходом второго корректирзпощеро уст, ройства, а выход - с информационш ; , входом перестраиваемого корректирующего устройства, выход которого соединен с третьим входом суммирующего усилителя, выхода блока датчиков соединены с входами блока вычисления параметров корректирующего устройства, первый и второй выходы которого сое- . динены соответственно с первым и вторым управляющими входами перестраиваемого корректирующего устройства .

ла

Фиг

Редактор А.Огар

Составитель С.Исаков

Техред Л.Сердюкова. Корректор Э.Лончакова

Заказ 3477/42

Тираж 866

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

,28

,23

(М М

Ы.

Подписное