Устройство терминального управления Советский патент 1990 года по МПК G05B19/04 

Изобретение относится к области систем автоматического управления и предназначено для управления динамическими системами, терминальное (конечное) состояние которых описывается k координатами (,2, . „.) , а время достижения этого состояния фиксировано или ограничено.

Цель изобретения - повышение качества управления объектом.

На чертеже представлена функциональная схема устройства терминального управления.

Устройство терминального управления содержит блок 1 k задатчиков, блок 2 п шин координат объекта управ ления, п суммирующих усилителей 3-1, 3-2,...,3-п, блок k элементов выборки-хранения, п интеграторов, 5-1, 5-2,...,5-п, снабженных схемой сброса, ключ 6, п сумматоров 7-1,7-2,..., 7-n, n масштабных усилителей 8-1, 8-2,...,8-п, коммутатор 9, инвертор 10, шину 11 Старт-стоп, шину 12 переключения режимов работы и выходную шину 13 устройства.

Устройство терминального управления работает следующим образом.

Объект управления представлен в форме фазовой переменной

x(t)Ax(t)+BU(t), (1)

y(t)-Cx(t),(2)

где x(t) -n-мерный вектор состояния

(координат объекта); U(t) - скалярное управление; y(t) - k-мерный выходной вектор (выходные координаты объекта) ; А,В,С - числовые матрицы вида:

сл

Ј 00

4ь

А ..о: В- ; 0 (3)

ч

где Z( t)Z1(t),Z2(t ),..., , U{0) U ,(0),иг(0 ),..., Un(0).

Для величин U,(0), ,2,...,n получают

Изобретение относится к области систем автоматического управления и предназначено для управления динамическими системами, терминальное (конечное) состояние которых описывается K координатами, а время достижения этого состояния фиксировано. Целью изобретения является повышение качества управления объектом. Устройство терминального управления содержит блок K задатчиков, блок N шин координат объекта управления, N суммирующих усилителей, блок элементов выборки-хранения, N интеграторов, снабженных схемой сброса, ключ, N сумматоров, N масштабных усилителей, коммутатор, инвертор, шину "Старт-стоп", шину переключения режимов работы и выходную шину устройства. 1 ил.

В соотношениях (3) с(; -коэффициенты характеристического полинома o/,+cLS+

,, П-1 , „ Иi

и.(о) ZF, х,(о)+ Ј с

/.1 I

; jyj5.

(7)

+S ; С - числовая матрица

+ ...+o(l,SI полного ранга k.

Целью управления является перевод объекта (1) из произвольного состоя- ния х(0) в условно начальный момент времени 10щО в такое конечное состояние х(Т), чтобы выходной вектор у(Т) в момент времени Т принял заданное значение у Зо,д

y(T)Cx(T)(T)y3e(At (А)

ю

где коэффициенты передач F ,.., G .. заранее рассчитываются и устанавливаются по соответствующим входам суммирующих усилителей , ,-,...,n на основании следующего.

Коэффициенты усиления масштабных 1$ усилителей 8-1,8-2,...,8-п устанавливаются равными соответствующим коэффициентам о/, , о(г

o(h характеристического полинома объекта (1), так что в соответствии с чертежом для

при этом управление U(t), реализующее 2Q вектора Z(t )CZ ,(t ),Z a(t),... ,Zh(t) ,

. 30

этот перевод, имеет минимальную норму

т

Jji 2 (t )dt0 Это основной режим работы

устройства терминального управления, в котором коммутатор 9 управляющим 25 сигналом с шины 12 через первый вход (подключает выходной сигнал ключа 6 через инвертор 10 к выходной шине устройства 13. Е другом режиме, когда .Управление формируется через второй вход коммутатора, реализуется обычный Јакон управления с обратной связью. 0 этом случае время перевода строго не фиксировано, а время Т определяет требуемую по физическим соображениям Честкость управляющего воздействия.

В исходном состоянии по команде Стоп с шины 11 интеграторы , $-2,.„„,5-п разряжаются, блок 4 работает в режиме слежения за выходными сигналами U,(t), U4(t ),.„., Un(t) n суммирующих усилителей ,,, с выходов блоков 1 и 2 поступают сигналы с заданном У,-,ИЛ, i ,2, „.. ,k

определяющего состояние интеграторов, получают

Z(t) -ATZ(t) - ATU(C.(8)

Совокупность соотношений (1), (6) и (8) можно представить в следующем компактном виде:

x(t)(t)+B tU(0),

fx(t) -ВВТ

и:

где x(t)

Z(c)

АЧ.О

-А

В

-ввт

-АГ

(Ю)

35

Определяют такой постоянный на отрезке времени О,Т вектор U(0), чтобы выходной вектор y(t) системы (9)

с

(t))+DU(0)

О I о

40

Гх(О

° |U(0) О ъ

- n-fc

(ft)

и текущем х ,-, j 1,2,0..,n состоянии

5«Л

(

объекта управления, ключ б разомкнут и на выходной шине 13 сигнал управления отсутствует. По команде Старт с шины 11 в условно начальный момент времени блоком фиксируются значения U/0), U й(0)... s Uh(0), интеграторы переводятся в режим интег- 1рирования, ключ 6 замыкается и на айне 13 формируется сигнал управления

U(t) -CZn(t) + Uh(0), (5) где Z (t) - выходной сигнал интегратора Учитывая (3), выражение (5) можно представить в виде

U(t)(t)n-U(0)3, (6)

45

|LZ(t )j L и ; J-h-fcj в момент времени -Т, принимая следующее заданное значение,

У(Т)

Гуз«.1

1о J

зад

12)

50

55

В соотношении (11) через I обозначена единичная матрица размерности n-k,

Из соотношений (9)™(12) и условия постоянства U(0) следует, что

и(о)(т„о) (т оь(о)+

+ (T,0)+D - y3eiA,(13)

где Ф(Т,0)ехр(), H(TS0)

f exp().

и.(о) ZF, х,(о)+ Ј с

/.1 I

; jyj5.

(7)

ю

где коэффициенты передач F ,.., G .. заранее рассчитываются и устанавливаются по соответствующим входам суммирующих усилителей , ,-,...,n на основании следующего.

Коэффициенты усиления масштабных усилителей 8-1,8-2,...,8-п устанавливаются равными соответствующим коэффициентам о/, , о(г

o(h характеристического полинома объекта (1), так что в соответствии с чертежом для

вектора Z(t )CZ ,(t ),Z a(t),... ,Zh(t)

определяющего состояние интеграторов, получают

Z(t) -ATZ(t) - ATU(C.(8)

Совокупность соотношений (1), (6) и (8) можно представить в следующем компактном виде:

x(t)(t)+B tU(0),

fx(t) -ВВТ

и:

30

5

где x(t)

Z(c)

АЧ.О

-А

В

-ввт

-АГ

(Ю)

Определяют такой постоянный на отрезке времени О,Т вектор U(0), чтобы выходной вектор y(t) системы (9)

с

(t))+DU(0)

О I о

- n-fc

Гх(О

° |U(0) О ъ

(ft)

|LZ(t )j L и ; J-h-fcj в момент времени -Т, принимая следующее заданное значение,

Гуз«.1

1о J

зад

12)

В соотношении (11) через I обозначена единичная матрица размерности n-k,

Из соотношений (9)™(12) и условия постоянства U(0) следует, что

и(о)(т„о) (т оь(о)+

+ (T,0)+D - y3eiA,(13)

где Ф(Т,0)ехр(), H(TS0)

f exp().

Так как переменные Z,,Z-,...,&„ предварительно обнуляются сбрасываются в нулевое состояние интеграторы 5-1,5-2,.оо,5-п), то с учетом (12) соотношение (13) равносильно следующему

U(0)Fx(0) + Gy3M,

блока элементов выборки-хранения, вторые входы - с соответствую, ши выходами k-1 интеграторов, нам ая с второго интегратора, а трет-.- входы -i с соответствующими выходами k-1 масштабных усилителей, начиная с второго масштабного усилителя, выход первого масштабного усилителя соединен с инв котором подматрицы F, G являются блоками соответствующих матриц в (13)- 10 Формациэнным входом первого интегра- Элементы Fr , G ,j подматрицы F, G тора, выход ключа подключен к первому используются в качестве коэффициен- информационному входу коммутатора, ,тов передач в (7), устанавливаемых по соответствующим входам суммирующих

к управляющему входу которого подключена шина переключения режимов рабоусилителей 3-1, 3-2,...,3-п.15 ты отличающееся тем,

Таким образом, выражение (6) обес- что с мелью повышения каиества уп- печивает выполнение терминального условия (12)г котооое включает исходное терминальное условие (k), и кроме торавления объектом, в него дополнительно введены n-k суммирующих усиу.- телей, n-k+1 сумматоров, n-k+1 20 раторов, n-k+1 масштгСных усилителей и инвертор, выход которого соединен с выходной шиной ус свойства, а вход - с выходом ключа, первая группа из k входов n-k суммирующих усилителей 25 подключена к k выходам блока k задат- чиков, к второй группе из п входов подключены п шин координат объекта управления, выходы n-k суммирующих ус(-т;ителей соединены с соответствую

Устройство терминального управле- 30 щими n-k информационными входами блока элементов выборки-хранения, выход последнего n-го суммирующего усилителя связан также с вторым информационным входом коммутатора, n-k выходов 3 блока элементов выборки-хранения соединены с первыми входами соответствующих n-k сумматоров, вторые входы которых связаны с выходами соответствующих n-k интеграторов, третьи входы ционному входу блока элементов выбор- 40 сумматоров соединены с выходами ки-хранения, управляющий вход которо- соответствующих n-k масштабных усили- го соединен с шиной Старт-стоп, с телей, входы п масштабных усилителей входами установки нуля k-1 интеграто- соединены с выходом последнего п-го ров и управляющим входом ключа, k-1 сумматора, входы установки нуля n-k сумматоров, первые входы которых свя- 45 интеграторов и управляющий вход ключа эаны с соответствующими, k-1 выходами соединены с шиной Старт-стоп.

го имеет минимальную нормуJU2(t)dt,

о

так как вектор Z(t)+U(0).B виде соотношения (8) и условия Z(0)0 равносилен решению сопряженной системы, а условие (12) включает условие трансверсальности.,

Формула изобретения

ния, содержащее блок из k задатчиков, k выходов которого подключены соответственно к первым группам из k входов каждого из k суммирующих усилите- пей, к вторым группам из п входов, каждому из кбторых подключены п шин координат объекта управления, выход каждого из k суммирующих усилителей подключен к соответствующему информаы

блока элементов выборки-хранения, вторые входы - с соответствую, ши выходами k-1 интеграторов, нам ая с второго интегратора, а трет-.- входы -i с соответствующими выходами k-1 масштабных усилителей, начиная с второго масштабного усилителя, выход первого масштабного усилителя соединен с ин3)- 10 Формациэнным входом первого интегра- тора, выход ключа подключен к первому информационному входу коммутатора, х

Формациэнным входом первого интегра- тора, выход ключа подключен к первому информационному входу коммутатора,

к управляющему входу которого подключена шина переключения режимов рабо- У2эай

f$3&d,

о

ЬзвА j

f

s-i

J™ (К+Ц

Vw

ж

,m

XЈft)

/j//;«H-v

seej

xam

Ж.

3-П

(К+Ц

Vwlt)

Un№

w

W

7-fa-lJ 7-n