Система автоматического управления нестационарным объектом Советский патент 1992 года по МПК G05B13/00 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при проектировании систем автоматического управления нелинейными многорежимными объектами с нестационарными параметрами.

Цель изобретения - обеспечение заданно: динамической точности при управлении нелинейным многорежимным объектом.

Поставленная цель достигается тем, что система автоматического упрвления нестационарным объектом N-ro порядка, содержащая элемент сравнения, который подключен одним входом к задатчику, другим входом к выходу объекта, выходом ко входу корректирующего устройства, выполненного в виде последовательно соединенных интегратора, М-1 интегросумматоров и суммирующего усилителя, при этом вход интегратора и один из входов всех интегро- сумматороо и суммирующего усилителя подсоединены к выходу элемента сравнения, другой вход последних N-1 интегросум- маторов подключен к выходу суммирующего усилителя, причем М 2N-1 и на единицу меньше, чем заданный порядок астатмзма системы, снабжена нелинейным функциональным преобразователем, формирующим нелинейную функцию, обратную нелинейной функции объекта, м N широкополосными фильтрами, каждый из которых выполнен в виде М последовательно соединенных интегросумматоров, второй вход каждого из которых подсоединен к выходу последнего интегросумматорз своего широкополосного фильтра, третий вход первых M-i+1 интегросумматоров каждого 1-го широкополосного фильтра подсоединен к задатчику, четвертый вход первых N-I интегросумматоров 1-го (N1.2,..., N) широкополосного фильтра подключен к аыходу объекта, первый вход первого интегросумматора первого широкополосного фильтра

подключен к выходу интегратора, первый вход первого интегросумматора каждого последующего j-ro ,3 N) широкополосного фильтра подключен к выходу (Н)-го

интегросумматора корректирующего устройства, а выходы последних интегросум- маторов широкополосных фильтров и суммирующего усилителя корректирующего устройства подсоединены ко входам нелинейного функционального преобразователя, который выходом подключен ко входу объекта.

На чертеже представлена блок-схема системы автоматического управления нестационарным объектом.

Система автоматического управления нестационарным объектом содержит эле- мен; 1 сравнения, который подключен одним входом к задатчику 2, другим входом к

выходу объекта 3, выходом ко входу корректирующего устройства 4, выполненного в виде последовательно соединенных интегратора 5, М-1 интегросумматоров 6/1-6/(М- 1) и суммирующего усилителя 7, при этом

вход интегратора 5 и один из входов всех интегросуммзторов 6/1-б/(М-1) и суммирующего усилителя 7 подсоединены к выходу элемента 1 сравнения, другой вход поспед- них N-1 интегросумматоров 6/(М-М+1)6/(М-1) подключен к аыходу суммирующего усилителя 7, причем М 2N-1 и на единицу меньше, чем заданный порядок астатизма системы, нелинейный функциональный преобразователь 8 и N широкополосных фильтров 9/1-9/N, каждый 1-й из которых выполнен в виде М последовательно соединенных интегросумматоров i(1-i)M, второй вход каждого из которых подсоединен к выходу последнего интегросумматора i/M своего широкополосного фильтра 9/i, третий

вход первых M-f+1 интегросумматоров

/1-|Д М-1+1) каждого i-ro широкополосного

фильтр 9/I подсоединен к задатчику 2, четвертый вход первых N-i интегросумматоров

l/1-l/(N-t)l-ro (,2N) широкополосного

фильтра 9/1 подключен к выходу объекта 3, первый вход первого интегросумматора 1/1 первого широкополосного фильтра 9/1 подключен к выходу интегратора 5, первый вход первого интегросумматора J/1 каждого последующего J-го ,3 N) широкополосного фильтра 9/J подключен к выходу (-1)-го интегросумматора 6/0-1) корректирующего устройства 4, а выходы последних интегросумматоров 1/M-N/M широкополосных фильтров 9/1-9/N и суммирующего усилителя 7 корректирующего устройства 4 подсоединены ко входам нелинейного функционального преобразователя 8, который выходом подключен ко входу объекта 3.

Математическое описание объекта управления и управляющего устройства системы можно представить в виде следующих дифференциальных уравнений

u(NLf(u«.v JN-tJ,.у,ут

1(уДуп,упуГЛ to),(1)

где у, уу - фазовые координаты объекта;

и -управляющее воздействие;

f(...) - нелинейная нестационарная функция, аналитическая относительно своих аргументов; уп, УП,..., УП - предписанные требуемым уравнением движения системы

p4p( (с, p j

()

нэт

законы изменения ее фазовых коордиЧ« Чч« Сг.Гн),

Ч« -рЧ. (г-1 к), 20 выходной сигнал суммирующего усили

ft Кд , м п / 1 . Этот сигнал, пропорциональный тр

«.fzvj -t p4 l pr2(rJPJj/3 «-z:e.p-)j 9мому значению N-й производной утГм

J (VnnUOUWnnnn ПСЮШЮГЯ ОСЬ Л Milt AIJLI лРЛ« Г1

При изменении выходного сигнала дания задатчика 2 сразу же нарушается новесие входных сигналов в интегросумматоров 1/1-1/М первого ш кополосного фильтра 9/1, первых M-J+ тегросумматоров j/1-j/(M-j+1) кажд последующего j-ro (, 3,...N) широкопо ного фильтра 9/j и элемента 1 сравне выходной сигнал рассогласования кото поступает на вход интегратора 5 и соот ствующие входы интегросумматоров 6/(М-1) и суммирующего усилител корректирующего устройства 4. Но так выходные сигналы интегратора и инте сумматоров не могут изменяться мгно но, то е первый момент времени измен только один из входных сигналов нели ного функционального преобразовател выходной сигнал суммирующего усили 7. Этот сигнал, пропорциональный тре

J)

ходной управляемой величины, обусл изменение выходного сигнала нелиней

y/N - требуемый закон изменения N-й производной выходной величины

Ят ;1 Ф р1М(ф|ф11) «

i-H J

В выражениях (2)-(4) через g обозначен выходной сигнал задания задатчика 2, а через п (,2...,М) и о (,2М)-постоянные параметры соответственно низкочастотной и высокочастотной части системы. При этом если в номинальной точке каждого из L возможных режимов работы многорежимного объекта управления линеаризовать нелинейные функции системы (1) и найти упрощенную передаточную функцию системы без учета прямых компенсирующих связей по сигналу задания, то можно

5

0

5

записать характеристическое уравнение замкнутой системы для каждого из возможных режимов

М + N

О (1 1,1.)

(5)

0

5

0 выходной сигнал суммирующего усили

7. Этот сигнал, пропорциональный тр

мому значению N-й производной утГм

VnnUOUWnnnn ПСЮШЮГЯ ОСЬ Л Milt AIJLI лРЛ« Г1

2 a ri

г о

где ari(,2M+N) - постоянные коэффициенты линеаризации, являющиеся функциями параметров системы т и 0}.

Тогда значения параметров т (,2,..., N)

и о .2М) можно выбрать из области

их допустимых значений, которая ограничена следующими соотношениями между коэффициентами уравнений (5):

ан2 2a(M)la(rM)i (,M+N-1;l 1,L) Система автоматического управления нестационарным объектом работает следующим образом.

При изменении выходного сигнала задания задатчика 2 сразу же нарушается равновесие входных сигналов всех интегросумматоров 1/1-1/М первого широкополосного фильтра 9/1, первых M-J+1 интегросумматоров j/1-j/(M-j+1) каждого последующего j-ro (, 3,...N) широкополосного фильтра 9/j и элемента 1 сравнения, выходной сигнал рассогласования которого поступает на вход интегратора 5 и соответствующие входы интегросумматоров 6/1- 6/(М-1) и суммирующего усилителя 7 корректирующего устройства 4. Но так как выходные сигналы интегратора и интегросумматоров не могут изменяться мгновенно, то е первый момент времени изменится только один из входных сигналов нелинейного функционального преобразователя 8 - выходной сигнал суммирующего усилителя 7. Этот сигнал, пропорциональный требуее( J)

выходной управляемой величины, обусловит изменение выходного сигнала нелинейного

5 Функционального преобразователя 8 и, соответственно, выходной управляемой величины у, Одновременно с изменением выходной управляемой величины у системы будут изменяться и выходные сигналы ин0 тегратора и всех интегросумматоров управляющего устройства. При этом выходные сигналы последних интегросумматоров 1/M-N/M широкополосных фильтров 9/1- 9/N будут изменяться по предписанным

5 уравнением (2) законам изменения фазовых координат, а выходная величина у системы будет отслеживать изменение выходного сигнала g задатчика 2 с точностью до той ее производной, порядок которой равен по0 рядку астатизма системы. При этом благодаря астатиэму неполная компенсация нелинейной функции объекта управления за

счет обратной нелинейной функции управляющего устройства, что может быть обусловлено, в частности, нестационарностью объекта, практически не сказывается на динамических свойствах низкочастотной части системы.

Таким образом предложенная система автоматического управления нестационарным объектом обеспечивает при управлении нелинейным многорежимным объектом заданную динамическую точность. Формула изобретения Система автоматического управления нестационарным объектом N-ro порядка, содержащая элемент сравнения, который подключен одним входом к задатчику, другой входом к выходу объекта, выходом - к входу корректирующего устройства, выполненного в виде последовательно соединенных интегратора, М-1 интегросумматоров и суммирующего усилителя, при этом вход интегратора и один из входов всех интегросум- маторов и суммирующего усилителя подсоединены к выходу элемента сравнения, другой вход последних N-1 интегросумматоров подключен к выходу суммирующего усилителя, причем М 2N-1 и на единицу меньше, чем заданный порядок астатмзма системы, отличаю а1эяся тем, что, с целью обеспечения заданной динамической точности при управлении нелинейным многорежимным объектом, она снабжена нелинейным функциональным преобразователем, формирующим нелинейную функ- цию, обратную нелинейной функции объекта, и N широкополосными фильтрами, каждый из которых выполнен в виде М последовательно соединенных интегросумматоров, второй вход каждого из которых

подсоединен к выходу последнего интегро- сумматора своего широкополосного фильтра, третий аход первых М-1+1 интегросумматоров каждого 1-го широкополосного фильтра подсоединен к задатчику,

четвертый вход первых N-i интегросумматоров (,2N) широкополосного фильтра подключен к выходу объекта, первый вход первого интегросумматора первого широкополосного фильтра подключен к выходу интегратора, первый вход первого интегросумматора каждого последующего j-roG 2,3,...,N) широкополосного фильтра подключен к выходу (И)-го интегросумматора корректирующего устройства, а выходы последних интегросумматоров широкополосных фильтров и суммирующего усилителя корректирующего устройства подсоединены к входам нелинейного функционального преобразователя, который выходом подключен к входу объекта.

Изобретение относится к автоматике. Цель изобретения - обеспечение заданной динамической точности при управлении нелинейным многорежимным объектом. Система содержит элемент 1 сравнения, который подключен одним входом к задат- чику 2, другим входом - к выходу объекта 3, выходом - к входу корректирующего устройства 4, выполненного в виде последовательно соединенных интегратора 5, М-1 интегросумматоров б/1-6/(М-1) и суммирующего усилителя 7. Вход интегратора 5 и один из входов всех интегросумматоров 6/1-6/(М-1) и суммирующего усилителя 7 подсоединены к выходу элемента 1 сравнения . Другой вход последних N-1 интегросумматоров 6/(M-N+1)-6/(M-1) подключен к выходу суммирующего усилителя 7, причем М и: 2N-1 и на единицу меньше, чем заданный порядок астатизма системы. Система снабжена нелинейным функциональным преобразователем 8 и N широкополосными фильтрами 9/1-9/N. Каждый 1-й фильтр 9 выполнен в виде М последовательно соединенных интегросумматоров I/1-I/M, второй вход каждого из которых подсоединен к вы