Способ формирования сигнала управления Советский патент 1981 года по МПК G05B13/00 

(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к оптимальным по быстродействию системам автоматического управления, работающим в условиях вариаций параметров объекта управления. Известен способ формирования управляющего воздействия при оптимальном управлении линейным объектом второго порядка, в соответствии с которым управляющее воздействие формируют путем сравнения модуля выходного сигнгша объекта и интеграла от модуля выходного сигнала модели объекта, которая выдает сигнал в обращенном ускоренном времени, при нулевых входных воздействиях, прекращают интегрирование при равенстве сравни ваеких величин и определяют в этот момент знак управляющего воздействия с помощью выходного сигнала объекта н модуля выходного сигнала модели i Недостатком данного способа является тот факт, что в условиях вариация параметров объекта система не может поддерживать оптимального по быстродействию управления. Наиболее близким к предлагаемому является способ формирования сигнала управления, основанный на определении сигигша ошибки системы и сигнала производной ошибки системы, формиро вании постоянного сигнала, умножении :игнала производной сигнала ошибки системы на постоянный сигнал, суммировании полученного сигнала с сигналом сяяибки 2 . Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает малого времени регулирования. В соответствии с известным способом задаются желаемым процессом (уравнение эталонной модели) где fя - выходной параметр модели; ej( - скорость изменения выход ного параметра модели; и - управляющий сигнал. Управление системой производится в виде 6), где К - постоянные коэффициенты усилениям t « 1,2,3; , If - выходной параметр объекта управления;

- подстраиваемый параметр

VAR регулятора, обеспечивающий при вариациях момента инерции нагрузки постоянство траектории перемещения.

В результате Куд будет автоматиески изменяться со скоростью, превышающей скорость основного переходного процесса в системе, и поддерживать постоянство траекторий перемещения.

Однако этот способ не обеспечивает оптимизации времени переходного процесса, особенно в случае значительных вариаций параметров объекта управления.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что квантуют сигнал ошибки системы по уровню, соответственно каждому уровню масштабируют сигнал первой производной сигнала ошибки система, измеряют сигнал ошибки системы и суммируют его с постоянным сигналом, полученный сигнал умножают на сигнал производной ошибки системы и суммируют его с сигналом ошибки системы, из которого формируют сигнал знака и используют его для управления.

На чертеже представлена схема одного из вариантов реализации предлагаемого способа.

Схема включает в себя пороговый элемент 1, коммутатор 2, кассету 3 масштабных блоков, объект 4 управления, зталонную модель объекта 5 управления, блок 6 сравнения, дифференциатор 7, инвертор 8, блок 9 логики, ключи 10-14, блок 15 задания режимов, сумматор 16.

Приняты следующие обозначения: g(t) Kt) - ступенчатый входной сигнал

cf - алгебраическая сумма входного сигнала и его первой производной;

I DV, /- максимсШьное значение напряжения управления;

4(t) - выходная координата;

x(t) - сигнал ошибки; x(t) - первая производная

сигнала сшибки; x(t) - значение сигнала

.сшшбки в момент равенства

A(t) Ov

При синтезе оптимального по быстродействию управления моменты переключения знака управления могут определяться при достижении изображающей точной системы гиперповерхностей

ереключения. Для упрощения реализаии быстродействующих следящих систем рименяются квазиоптимальные алгориты управления, когда система перевоится с максимальным быстродействием в некоторую область, расположенную вокруг начала координат фазового пространства системы. При этом достаточно построить лишь одну гиперповерхность переключения в фазовом пространстве, которая должна обеспечивать попадание изображающей точки в область около начала координат.Вид такой гиперповерхности переключения определяется объектом управления и может изменяться при вариациях параметров объекта управления. Практический интерес при задачах оптимального по быстродействию перемещения инерционной нагрузки имеют случаи максимального использования энергетики исполнительных двигателей, т.е. случаи достижения максимально возможных значений ускорения.При этом гиперповерхность переключения вырождается в поверхность, являющуюся функцией лишь двух переменных: регулируемой координаты и ее первой производной F(X,X)J.

Для определения вид F(x,x) в данном способе в самом общем виде можно воспользоваться эталонной моделью объекта управления, полученной предварительно с помощью одного из известных методов идентификации.

Предлагаемый диапазон начальных условий Ofxo разбивается на т-диапазонов, в зависимости от величины х и размеров рбласти около начала координат. Для каждой из этих диапазонов необходимо найти прямую переключения х , обеспечивающую проход изображающей точки системы вблизи начала координат фазового пространства системл. Поиск необходимого . проводится по обработке этсшонной моделью ступенчатого входного воздействия с амплитудой Хо (vvi за счет определения величины х при i о и подстройки этой величиной коэффициента усиления по цепи производной регулируемой координаты. Искомая зависимость F(x,x) определяется как сумма Х- 5к, причем переключение К происходит в зависимости от текущего значения регулируемой координаты X. В процессе работы системы всегда есть возгжэжность за счет параллельного включения модели оперативно изменять коэффициенты KI.

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от величины ступенчатого входного воздействия коммутатор 2 подсоединяет к соответствующему масштабному блоку проинвертированный сигнсш производной ошибки отработки входного воздействия,сформированный на блоке 6 сравнения. Алгебраическая сумма сигнала ошибки X и его производной х подается на пороговый элемент 1 и с выхода порогового элемента максимальное значение .напряжения управления (Um/ поступает на объект 4 управления ил эталонную модель 5 в зависимости от положения ключей 10 и 11, определяе )жэго блоком 15 зсщания режимов. В р жиме определения оптимальн лх значений lt замкнут ключ 11 и разомкнут 10. Регулировка значений К пр исходит сигнгшом х, который снимается с блока 9 логики при равенстве « 0. Таким образом, разбивая диапазон 0 Хо1на участки Xofw из условия ЭС где эе - размер области вокруг ш начала координат фазового пространства системы, который, в свою очередь, выбирается из условия устойчивой работы сксгемл, удается получить нгщежное попещание изображающей точки системы в область вокруг : начала координат фазового пространства. Само время перемещения в эту область при этом меньше, чем теоретически оптимальное время перемещения в начало координат фазового пространства системы. При синтезе поверхности переключения информация об объекте управления не используется. В случае вынужденных вариаций параметров объекта управления происходит подстройка эталонной модели, а соответственно и коэффициентов . Изобретение позволяет обеспечить квазиоптимальное регулирование -в условиях изменения параметров объекта регулирования. Формула изобретения Способ формирования сигнала управления, основанный на определении сигнала ошибки системы и сигнала производной ошибки системы, формировании постоянного сигнала, умножении сигнала производной сигнала ошибки системы на постоянный сигнал, суммировании полученного сигнгша с сигналом ошибки, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия способа, квантуют сигнал ошибки сисаеглл по уровню, соотвеютвенно каждому уровню масштабируют сигнал первой производной сигнала ошибки систеглл, измеряют сигнал ошибки системы в момент равенства нулю сигнала первой производной ошибки системы и суммируют его |с постоянным сигналом, полученный сигнал умножают на сигнал производной ошибки системы и суммируют его с сигналом ошибки системы, из которого формируют сигнал знака и используют его для управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР I 276207, кл. G.05 В 17/00, 1968. 2. Применение бесконтактных элеентов в электроприводах промышленых установок. Сборник, л., ЛНДП, 977, с. 12 (прототип).