Автомат-настройщик для систем управления Советский патент 1982 года по МПК G05B13/02 

(5) АВТОМАТ-НАСТРОЙЩИК ДЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для автомз тической настройки и выбора параметров систем управления и стабилизации различного назначения, в частности автопилотов, авторулевых, радиоэлектронных аппаратов с автоматической настройкой параметров.

Известны автоматы-настройщики систем автоматического управления, использующие при своей работе принцип функционирования беспоисковых аналитических самонастраивающихся систем с эталонными моделями РД.

Недостатком указанных автоматовнастройщиков следует считать.необходимость выполнения для их эффективной работы достаточно широких ограничений, вытекающих из предположения о близости начального положения рабочих точек эталонной модели и рассмотренной системы.

Т1аиболее близкой к предлагаемой является беспоисковая самонастраивающаяся система автоматического управления с эталонной моделью, содерЛадая последовательно соединенные задатчик тестовых сигналов, эталонную модель, блок вычисления ошибок настройки, блок формирования частных производных критерия настройки по ошибкам настройки, блок умножения и блок интегрирования, выход которого соединен с первыми входами системы управления, первый и второй выходы которой соединены с соответствующими вторыми входами блока вычисления ошибок настройки, а второй вход с выходом задатчика тестовых сигналов, и идентификатор 21.

Наличие идентификатора существенно усложняет автомат-настройщик и может по. отдельным характеристикам ухудшать процессы настройки, в частности затягивать их и уменьшать точность автомата-настройщика. Цель изобретения - повышение точности nyteM исключения известного Идентификатора, упрощения вспомогательных операторов, введения сверток по времени выхода объекта управления с собой и с выходом устройства сравнения (сигналом ошибки) настраиваемой системы и использования особен™ ностей работы автомата-настройщика, заключающихся в применении фиксированных тестовых сигналов. Указанная цель достигается тем, что автомат-настройщик содержит задатчик режимов настройки, блок синхронизации, блок считывания в прямой последовательности, последовательно соединенные первый преобразователь аналог - код, первое запоминающее устройство, первый коммутатор, первый блок считывания в обратной последовательности, первое устройство умножения и интегрирования, первый преобразователь код - аналог, блок вспомогательных операторов, последовательно соединенные второй преобразователь аналог - код, второе :запоминающее устройства, второй коммутатор, второй блок считывания в обратной последовательно.сти, второе устройство умножения и интегрирования, второйпреобразователь код - аналог, вход первого преобразователя аналог.-.код связан с выходом объекта управления - первым выходом системы управления, вход второго преобразователя аналог - код соединен с устройством сравнения настра иваемой системы - вторымвыходом системы управления, второй выход первого запоминающего устройства через блок считывания в лрямой последовательности подключен к вторым входам устройств умножения и интегрирования, выход второго преобразователя код аналог связан с вторым входом блока вспомогательных операторов, выход бло ка интегрирования соединен с третьим входом блока вспомогательных операторов, вь1ход задатчика режимов настройки связан с входом задатчика тестовых сигналов, с вторым входом блока интегрирования, с четвертым входом блока вспомогательных операторов, с вторыми входами коммутаторов и блок синхронизации с вторыми входами первого и второго прербразователей.аналог - код, первого и второго преобразователей код - аналог, блока считывания в прямой послёдовательносподключей к последовательно соединенным второму запоминающему устройству 22, второму коммутатору 6, второму ти, блоков считывания в обратной последовательности и третьими входами устройств умножения и интегрирования, причем выход блока вспомогательных операторов соединен с вторым входом блока умножения. На чертеже приводится пример блочно функциональной схемы системы, Работа автомата-настройщика ини-. циируется задатчиком 1 режимов настройки, выходной сигнал которого подается на вход задатчика 2 тестовых сигналов, второй вход блрка 3 интегрирования скоростей перестройки пара- метров, четвертый вход блока 4 вспомогательных операторов, вторые входы первого 5 и второго 6 коммутаторов и на вход блока 7 cинxpo изaции. Выходной сигнал задатчика 2 является входным для- эталонной модели 8 и вторым входом для подлежащей настройке системы управления, состоящей из объекта 9 управления, устройств управления в прямой 10 и обратной 11 цепи и устройства 12 сравнения Выходной сигнал, и сигнал ошибки эталонной модели, и выход объекта 9 (первый выход системы управления), и выход устройства 12 сравнения (второй выход системы управления) настраиваемой системы подаются на входы блока. 13 вычисления ошибок настройки, выход которого подключен ко входу блока Ц формирования частных производственных критерия настройки по ошибкам настройки. Выход блока 14 подключен к первому входу блока 15 умножения. Первый выход системы управления связан с первым входом первого преобразователя 16 аналог - код, выход которого подключен к последовательно соединенным первому запоминающему устройству 17, первому коммутатору 5, первому блоку 18 считывания в обратной последовательности, первому устройству 19 умножения и интегрирования, первому преобразователю 20 код аналог, выход которого связан с первым входом блока 4 вспомогательных операторов. Второй выход системы автоматического управления соединен с первым входом второго преобразователя 21 анало(- код, выход которого 5 блоку 23 считывания в обратной после довательности, второму устройству Z умножения и интегрирования, второму преобразователю 25 код - аналог, выход которого связан с вторым входом блока k вспомогательных операторов, Второй выход первого запоминающего устройства 17 соединен с первым входом блока 26 считывания в прямой последовательности, выход которого подключен к вторым входам устройств 19 и 24 умножения и интегрирования Выход блока 7 синхронизации связан со вторыми входами преобразователей 16 и 21 аналог - код, преобразователей 20 и 25 код - аналог, блоков 18, 23 и 2б считывания и с третьими входами Устройств 19 и 2А умножения и интегрирования. . Выход блокад вспомогательных one раторов соединен с вторым входом блока 15 умножения, выход которого подключен к первому входу блока 3 интегрирования скоростей перестройки параметров. Выход блока 3 связан с третьим входом блока k вспомогательных операторов и через первые входы системы управления с устройствами управления в прямой 10 и обратной 11 цепи. Автомат-настройщик работает Следу юидим образом. Обозначим ;V, W J We (Хс) опе раторы соответственно объекта управления и управлявших устройств в прямой и обратной цепи; А,, Ас- векторы перестраиваемых параметров размерности соответственно m и .п. В сьответствии с известным принципом градиентнои самонастройки перестройка параметра производится по закону -. 3 Эй л за. . Зе , И Ж где Л const 7 О; Q - критерий настройки, четная функция или функционал ошибки настройки Cj бе -6 или 2. е х(6« и Хе- сигнал ошибки и выходной сигнал эталонной модели; и X - сигнал ошибки и выходной сигнал настраиваемой системы). Оператор замкнутой настраиваемой системы по выходу Ф (1 Ч W,WaWo),Wh; по ошибке % (1 - W,W,WJ-4 Так как эталонная модель не содержит ki,iit«-i шг (M)-(i)«; ( 9 М ./cpsVc avt/ u-/wtS.awiw .u w vv етг/ lij--(- «- - «° ISi)i )) где i 1, ..., ni;j 1, . Операторы в скобках (так называемые вспомогательные) содержат операторы Wo, «t ,, f , которые зависят от априорно неизвестных параметров объекта управления. Последнее обстоятельство и влечет при реализации самонастраивающейся системы ограничивающие рабочий диапазон предположения о близости начального положения рабочих точек эталонной модели и расстроенной системы управления, что позволяет вместе вышепоименованных неизвестных операторов применить соответствующие операторы эталонной системы Wee , е i Фр; иначе необходимо включенное в состав автомата-настройщика идентификаторов параметров оператора объекта Wq или операторов контура управления (cf или ff ). Используя обычное предположение квазистационарности, в преобразованиях Лапласа при, без потери общности, нулевых начальных условиях: :p(S)(S); (S)X(S)/U($) ти, нулевых начальных условиях: 3(S) & (s)/uCs); Ф() xCs)/uCs), где и входной сигнал. Если для k-ro (k 1, ..., г) режима настройки используется вполне определенный (фиксированный) тестовый сигнал и , то на примере последнего из выражений (1) eTcr-tife)(s)as)-/-ЙФГервый сомножитель является модифиированным вспомогательным оператором, / Результат свертки сигналов х, ° временной области, используется соответствия произведения иэоб оригиналов x(s)e(s) {х (S). роведение аналогичных подстановок озволяет перейти от выражений (1) к ,ят1йи«9&ус-и-р(-) 7-с йр г vcb SWiifvci--i -Г-i тгл ) dcLcjlW где i 1, ..., n; j 1, f Ti КlyOB«|X Если сигналы Un(s), k 1, ... r имеют несложную структуру, то при срсзвнении (1) и (2) имеет место вывод об упрощении вспомогательных операторов. При их обозначении соответственно (2) как B(1ikx), (Rcjkx), B(1ik6), (Bcjkf;) для k-го режима настройкиги---Д1 кх) ||,( lcj-A(t|Kx) f|.b;cjK)nj; 4i -яО;к) (iK6)fxe}; U-cj ) Задатчик 1 режимов настройки ОП ределяет номер k, в соответствии с которым задатчик 2 тестовых воздейстЕий генерирует и, через второй вход блока интегрирования скоростей перестройки параметров разрешается установка значений параметровД( f utvX A.(cjkx), Л (1 ikG), Л (cjk 6) для k-го режима через четвертый вход блока модифицированных вспомогательных опе раторов разрешается, .работа операторо B(1i}a}, B(), B(1ike),. B(cjke) для данного режима k.Тестовый сигнал Uv с выхода задатчика 2 поступае на вход эталонной модели 8 и на второй вход настраиваемой системы управ ления, блокам 9-11, которой отвечают соответственно операторы Wo, W-f, We Сигналы бе и Хе эталонной модели и и X настраиваемой системы подаются в блок 13 вычисления ошибок настройки, выходы которого соответствует е 6е - , ег. Xg: - х и подаются на блок 1 формирования частных производных критерия настройки по ошибкам настройки, выходы которого ; Й1-, 9а .. ое.1 ; ЭСг. подаются на первые входы блока 15 умножения. Выход задатчика 1 режимов нйСтрой ки связан с входом блока 7 синхронизации, на выходе которого образуется последовательность тактовых импульсов 1-1, ..., N, которая через вт рые входы подается на преобразоват ели 1б и 21 аналог - код и в соответс 9 9 ВИИ с которой осуществляется преобразование выхода объекта 9 управления в последовательность кодов х СТ , ..., xtN и выхода устройства 12 сравнения (сигнала ошибки) в последовательность кодов ( 1 , .,,, . Получаемые коды запоминаются в ячейках памяти , .,,, N соответствующих запоминающих устройств 17 и 22. Первый выход первого запоминающего устройства 17 через первый коммутатор 5 связан с первым входом первого блока 18 считывания в обратной последовательности, выход второго запоминающего устройства 22 через второй коммутатор 6 связан с первым входом второго блока 23 считывания в обратной последовательности Второй выход первого запоминающего устройства 17 соединен с первым блока 26 считывания в прямой последовательности. Вторые входы блоков 18, 23 и 26 считывания также связаны с выходом блока 7 синхронизации. Наличие очередного тактового Р -го импульса ( N) на вторых входах блоков 18 и 23 считывания в обратной последовательности разрешает на данном -м такте последовательно считать коды х , .,., X СП и б 10 , ...,, 11 , хранящиеся в ), 0-if .,., 1 ячейках соответствующих запоминающих устройств, в то время как наличие очередного У -го тактового импульса на втором входе блока 26 считывания в прямой последовательности разрешает на данном -м такте последовательно считать коды X , ..., X 01, хранящиеся в 1,...,0-1 ,) ячейках первого запоминающего устройства 17. Считываемые коды последовательно передаются с Bbixd OB первого и второго блоков 18 и 23 считывания в обратной последовательности на первые входы первого и второго устройств 19 и 2 умножения и интегрирования, на вторые входы которых поступает последовательность кодов с выхода блока 26 считывания в прямой последовательности. Третьи входы устройств умножения и интегрирования также связаны с выходом блока 7 синхронизации. Наличие очередного -го тактового импульса на третьих входах устройств 19 и 2 разрешае- на данном ) -м такте последовательно перемножить поступающие на первый и второй входы коды. Проведение перемножения в первом устрой стве 19 умножения и интегрирования позволяет на данном О м такте получить последовательность X tllxtV ; xC21.xC)-fl; ...; xt)I. хШ ,(3 представляющую ряд дискретных значений подынтегральной функции интеграла свертки первого выхода настраиваемой системы автоматического управле ния на себя во временной области (хх) (и) 5 xCto-t)x(t)dt, где t DЛ; U - величина такта по времени. Последующее интегрирование последовательности (3), в частности, путем суммирования с весом Л и накоп лением IxCi ) |- X Cql X i;- q + и преобразование в первом преобразователе 20 код - аналог, второй вход которого также связан с выходом блока 7 синхронизации, позволяет получить на О -м такте, на первом входе блока модифицированных вспомогател ных операторов сигнал со значением 1х () {хх} (tO). Проведение пер множения во втором устройстве 2k умножения и интегрирования позволяет ,на данном О -м такте получить последовательность - . )1; ,---; хШ-ее представляющую ряд дискретных значений подынтегральной функции интеграла свертки выхода устройства 12 срав нения (сигнала ошибки) и первого выхода настраиваемой системы автоматического управления во временной области lex} | (t)-T}x(T)dC-,. . tО - & . Последующее интегрирование последовательности (4), в частности, путем суммирования с весом . А и накоплением1 С))-- ,) CfP - q + { и преобразование во втором преобразователе 25 код - анапог, второй вход которого также свя|3ан с выходом блока 7 синхронизации, позволяет получить на I) -м такте на втором входе блока k модифицированных вспомогательных операторов сигнал со значением le ( О ) хб} ) Связь вторых входов коммутаторов 5 и 6 с выходом задатчика 1 режимов настройки позволяет обеспечить полу- . чение на первом м etopoM входах блока t модифицированных вспомогательных оперёторов, в зависимости от режима настройки, соответствующих в-ариантов задания значений хх}, хс} , х} совместно с (X6J- . выход блока модифицированных вспомогательных операторов соединен с вторым входом блока 15 умножения выходные сигналы которого ||b(rtHx))&V- ||b(cjH.4; ,60iK,Ux6}; ){1сб} подаются на первые входы блока 3 интегрирования, где интегрируются с соответствующими весами А(likx;) Л (cjkx),A(Tik6,A (cjkd). На выходах блока 3 интегрирования образуются необходимые изменения параметров &Л-,1- , i 1, ..., m; л1с|-; j 1, ..., n, которые через первые входы системы управления выставляются в устройствах управления в прямой 10 и обратной цепи 11, а также подаются на третий вход блока k для коррекции входящих в него операторов ) . 14..., пп .awti.c V n аJLci I Предлагаемое конструктивное реШение позволяет добиться схемно-конструктивного упрощения автомата-настройщика и повышения точности его работы при больших начальных рассогласованных рабочих точек5 эталонной модели и расстроенной системы автоматическое го управления путем введения сверток по времени выходного сигнала настраиваемой системы с собой и с выходом устройства сравнения настраиваемой системы управления и использования особенностей работы автомата-настройщика, заключающихся в применении фиксированных тестовых сигналов. Формула изобретения . Автомат-настройщик для систем управления, содержащий последовательно соединенные задатчик тестовых сигнаов, эталонную модель, блок вычислеия ошибок настройки, блок формироваия частных производных критерия натройки по ошибкам настройки, блок множения и блок интегрирования, выод которого соединен с первыми вхоами системы управления, первый и торой выходы которой соединены с оответствующими вторыми входами блоа вычисления ошибок настройки, а втоой вход - с выходом задатчика тестовых сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности автомата-настройщика, он содержит задатчнк режимов настройки, блок синхронизации, блок считывания в прямой последовательности, последовательно соединенные первый преобразователь аналог код, первое запоминающее устройство, первый коммутатор, первый блок считывания в обратной последовательности, первое устройство умножения и интегрирования, первый преобразователь код - аналог, блок вспомога тельных операторов, последовательно соединенные второй преобразователь аналог - код, второе запоминащее устройство, второй коммутатор, второй блок считывания в обратной последовательности, второе устройство умножения и интегрирования, второй пре- 20

образователь код - аналог, вход первого преобразователя аналог - код связан с первым выходом системы управления, вход второго преобразователя аналог - код соединен с вторым выходом системы управления,, второй выход первого запоминающего устройства через блок считывания в прямой последовательности подключен к вторым входам устройств умножения и интегрирования, выход второго преобразователя код аналог связан с вто

с вторым входом блока умножения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2,Солодовников В., В, Шрамко Л.С. Расчет и проектирование аналитических самонастраивающихся систем с

эталонными моделями, М., Машиностроение, 1972, Со 270 (прототип). рым входом блока вспомогательных операторов, выход блока интегрирования соединен с третьим входом блока вспомогательных операторов, выход задатчика режимов настройки связан с входом задатчика тестовых сигналов, с вторым входом блока интегрирования, с четвертым входом блока вспомогательных операторов, с вторыми входами коммутаторов и через блок синхронизации - с вторыми входами первого и второго преобразователей аналог код, первого и второго преобразователей код - аналог, блоков считывания в обратной последовательности, с вторым входом блока считывания в прямой последовательности и с третьими входами устройств умножения.и интегрирования, причем выход блока вспомогательных операторов соединен