Самонастраивающаяся система Советский патент 1982 года по МПК G05B13/04 

Изобретение относится к автоматическому управлению, в частности к самонастраивающимся системам управле ния с эталонной моделью. Известна самонастраивающаяся система, интегратор в которой выполнен в виде устройства, содержащего после довательно соединенные преобразователь напряжения в частоту, логически элементы, цифровой счетчик и цифроаналоговый преобразователь. Подобное настроение интегратора обеспечивает долговременное хранение информации при отсутствии входных сигналов ГЯ , Однако у известной схемы суще- - ствует противоречие между диапазоном входных сигналов (разрешающей cnocot5 ностью) интегратора и емкостью счетчика. С одной стороны, для обеспечения функционирования системы достаточ но 10-100 градаций уровня перестраиваемого коэффициента, что .соответствует емкости счетчика 10-100 единиц. С другой стороны, для обеспечения разрешающей способности, соизмеримой с разрешающей способностью аналогового интегратора, емкость счетчика должна составлять единиц, что приводит к усложнению схемы интегратора. Из известных самонастраивающихся систем наиболее близкой к изобретению по технической сущности является; система , содержащая последовательно соединенные сумматор, объект управления, блок сравнения и последовательно соединенные блоки дифференцирования и блоки регулируемого коэффициента усиления , управляющие входы которого соединены с выходами соответствующих интеграторов, а выходы соединены с соответствующими первыми входами сумматора, второй вход которого, являющийся входом системы, соединен через эталонную модель со вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом блока выработки сигналов настройки, выход объекта управления соединен с объединенными входами блоков дифференцирования и со вторым входом блока выработки сигналов настройки 2, Недостатком подобных систем является потеря информации о текущих параметрах объекта в установившихся режимах работы системы вследствие интегрирования интеграторами флуктуационных помех с выходов блока выработки сигналов настройки, а также вследствие ра ряда конд саторов токами утечки в случае, когда интеграторы выполнены по схеме усилителя постоянного тока с емкостной обратной связью. Это уменьшает помехоустойчивость системы Цель изобретения - повышение поме хоустойчивости самонастраивающейся системы. Поставленная цель достигается тем что в схему системы, содержащей последовательно соединенные сумматор, объект управления, блок сравнения и последовательно соединенные блоки дифференцирования и блоки регулируемого коэффициента усиления, управляю щие входы которых соединены с выхода ми соответствующих интеграторов, а выходы соединены с соответствующими первыми входами сумматора, второй вход которого, являющийся входом системы, соединен через эталонную модель со вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с пер вым входом блока выработки сигналов настройки, выход объекта управления соединен с объединенными входами бло ков дифференцирования и со вторым входом блока выработки сигналов на.стройки, дополнительно введены функциональные преобразователи, первые, вторые и третьи ключи, элементы дополнительной обратной связи усилителей постоянного тока аналоговых интеграторов, блоки линейного оператора, блоки определения модуля, фильтры низкой частоты и пороговые устройства, выход каждого интегратор через соответствующие последовательно соединенные функциональный преобразователь и первый ключ соединен со входом, а через соответствующие последовательно соединенные элемент дополнительной обратной связи и второй ключ - со входом усилителя постоянного тока интегратора, выход блока сравнения соединен через соот- ветствующие последовательно соединен ные блок линейного оператора, блок 928 определения модуля, фильтр низкой частоты и пороговое устройство с объединенными управляющими входами первых, вторых и третьих ключей, выходы блока выработки сигналов настройки через соответствующие третьи ключи соединены со входами соответствующих интеграторов. На чертеже представлена функциональная схема самонастраивающейся системы. На схеме приняты следующие обозначения: g - управляющее воздействие; XQ - выходной сигнал объекта управления; Xj - выходной сигнал эталонной модели; g - выходной сигнал выявителя рассогласования. Система содержит следующие элементы: объект управления 1, эталонную модель 2, выявитель рассогласования 3, сумматор , блок выработки сигналов настройки 5, цепи настройки 6, блок дифференцирования 7, блок регулируемого коэффициента усиления 8, усилитель постоянного тока 9 аналогового интегратора, элемент дополнительной обратной связи 10, соответственно первый, второй и третий ключи 11 - 13, функциональный преобразователь }k, блок линейного оператора 15, блок определения модуля 16, фильтр низкой частоты 1/, пороговое устройство (ПУ) 18. Самонастраивающаяся система работает следующим образом. На вход системы поступает управляющее воздействие g, которое отрабатывается как объектом, управления 1 , так и эталонной моделью 2, В том случае, если параметры объекта отличаются от параметров эталонной модели, на выходе выявителя рассогласования 3 появится сигнал рассогласования , который поступает на вход блока 5. Блок выработки сигналов настройки 5, используя также информацию о состоянии объекта, вычисляет направление и скорость перестройки коэффициентов обратных связей по выходыой координате и ее производным, требуемые для обеспечения сходимости и устойчивости процессов самонастройки, и подает сигналы настройки через ключи 13 на входы интеграторов, реализованных на усилителях постоянного тока 9 8 том случае, если в спектральном составе сигнала рассогласования . существуют составляющие достаточного уровня, чтобы блок смог идентифицировать по ним текущее значение соответствующего параметра объекта и вырабо тать сигнал настройки для компенсации изменения этого параметра, а с другой стороны, такого уровня, что, с точки зрения качества работы объек та, его следует считать недопустимым пороговое устройство 18 вырабатывает выходной сигнал, который включает (ключ в интеграторе устанавливает режим интегрирования, что обеспечивает перестройку соответствуюи1его параметра объекта путем перестройки коэффициента передачи блока 8. Если «е -уровень этих составляющих сигнала рассогласования меньше допус тимого, то ключ 13 разомкнут, а инте гратор переведен в режим хранения ин формации о последнем перед отключением ключа 13 значении коэффициента передачи блока 8. Именно этот режим характерен для отработки медленно меняющихся или постоянных по уровню входных управляю щих воздействий, В этом режиме систем не способна производить идентификацию параметров объекта, поэтому наилучшим вариантом будет стабилизация параметров цепей настройки до момента, когда управляющие воздействия обеспечат наличие-- переходной составляющей в выходнем сигнале объекта и модели х, что является необходимым условием получения достоверных оценок параметров объекта и сходимости процесса самонастройки, С целью получения неограниченного времени хранения информации в интегра торе дополнительно введен функциональ ный преобразователь 1Ц, представляющи собой последовательно соединенные преобразователь аналог - код и код - аналог с инверсной полярностью выходного сигнала. В режиме интегрирования, когда ключи 12 разомкнуты управляющим воздействием с выхода порогового устрой ства 18, функциональный преобразователь 14 работает в режиме слежения за напряжением на выходе аналогового интегратора. В момент перевода интегратора в режим хранения ключи 11 и 12 замыкаются, а ключ 13 размыкается При этом аналоговый интегратор переводится в режим фильтра нижних частот первого порядка путем подключения элемента дополнительной обратной связи 10 параллельно конденсатору интегратора. Коэффициент нередачи этого фильтра равен единице, что обес печивается равенством элемента обратной связи 10 и входного резистора аналогового интегратора. В этом случае аналоговый интегратор и функциональный преобразователь образуют через ключ 11 замкнутую цепь, устойчивость которой обеспечивается порогом нечувствительности функционального преобразователя 1i. Напряжение на выходе интегратора поддерживается равным значению его перед переводом схемы в режим хранения, что является определяющим фактором для продолжения нормального функционирования системы после последующего перевода интегратора в режим интегрирования:. В качестве функционального преобразователя 1А наиболее удобно использование аналого-цифрового преобразователя (ЛЦП) следящего уравновешивания, так как в структуре АЦП этого типа необходимо присутствует цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), причем полярность выходного сигнала ЦАП обрлтна полярности входного сигнала АЦП. Скорость преобразования функцио- . нального преобразователя И должна выбираться такого значения, чтобы за время преобразования выходное значение напряжения аналогового интегратора не успело измениться на величину, большую чем порог.нечувствительности функционального преобразователя 14. Это практически не накладывает ограничений на выбор функционального преобразователя 14, так как постоянные времени интеграторов в цепях перестройки параметров имеют величины, в десятки и сотни раз превышающие наибольшие из постоянных времени объекта управления. Блок линейного оператора 15 пред- , назначен для выделения той части спектра сигнала рассогласования, которая преимущественно содержит информацию о соответствующем параметре объекта. После выделения модуля на блоке 16 и фильтрации фильтром низкой частоты 17 сигнал поступает на пороговое устройство 18. Выбор параметров блока линейного оператора 15 и порога срабатывания ПУ 18 производится с учетом конкретных особенностей и параметров объекта управления, сигналов управляющего воздействия и уровня умов измерительных элементов объекта управления. Нижнее значение порога срабатывания ПУ 18 не должно выбираться меньше 2-3-кратного значения сред79него крадрата шумов в сост.йве сигнала рассогласования с учетом обработки его спектра блоком линейного оператора 15. Одним из главных преимуществ от использования изобретения является возможность устранения пробных холостых движений объекта после длительного воздействия установившихся значений входных управляющих воздействий, что упрощает алгоритм функционирования системы и повышает произво дительность работы объекта, что важно, в частности, при использовании подобных систем в станках с ЧПУ. Кро ме того, в системе снижаются требования к качественным показателям интеграторов в цепях перестройки параметров объекта. Повышение помехоустойчивости цепей перестройки парамет ров может быть определяющим фактором при разработке системы, функцион рующей в условиях сильных промышленных помех или удаленности датчиков состояния объекта от регулятора сис-г темы управления. Формула изобретения Самонастраивающаяся система, содер жащая последовательно соединенные сум матор, объект управления, блок сравнения и последовательно соединенные , блоки дифференцирования и регулируемого коэффициента усиления,управ ляющие входы которых соединены с выходами соответствующих интеграторов, а выходы соединены с соответствующими первыми входами сумматора, второй вход которого, являющийся входом системы, соединен через эталонную модель со вторым входом блока сравнения 2 выход которого соединен с первым входом блока выработки сигналов настройки, выход объекта управления соединен с объединенными входами блока дифференцирования и со вторым входом блока выработки сигналов настройки. Отличающаяся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости системы, она содержит функциональные преобразователи, первые, вторые и третьи ключи, элементы дополнительной обратной связи усилителей постоянного тока аналоговых интеграторов, блоки линейного оператора, блоки определения модуля, фильтры низкой частоты и пороговые устройства, выход каждого интегратора через соответствующие последовательно соединенные функциональный преобразователь и первый ключ соединен со входом а через соответствующие последовательно соединенные элемент дополнительной обратной связи и второй ключ - со входом усилителя постоянного тока интегратора, выход блока сравнения соединен через соответствующие последовательно соединенные блок линейного оператора, блок определения модуля, фильтр низкой частоты и пороговое устройство с объединенными управляющими входами первых. вторых и третьих ключей, выходы блока выработки сигналов настройки через соответствующие третьи ключи соединены со входами соответствующих интеграторов о Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР , кл. G 05 В 13/02, 1976. 2.Громыко ВоДо и др. Самонастраивающиеся системы с моделью. М., Энер197, с, 16 (прототип).