SU900258A1 - Relay regulator - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к регулирующим устройствам автоматики, к оптимальным релейным системам управлени , а также к регул торам замкнутых систем с кусочно-посто нным управлением , обеспечивающим изменение знака управл ющего воздействи  при состо нии системы, определ емых гиперповерхност ми переключений.The invention relates to control devices of automation, to optimal relay control systems, as well as to regulators of closed systems with piecewise-constant control, which provide a change in the sign of the control action in the state of the system, defined by the switching hypersurfaces.

Известен оптимальный регул тор дл  объекта и-го пор дка, имеющий один датчик информации о переменной состо ни , св занный через устройство определени  модул  с устройством запоминани  максимума, выход которого через соответствующий функциональный преобразователь св зан с первым входом каждого из (п-1) компараторов , второй вход которых соединен с устройством определени  модул  , причем выходы всех компараторов и устройства определени  знака соединены с соответствующими входами устройства перемножени  знака релейных сигналов, а выход соединен также со входом устройства определени  знака, выход которого через дифференцирующее устройство соединен со входом обнулени  устройства запоминани  максимума 1 .An optimal regulator for an object of the i-th order is known, having one variable state information sensor connected via a device for determining the module to a maximum memory device, the output of which is connected to the first input of each of the (p-1) through a corresponding functional converter. comparators, the second input of which is connected to the module definition device, the outputs of all the comparators and the sign definition device are connected to the corresponding inputs of the relay signal multiplication device, and you the stroke is also connected to the input of the sign detecting device, the output of which is connected to the zero input of the maximum memory device 1 through a differentiating device.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  регул тор, имеющий датчик переменных состо ни  и преобразователи системы координат, первый функциональный преобразователь и первый компаратор,, причем выходы всех датчиков переменных состо ни  св заны со входами всех преобразователей системы координат,выходы которых, первого Closest to the present invention is a controller having a variable state sensor and coordinate system converters, a first functional converter and a first comparator, wherein the outputs of all variable state sensors are connected to the inputs of all coordinate systems of the coordinate system, the outputs of which are

10 непосредственно, а последующих через первый функциональный преобразователь св заны с соответствующими входами первого компаратора 2.10 directly, and subsequent ones through the first functional converter are connected to the corresponding inputs of the first comparator 2.

Недостатком известного регул то15 ра  вл етс  то, что при изменении условий работы объекта управлени  нарушаетс  оптимальность системы. Функционсшьный преобразователь регул тора рассчитываетс  при заданных The disadvantage of the known regulator is that when the operating conditions of the control object change, the optimality of the system is disturbed. The controller function converter is calculated at specified

20 параметрах объекта управлени  и возмущений , Отклонени  этих параметров от расчетных дают ошибку в определении моментов переключений и нарушение оптимальности регул тора.The 20 parameters of the control object and disturbances. The deviations of these parameters from the calculated ones give an error in determining the switching times and the violation of the optimality of the controller.

2525

Цель изобретени  - повышение точности регул тора за счет получени  оптимальных управлений при различных услови х работы объекта.The purpose of the invention is to improve the accuracy of the controller by obtaining optimal controls under various conditions of operation of the object.

Поставленна  цель достигаетс  тем, The goal is achieved by

30 что в регул тор ввод т второй фуикциональный преобразователь, второй компаратор, третий компаратор, устройство перемножени  знаков релейных сигналов, устройство запоминани экстремума, дифференцирующее устрой ство и устройство определени  модул / причем выход первого преобразовател  системы координат соединен через устройство определени  модул  со входом устройства запоминани  экстремума и первым входом второго компаратора, а со входом третьего и первого компараторов нaпp  /Iyю, выходы последующих преобразователей си стемы координат соединены с соответствующими входами первого функционального преобразовател , первый вход которого св зан с выходом устройства запоминани  экстремума, а выход - со входом второго компаратора , выходы первого компаратора и вто рого комларатора св заны с соответствующими входами устройства перемножени  знаков релейных сигналов, а выход третьего компаратора через дифференцирующее устройство св зан со входом обнулени  устройства запоминани  экстремума. На чертеже изображена блок-схема регул тора. Регул тор включает и датчиков переменных состо ни  1, п преобразователей системы координат 2, первый функциональный преобразователь 3, второй функциональный преобразовател 4, первый компаратор 5, второй компаратор б, третий компаратор 7, устройство перемножени  знаков релейных сигналов 8, устройство запоминани  экстремума 9, дифференцирующее устройство 10 и устройство опреде.пени  модул  .11. Выходы всех датчиков 1 соединены с соответствующими входами всех преобразователей 2, выход первого преобразовател  2 соединен со входом устройства запоминани  экстремума 9 и первым входом компаратора 6 через устройство определени  модул  11, а с первыми входами компараторов 7 и 5 напр мую. Выходы всех последующих преобразователей 2 св заны с соответствующими входами второго функционального преобразовател  4, и вхо дами первого функционального преобра зовател  3, первый вход преобразовател  4 св зан с выходом устройства 9. Выход преобразовател  3 св зан со вторым входом компаратора 5, а преобразовател  4 - со вторы входом компаратора б. Выходы компараторов б и 5 соединены со входами устройства 8, а компаратора 7 - через дифференцирующее устройство 10 со входом обнулени  устройства 9. Каждый из преобразователей системы координат 2 реализует операцию Ч , Ч Vi где х - выходные сигналы преобразоватгзлей 2 ; yj - выходные сигналы датчиков 1. Устройство запоминани  ма/симума 9 с компаратором 7, дифференцирующим устройством 10 и устройством определени  модул  11 формируют сигнал, определ емый выражением ( /X,/ при sign X, sign х, 1х{1 max при sign х sign х, О .при о at где X tv - сггнал на выходе устройства 9. Обнуление запомненного сигнала х реализуетс  при значении х О компаратором 7 и устройством 10. Сигнал V на выходе компаратора 5 определ емс  зависимостью V - signG , гдеб х, + f, (х , Xj . . .Х) , а функ ,ци  f, (Xi , Xj. ..Хц) реализуетс  в функциональном преобразователе 3. Сигнал W на выходе компаратора 8 определ етс  зависимостью W sigh f. , (/, + fj (х, xj,, X х„), функци  г(Х;„, х, ) реализуетс  в функциональном преобразователе 4 . Устройство умножени  знаков релейных сигналов 10 реализует операцию и V.W, где и - выходной сигнал устройства 10, определ ющий знак управл ющего воздействи  системы управлени . Регул тор реализует оптимальные управлени  при наличии одномерных возмущений или одномерной параметрической нестационарности объекта управлени , т.е. в случа х, когда характеристики возмущений или измерени  параметров объекта остаютс  посто нными или мен ютс  во времени, причем разница между характеристиками может быть обоснована выбором одного чпоа из одномерного множества. Например , процесс управлени  может осуществл тьс  при действии на объект синусоидального возмущени  с определенной частотой и амплитудой, а начало процесса может приходитьс  На любое значение фазы возмущени , т.е. характеристики возмущений отличаютс  фазой начала процесса. Известный регул тор реализует (и-1) мерную гиперповерхность, переключени  в и - мерном пространстве состо ний. В рассматриваемом случае семейство гиперповерхностей оптимального переключени  по одномерному изменению возмущений или параметров становитс  h-мерным и не может быть реализовано в и-мерном пространстве состо ний дл  определени  точек переключени . Дл  реализации второго и последующих переключений из (и-1)-го переключени  оптимального управлени  гиперповерхностью оптимального переключени  имеет размерность ( п -2 ) , а семейство таких гиперповерхностей объедин ет в гиперповерхность размерности ( п - 1 ) . Это семейство может быть реализовано дл  определени  точек второго и последующих переключений с помощью функционального преобразовател  по зависимости 5 0. Так например, дл  объекта третьего пор дка в известном регул торе реализуетс  поверхность, состо ща  из фазовых траекторий второго интер зала управлени , проход щих через фазовую траекторию, включающую конечную точку приведени  третьего интервала. В предлагаемом регул торе реализуетс  поверхность, проход ща  через множество фазовых траекторий третьего инт.ервала, которые отличаютс  между собой значением числа из одномерного изменени  возмущений или параметров.30 that a second functional converter, a second comparator, a third comparator, a device for multiplying signs of relay signals, an extremum memory device, a differentiating device and a module determining device are inputted into the controller, and the output of the first coordinate system converter is connected through the device for determining the module to the input of the memory device of the extremum and the first input of the second comparator, and with the input of the third and first comparator nap / Iyu, the outputs of the subsequent converters the inat is connected to the corresponding inputs of the first functional converter, the first input of which is connected to the output of the extremum memory device, and the output to the input of the second comparator, the outputs of the first comparator and the second comparator are connected to the corresponding inputs of the relay signal multiplier, and the third comparator through a differentiating device connected to the zeroing input of an extremum memory device. The drawing shows a block diagram of the regulator. The controller includes variable state sensors 1, n converters of the coordinate system 2, the first functional converter 3, the second functional converter 4, the first comparator 5, the second comparator b, the third comparator 7, the device for multiplying the signs of the relay signals 8, the extremum memory device 9, the differentiating device 10 and the device defined by the module .11. The outputs of all sensors 1 are connected to the corresponding inputs of all converters 2, the output of the first converter 2 is connected to the input of the extremum memory device 9 and the first input of the comparator 6 via the module 11 detection device, and directly to the first inputs of the comparators 7 and 5. The outputs of all subsequent converters 2 are connected to the corresponding inputs of the second functional converter 4, and the inputs of the first functional converter 3, the first input of converter 4 is connected to the output of device 9. The output of converter 3 is connected to the second input of comparator 5, and converter 4 - with secondary comparator input b. The outputs of the comparators b and 5 are connected to the inputs of the device 8, and the comparator 7 through a differentiating device 10 with the zeroing input of the device 9. Each of the converters of the coordinate system 2 implements the operation H, H Vi where x is the output signals of the transducer 2; yj - output signals of sensors 1. Memory / sim 9 device with a comparator 7, differentiating device 10 and module 11 determining device form a signal defined by the expression (/ X, / for sign X, sign x, 1x {1 max at sign x sign x, O. for about at where X tv is the signal at the output of the device 9. Zeroing of the stored signal x is realized at the value of x О by the comparator 7 and device 10. The signal V at the output of the comparator 5 is determined by the dependence V - signG, gdeb x, + f, (x, Xj... X), and the function, qi f, (Xi, Xj. .. Xc) is implemented in the functional converter 3. The signal W on you Comparator 8 is determined by the dependence W sigh f., (/, + fj (x, xj ,, X x "), the function g (X;", x,) is realized in the functional converter 4. The device for multiplying signs of the relay signals 10 realizes operation and VW, where and is the output signal of the device 10, which determines the sign of the control action of the control system. The regulator implements optimal controls in the presence of one-dimensional perturbations or one-dimensional parametric nonstationarity of the control object, i.e. in cases when the disturbance characteristics or measurements of the object parameters remain constant or vary over time, the difference between the characteristics can be justified by the choice of a single private element from a one-dimensional set. For example, the control process can be carried out when a sinusoidal disturbance with a certain frequency and amplitude is applied to the object, and the process can start at any value of the disturbance phase, i.e. perturbation characteristics are characterized by the phase of the beginning of the process. The known regulator realizes (and-1) dimensional hypersurface, switching in and - dimensional space of states. In this case, the family of hypersurfaces of optimal switching by one-dimensional change of disturbances or parameters becomes h-dimensional and cannot be implemented in the i-dimensional state space for determining switching points. To implement the second and subsequent switchings from the (and-1) -th switching of the optimal control, the optimal switching hypersurface has the dimension (n -2), and the family of such hypersurfaces combines the dimensions (n - 1) into the hypersurface. This family can be implemented to determine the points of the second and subsequent switchings with the help of the functional converter according to the 5–0 dependence. For example, a third-order control surface passing through the phase transition is realized for a third-order object in a known controller. a path including the end point of the third interval. In the proposed controller, a surface is realized that passes through a plurality of phase trajectories of the third interval, which differ in the value of the number from a one-dimensional variation of the disturbances or parameters.

Дл  определени  первого переключени  и-мерное множество точек переключени  расслаивают на одномерное многообразие (и-1)-мерных множеств по значению параметра , ,т.е., еси в процессе управлени  зафиксировано одно значение Xj, , то в и -мерном множестве точек переключени  выбирают соответствующую значению . (и-1)-мерную гиперповерхность точек первого переключени . При другом значении параметры этой гиперповерхности первого переключени  мен ютс . Гиперповерхность первого переключени  oпpeдeJт ютc  как сумма областей точечного отображени  области фиксируемого экстремума на гиперповерхности оптимального переключени , построенные дл  различных значений числа из одномерного изменени  возмуэдений или параметров. Область фиксируемого экстремума х,„ах определ етс  как пространство (п-2)го пор дка по признаку х,) Хтох t х О. Поэтому отображение этого пространства на гиперповер ;ность переключени  будет (in-2)-мерное многообразие . Объединение этих областей по различным гиперповерхност м переключени  по одномерному изменению возмущений или параметров даст гиперповерхность (и-1)-го пор дка, котора  может быть реализована зависимостью .To determine the first switching, the i-dimensional set of switching points is stratified into a one-dimensional manifold of (and-1) -dimensional sets by the parameter value, i.e., if the control process has one fixed Xj value, then the and -dimensional switching points choose the appropriate value. (and-1) -dimensional hypersurface of the first switching points. At another value, the parameters of this first switching hypersurface vary. The hypersurface of the first switching is determined by the sum of the regions of the point mapping of the region of the fixed extremum on the hypersurface of the optimal switching constructed for different values of the number from a one-dimensional change of the perturbations or parameters. The region of the fixed extremum x, ixx is defined as the space (n-2) of the same order on the basis of x, xxxxx O. Therefore, the mapping of this space to the hyperconversion of switching will be (in-2) -dimensional variety. Combining these regions in various switching hypersurfaces by a one-dimensional change in the perturbations or parameters will give a hypersurface of (i-1) -th order that can be realized by dependency.

В регул торе знак управл ющего воздействи  на первом интервале определ етс  сигналом V, при этом W + 1. Первое переключение осуществл етс  в момент, когда 3 О, которое реализуетс  за счет изменени  знака сигнала W. Второе и последующие переключени  реализуютс  в моменты Q О. Преобразователи системы координат ,2,преобразуют переменные состо ни  к кононическому нормальному базису, в котором передаточна  функци  относительно х не имее. нулей . В этом случае оптимальный переходной процесс по переменной х, монотонен и заканчиваетс  при значении х 0. no3TONiy сигнал с компаратора 7 используетс  дл  приведени  регул тора в исходное состо ние за счет обнулени  величин запомненных в устройстве 9.In the controller, the sign of the control action in the first interval is determined by the signal V, while W + 1. The first switching occurs at a time when 3 O, which is realized by changing the sign of the signal W. The second and subsequent switching are realized at times Q O The coordinate system transducers, 2, transform the variable states to a cononical normal basis, in which the transfer function with respect to x does not have. zeros. In this case, the optimal transient in the variable x is monotonous and ends at a value of x 0. no3TONiy signal from comparator 7 is used to bring the controller back to its original state by zeroing the values stored in device 9.

Таким образом, без изменений параметров , определ ющих режимы, или возмущений получают оптимальные управлени  при различных услови х работы объекта управлени .Thus, without changing the parameters defining the modes or disturbances, optimal controls are obtained under various operating conditions of the control object.

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР № 283354, кл. G 05 В 17/00, 1969.1. USSR author's certificate number 283354, cl. G 05 B 17/00, 1969. 2.Павлов А.А. Синтез релейных систем, оптимальных по быстродействию . Наука, 1966, с..209-219 (прототип).2. Pavlov A.A. Synthesis of relay systems, optimal in speed. Science, 1966, pp. 209-219 (prototype). --