способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор
Классы МПК: | G05B11/14 в которых выходной сигнал является прерывной функцией отклонения от заданной величины, те регуляторы с импульсным регулированием |
Автор(ы): | Леденев Г.Я. |
Патентообладатель(и): | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-01-13 публикация патента:
27.02.1996 |
Изобретение относится к технике автоматического управления, в частности к технике формирования управляющих сигналов в релейных системах управления и регулирования. Сущность изобретения: способ формирования трехуровневого управляющего сигнала и релейный регулятор позволяют обеспечить устойчивое управление динамическим объектом в условиях действия помех, превышающих по уровню зону нечувствительности первого релейного сигнала. Для этого формируют вспомогательный и второй релейный сигналы, а трехуровневый управляющий сигнал образуют при совпадении первого и второго релейных сигналов. В релейном регуляторе выход масштабирующего усилителя 1 соединен с первым входом сумматора 2, выход которого подключен к первому 3 и второму 4 компараторам и сравнивающему устройству 5, выход которого через интегратор 6 соединен с входами трехпозиционного релейного элемента 7, третьего 8 и четвертого 9 компараторов, выходы которых подключены к вторым входам первого 10 и второго 11 элементов И, первые входы которых соединены с выходами первого 3 и второго 4 компараторов. На выходах первого 10 и второго 11 элементов И формируются соответственно выходной отрицательный и выходной положительный управляющий сигналы. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом, при котором измеряют сигналы рассогласования и скорости изменения рассогласования регулируемой координаты, образуют входной сигнал в виде линейной комбинации сигнала рассогласования и скорости изменения рассогласования и при превышении входным сигналом первого заданного значения формируют первый релейный сигнал, знак которого противоположен знаку входного сигнала, отличающийся тем, что формируют вспомогательный сигнал в виде интеграла входного сигнала и при превышении вспомогательным сигналом второго заданного значения образуют второй релейный сигнал, знак которого противоположен знаку вспомогательного сигнала, а трехуровневый управляющий сигнал формируют при совпадении первого и второго релейных сигналов, причем в момент превышения вспомогательным сигналом второго заданного значения формируют компенсирующий сигнал, знак которого совпадает со знаком трехуровневого управляющего сигнала, а среднее значение равно входному сигналу, при этом компенсирующий сигнал вычитают из входного сигнала, подлежащего интегрированию. 2. Релейный регулятор, содержащий первый - четвертый компараторы, интегратор, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с выходами первого и второго компараторов соответственно, а вторые входы - с выходами третьего и четвертого компараторов соответственно, отличающийся тем, что в него введены масштабирующий усилитель, трехпозиционный релейный элемент, сумматор и сравнивающее устройство, выход которого соединен с входом интегратора, выход которого подключен к входам третьего и четвертого компараторов и входу трехпозиционного релейного элемента, выход которого соединен с инвертирующим входом сравнивающего устройства, неинвертирующий вход которого соединен с входами первого и второго компараторов и выходом сумматора, первый вход которого соединен с выходом масштабирующего усилителя, вход которого подключен к первому входу регулятора, а второй вход сумматора подключен к второму входу регулятора, при этом выход первого элемента И образует шину выходного отрицательного управляющего сигнала, выход второго элемента И - шину выходного положительного управляющего сигнала.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технике автоматического управления, в частности к технике формирования управляющих сигналов в релейных системах управления и регулирования. Известен способ формирования управляющего сигнала в релейных системах управления [1] включающий формирование импульсного и релейного управляющих сигналов в зависимости от ошибки управления. Известен релейный регулятор [1] реализующий указанный способ и содержащий сравнивающее устройство, релейный элемент, инерционное звено и формирователь управляющего сигнала. Однако данные способ и регулятор не обеспечивают заданный динамический процесс при ограниченной линейной зоне датчика сигнала ошибки управления и не гарантируют устойчивое управление при наличии в сигнале ошибки помех, превышающих по уровню зону нечувствительности системы управления. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу формирования трехуровневого управляющего сигнала является способ, при котором измеряют сигналы рассогласования и скорости изменения рассогласования регулируемой координаты, образуют входной сигнал в виде линейной комбинации сигнала рассогласования и скорости изменения рассогласования и при превышении входным сигналом первого заданного значения формируют первый релейный сигнал, знак которого противоположен знаку входного сигнала [2]Однако этот способ не обеспечивает устойчивое управление динамическим объектом в условиях действия помех, превышающих по уровню заданное значение. Наиболее близким к предлагаемому регулятору является устройство [3] содержащее первый, второй, третий и четвертый компараторы, интегратор, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с выходами первого и второго компараторов, а вторые входы с выходами третьего и четвертого компараторов соответственно. Однако это устройство не обеспечивает устойчивое управление динамическим объектом в условиях действия помех, превышающих по уровню заданное значение. Задача изобретения обеспечение устойчивого управления динамическим объектом в условиях действия помех, превышающих по уровню заданное значение. Сущность изобретения состоит в том, что способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом, при котором измеряют сигналы рассогласования и скорости изменения рассогласования регулируемой координаты, образуют входной сигнал в виде линейной комбинации сигнала рассогласования и скорости изменения рассогласования и при превышении входным сигналом первого заданного значения формируют первый релейный сигнал, знак которого противоположен знаку входного сигнала, предполагает формирование вспомогательного сигнала в виде интеграла входного сигнала и при превышении вспомогательным сигналом второго заданного значения образуют второй релейный сигнал, знак которого противоположен знаку вспомогательного сигнала, а трехуровневый управляющий сигнал формируют при совпадении первого и второго релейных сигналов, причем в момент превышения вспомогательным сигналом второго заданного значения формируют компенсирующий сигнал, знак которого совпадает со знаком трехуровневого управляющего сигнала, а среднее значение равно входному сигналу, при этом компенсирующий сигнал вычитают из входного сигнала, подлежащего интегрированию. В релейный регулятор, содержащий первый, второй, третий и четвертый компараторы, интегратор, первый и второй элементы И, первые входы которого соединены с выходами первого и второго компараторов, а вторые входы с выходами третьего и четвертого компараторов соответственно, дополнительно введены масштабирующий усилитель, трехпозиционный релейный элемент, сумматор и сравнивающее устройство, выход которого соединен с входом интегратора, выход которого подключен к входам третьего и четвертого компараторов и входу трехпозиционного релейного элемента, выход которого соединен с инвертирующим входом сравнивающего устройства, неинвертирующий вход которого соединен с входами первого и второго компараторов и выходом сумматора, первый вход которого соединен с выходом масштабирующего усилителя, вход которого подключен к первому входу регулятора, а второй вход сумматора подключен к второму входу регулятора, при этом выход первого элемента И образует шину выходного отрицательного управляющего сигнала, выход второго элемента И образует шину выходного положительного управляющего сигнала. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого релейного регулятора, реализующего способ формирования трехуровневого управляющего сигнала; на фиг. 2 фазовые траектории системы управления, реализующей этот способ и использующей предлагаемый регулятор. Выход масштабирующего усилителя 1 соединен с первым входом сумматора 2, второй вход которого является входом сигнала рассогласования, а вход масштабирующего усилителя 1 является входом скорости изменения рассогласования. Выход сумматора 2 соединен с входом первого 3 и второго 4 компараторов и сравнивающего устройства 5, выход которого подключен к входу интегратора 6, выход которого соединен с входами трехпозиционного релейного элемента 7 и третьего 8 и четвертого 9 компараторов. Выходы первого 3 и второго 4 компараторов соединены соответственно с первыми входами первого 10 и второго 11 элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходом третьего 8 и четвертого 9 компараторов. Выход трехпозиционного релейного элемента 7 соединен с инвертирующим входом сравнивающего устройства 5, выход первого элемента И 10 подключен к шине 12 выходного отрицательного управляющего сигнала, выход второго элемента И 11 подключен к шине 13 выходного положительного сигнала. На фиг. 2 Х сигнал рассогласования;
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-2t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-3t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-4t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-5t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-6t.gif)
Y X+n
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-7t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055003/916.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055003/916.gif)
S Y R. (2)
Если R 0 (трехпозиционный релейный элемент 7 выключен), то S Y > 0. Если RRm (трехпозиционный релейный элемент 7 включен, при этом R Rm), то S Y Rm < 0 (достигается выбором Rm). Иначе говоря, при Y > 0 сигнал I возрастает (S > 0), если трехпозиционный релейный элемент 7 выключен (R 0), и сигнал I уменьшается (S < 0), если релейный элемент 7 включен (R Rm), или при включении релейного элемента 7 создаются условия для его выключения, а при выключении этого элемента создаются условия для его включения. В этих условиях в контуре: сравнивающее устройство 5, интегратор 6, трехпозиционный релейный элемент 7 возникает так называемый скользящий режим [4] для которого характерно переключение релейного элемента 7 с некоторой частотой f, определяемой скоростью изменения сигнала Y, при этом
<
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-8t.gif)
<
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-9t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055003/916.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055003/916.gif)
< Y> < R > (5) т.е. в рассматриваемой схеме релейного регулятора сигнал R является компенсирующим сигналом и он равен по величине входному сигналу. Вспомогательный сигнал I формируется с выхода интегратора 6 в виде интеграла суммы входного Y и компенсирующего R сигналов. Рассмотрим процесс управления на фазовой плоскости X,
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-10t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-11t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-12t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-13t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-14t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-15t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-16t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055001/177.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055001/177.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-17t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-18t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-19t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-20t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-21t.gif)
Y X+n
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-22t.gif)
Y X+n
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-23t.gif)
X -n
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-24t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-25t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-26t.gif)
X -n
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-27t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-28t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-29t.gif)
Y X+n
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-30t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-31t.gif)
Xp= l
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-32t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-33t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-34t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-35t.gif)
(10)
На примере движения изображающей точки М по траектории М __
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055018/8594.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055018/8594.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055018/8594.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-36t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-37t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-38t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-39t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055038/8805.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-40t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-41t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055327/964.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055036/183.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055327/964.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-42t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-43t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-44t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-45t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-46t.gif)
Преобразование П2 имеет неподвижную точку с координатой Z2*
Z*2
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-47t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-48t.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055001/177.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-49t.gif)
Условие отсутствия неподвижной точки определяется равенством
h < hкр, hкр 2 nl. (13)
Это условие и определяет устойчивость системы управления. Рассмотрим процесс управления при действии помех, превышающих по уровню первое заданное значение l. Анализ проведем на примере действия гармонических помех. Пусть во входном сигнале Y присутствует помеха
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055078/956.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055078/956.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055078/956.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055100/969.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055078/956.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055078/956.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055100/969.gif)
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055078/956.gif)
h >
![способ формирования трехуровневого управляющего сигнала в релейных системах управления динамическим объектом и релейный регулятор, патент № 2055387](/images/patents/417/2055387/2055387-50t.gif)
В этом случае, если Y 0, то отсутствуют условия на включение третьего 8 и четвертого 9 релейных элементов, а значит, отсутствуют условия формирования управляющего сигнала U- 1 или U+ 1. Если Y > 0, то существуют условия на включение третьего релейного элемента 8, а значит, формируется управляющий сигнал U- 1. Если Y < 0, то существуют условия на включение четвертого релейного элемента 9, а значит, формируется управляющий сигнал U+ 1. Иначе говоря, релейный регулятор формирует управляющий сигнал в соответствии с полезным сигналом Y. В известном регуляторе [3] в условиях действия помех, превышающих уровень срабатывания первого и второго компараторов, срабатывание компараторов будет происходить по сигналам помехи, т.е. произвольно, а не в соответствии с изменением полезного сигнала, что приводит к потере устойчивости динамического объекта.
Класс G05B11/14 в которых выходной сигнал является прерывной функцией отклонения от заданной величины, те регуляторы с импульсным регулированием
релейный регулятор - патент 2447474 (10.04.2012) | ![]() |
релейный регулятор - патент 2441265 (27.01.2012) | |
релейный регулятор - патент 2396586 (10.08.2010) | ![]() |
релейный регулятор - патент 2385480 (27.03.2010) | ![]() |
регулятор для системы с обратной связью - патент 2368933 (27.09.2009) | ![]() |
устройство управления фрикционным электроприводом летательного аппарата - патент 2263338 (27.10.2005) | ![]() |
способ многоканального координированного управления группой объектов с запаздыванием - патент 2224278 (20.02.2004) | |
релейный регулятор - патент 2223528 (10.02.2004) | |
релейный регулятор - патент 2150726 (10.06.2000) | |
релейный регулятор - патент 2115150 (10.07.1998) |