способ управления и система для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ управления, заключающийся в том, что определяют текущие координаты объекта и модели объекта, определяют разность между входной координатой и координатой объекта, формируют команды управления объектом по разности между входной координатой и координатой объекта, формируют команды управления положением центров полей управления по координатам объекта, осуществляют переход с одного поля управления на другое поле управления, при отсутствии информации о координатах объекта формируют команды управления положением центров полей управления по координатам модели объекта, отличающийся тем, что одновременно с формированием команд управления объектом по разности между входной координатой и координатой объекта формируют по этой разности команды управления моделью объекта, а перед переходом с одного поля управления на другое поле управления устанавливают моменты времени начала и окончания перехода с одного поля управления на другое поле управления, сравнивают текущее время с временем начала и окончания перехода с одного поля управления на другое, и при текущем времени работы системы больше времени начала перехода с одного поля управления на другое поле управления определяют разность между входной координатой и координатой модели объекта, формируют команды управления объектом и моделью объекта по разности между входной координатой и координатой модели объекта и формируют команды управления положением центров полей управления по координатам модели объекта, а при текущем времени работы системы больше времени окончания перехода с одного поля управления на другое поле управления формируют команды управления объектом и моделью объекта по разности между входной координатой и координатой объекта, а формирование команд управления положением центров полей управления выполняют по координатам объекта, а при отсутствии информации о координатах объекта одновременно с формированием команд управления положением центров полей управления по координатам модели объекта формируют команды управления объектом и моделью объекта по разности между входной координатой и координатой модели объекта.

2. Система управления, содержащая последовательно соединенные первое приемное устройство входного сигнала, блок формирования ошибки, блок управления, объект, выход которого соединен с входами второго и третьего приемных устройств, а также модель объекта, отличающаяся тем, что в качестве модели объекта используется динамическая модель объекта и введены последовательно соединенные устройство переключения, блок вычисления разности, фильтр, блок выработки команд управления моделью объекта, выход которого соединен с входом модели объекта, а выход модели объекта соединен с вторым входом блока вычисления разности и первым входом устройства переключения, второй и третий входы устройства переключения соединены соответственно с выходами второго и третьего приемных устройств, вторые входы которых соединены соответственно с третьим и четвертым выходами устройства переключения, второй выход устройства переключения соединен с вторым входом блока формирования ошибки, а выход блока управления соединен с вторым входом блока выработки команд управления моделью объекта.

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что устройство переключения содержит первый, второй, третий ключи, первый компаратор, последовательно соединенные первое устройство выделения модуля, второй компаратор, четвертый ключ, последовательно соединенные второе устройство выделения модуля, третий компаратор, пятый и шестой ключи, последовательно соединенные интегратор, выход которого через первый компаратор соединен с управляющим входом пятого ключа, четвертый компаратор, выход которого соединен с управляющими входами четвертого и шестого ключей, последовательно соединенные первый переключатель, первый вход которого подключен к входу первого устройства выделения модуля, а второй вход к входу второго устройства выделения модуля, второй переключатель, второй вход которого соединен с входами первого и второго ключей, седьмой ключ, при этом выход четвертого ключа соединен с выходом пятого ключа и с управляющими входами второго и третьего ключей, выход которого соединен с управляющими входами второго переключателя, первого и седьмого ключей, выход шестого ключа соединен с управляющим входом первого переключателя, а так же выход модели объекта соединен с вторым входом второго переключателя, выход второго приемного устройства соединен с первым входом первого переключателя, второй вход которого соединен с выходом третьего приемного устройства, выходы первого и второго ключей подключены соответственно к вторым входам второго и третьего приемных устройств, выход седьмого ключа соединен с вторым входом блока формирования ошибки, выход второго переключателя соединен с первым входом блока вычисления разности.

4. Система по п.2, отличающаяся тем, что устройство переключения содержит первый, второй, третий ключи, первый компаратор, последовательно соединенные первое устройство выделения модуля, второй компаратор, первый элемент И, элемент ИЛИ, последовательно соединенные второе устройство выделения модуля, третий компаратор, второй элемент И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ и управляющими входами первого переключателя и второго ключа, последовательно соединенные задающий генератор, счетчик, цифроаналоговый преобразователь, выход которого через первый компаратор соединен с вторым входом второго элемента И, четвертый компаратор, инвертор, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, последовательно соединенные первый переключатель, первый вход которого подключен к входу первого устройства выделения модуля, а второй вход к входу второго устройства выделения модуля, второй переключатель, второй вход которого соединен с входами первого и второго ключей, при этом выход элемента ИЛИ соединен с управляющими входами второго переключателя и первого ключа, а так же выход модели объекта соединен с вторым входом второго переключателя, выход второго приемного устройства соединен с первым входом первого переключателя, второй вход которого соединен с выходом третьего приемного устройства, выходы первого и второго ключей подключены соответственно к вторым входам второго и третьего приемных устройств, выход второго переключателя соединен с первым входом блока вычисления разности и с вторым входом блока формирования ошибки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано в образцах техники, работающих в условиях воздействия помех и пропадания информационных сигналов, а также в установках для научных исследований.

Известен способ управления движущимся объектом [1], заключающийся в том, что выделяют координаты объекта, определяют величину ошибки, пропорциональную разности между входной координатой и координатой объекта, формируют команды управления объектом в соответствии с величиной ошибки.

Система управления для осуществления указанного способа содержит последовательно соединенные приемные устройства входного и выходного сигналов, устройство выработки команд управления, устройство телеуправления, систему управления нормальными перегрузками. Недостатком указанных технических решений является низкая точность работы системы управления в условиях воздействия помех и пропадания информационных сигналов.

Наиболее близким к заявляемому техническим решением является способ управления движущимся объектом [2], заключающийся в том, что определяют текущие координаты объекта и статистической модели объекта, осуществляют сопровождение объекта широкополым полем управления, формируют по координатам объекта команды управления объектом и полями управления, осуществляют переход с широкопольного поля управления на узкопольное поле управления при появлении объекта в пределах узкопольного поля управления. Причем при переключении полей управления в случае пропадания информационных сигналов о текущих координатах объекта формирование команд управления полями управления осуществляют по координатам статистической модели объекта, а управление объектом осуществляется по сигналам компенсации динамической ошибки.

Система управления для осуществления указанного способа содержит последовательно соединенные приемное устройство входного сигнала, блок формирования ошибки между входным и выходным сигналами, блок управления, объект управления, широкопольные и узкопольные приемные устройства выходного сигнала (координат объекта) и статистическую модель объекта управления. Статистическая модель объекта рассчитывается заранее и отражает движение объекта по номинальной среднестатистической траектории. При этом на начальном участке управления слежение за объектом управления осуществляется более широкопольным приемным устройством. В процессе управления осуществляют переключение широкопольного приемного устройства на узкопольное приемное устройство. В моменты времени переключения приемных устройств в условиях воздействия внешних возмущающих факторов и помех в информационных сигналах о положении объекта могут возникать неопределенности и скачкообразное изменение сигналов. Кроме того, во время переключения приемных устройств могут возникать пропадания информационных сигналов о положении объекта. В этих случаях изменение положения полей управления осуществляют в соответствии с координатами статистической модели объекта управления. В условиях воздействия внешних возмущающих факторов и помех, а также наличия собственного движения объекта прогнозируемые среднестатистической моделью координаты движения объекта и реальные координаты объекта могут значительно отличаться. Такое управление приемными устройствами при их переключении может приводить к потере объекта из пределов полей управления приемных устройств, а следовательно, к срыву управления объектом.

Недостатком указанных технических решений является низкая надежность и точность работы системы управления во время переключения приемных устройств выходного сигнала (координат объекта) в условиях воздействия внешних возмущающих факторов и помех.

Задачей изобретения является повышение надежности и точности работы системы управления при переключении приемных устройств выходного сигнала (координат объекта) в условиях воздействия внешних возмущающих факторов и помех. Поставленная задача решается за счет использования при переключении приемных устройств выходного сигнала для управления объектом принудительного инерционного режима.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе управления определяют текущие координаты объекта и модели объекта, разность между входной координатой и координатой объекта, формируют команды управления объектом по разности между входной координатой и координатой объекта, команды управления положением центров полей управления по координатам объекта, осуществляют переход с одного поля управления на другое, при отсутствии информации о координатах объекта формируют команды управления положением центров полей управления по координатам модели объекта, причем одновременно с формированием команд управления объектом по разности между входной координатой и координатой объекта формируют по этой разности команды управления моделью объекта, а перед переходом с одного поля управления на другое устанавливают моменты времени начала и окончания перехода с одного поля управления на другое, сравнивают текущее время с временем начала и окончания перехода с одного поля управления на другое, и при текущем времени работы системы больше времени начала перехода с одного поля управления на другое определяют разность между входной координатой и координатой модели объекта, формируют команды управления объектом и моделью объекта по разности между входной координатой и координатой модели объекта и формируют команды управления положением центров полей управления по координатам модели объекта, а при текущем времени работы системы больше времени окончания перехода с одного поля управления на другое формируют команды управления объектом и моделью объекта по разности между входной координатой и координатой объекта, формирование команд управления положением центров полей управления выполняют по координатам объекта, а при отсутствии информации о координатах объекта одновременно с формированием команд управления положением центров полей управления по координатам модели объекта формируют команды управления объектом и моделью объекта по разности между входной координатой и координатой модели объекта.

Для осуществления указанного способа в систему управления, содержащую последовательно соединенные первое приемное устройство входного сигнала, блок формирования ошибки, блок управления, объект, выход которого соединен с входами второго и третьего приемных устройств, а также модель объекта (в качестве модели объекта используют динамическую модель объекта), введены последовательно соединенные устройство переключения, блок вычисления разности, фильтр, блок выработки команд управления моделью объекта, выход которого соединен с входом модели объекта, а выход модели соединен с вторым входом блока вычисления разности и первым входом устройства переключения, второй и третий входы устройства переключения соединены соответственно с выходами второго и третьего приемных устройств, вторые входы которых соединены соответственно с третьим и четвертым выходами устройства переключения, второй выход устройства переключения соединен с вторым входом блока формирования ошибки, а выход блока управления соединен с вторым входом блока выработки команд управления моделью объекта.

В системе управления первый вариант реализации устройств переключения содержит первый, второй, третий ключи, первый компаратор, последовательно соединенные первое устройство выделения модуля, второй компаратор, четвертый ключ, последовательно соединенные второе устройство выделения модуля, третий компаратор, пятый и шестой ключи, последовательно соединенные интегратор, выход которого через компаратор соединен с управляющим входом пятого ключа, четвертый компаратор, выход которого соединен с управляющими входами четвертого и шестого ключей, последовательно соединенные первый переключатель, первый вход которого подключен к входу первого устройства выделения модуля, а второй вход - к входу второго устройства выделения модуля, второй переключатель, второй вход которого соединен с входами первого и второго ключей, седьмой ключ, при этом выход четвертого ключа соединен с выходом пятого ключа и с управляющими входами второго и третьего ключа, выход которого соединен с управляющими входами второго переключателя, первого и седьмого ключей, выход шестого ключа соединен с управляющим входом первого переключателя, а также выход модели объекта соединен с вторым входом второго переключателя, выход второго приемного устройства соединен с первым входом первого переключателя, второй вход которого соединен с выходом третьего приемного устройства, выходы первого и второго ключей подключены соответственно ко вторым входам второго и третьего приемных устройств, выход седьмого ключа соединен с вторым входом блока формирования ошибки, выход второго переключателя соединен с первым входом блока вычисления разности.

В системе управления второй вариант реализации устройства переключения содержит первый, второй, третий ключи, первый компаратор, последовательно соединенные первое устройство выделения модуля, второй компаратор, первый элемент И, элемент ИЛИ, последовательно соединенные второе устройство выделения модуля, третий компаратор, второй элемент И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ и управляющими входами первого переключателя и второго ключа, последовательно соединенные задающий генератор, счетчик, цифроаналоговый преобразователь, выход которого через первый компаратор соединен с вторым входом второго элемента И, четвертый компаратор, инвертор, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, последовательно соединенные первый переключатель, первый вход которого подключен к входу первого устройства выделения модуля, а второй вход - к входу второго устройства выделения модуля, второй переключатель, второй вход которого соединен с входами первого и второго ключей, при этом выход элемента ИЛИ соединен с управляющими входами второго переключателя и первого ключа, а также выход модели объекта соединен с вторым входом второго переключателя, выход второго приемного устройства соединен с первым входом первого переключателя, второй вход которого соединен с выходом третьего приемного устройства, выходы первого и второго ключей подключены соответственно к вторым входам второго и третьего приемных устройств, выход второго переключателя соединен с первым входом блока вычисления разности и с вторым входом блока формирования ошибки.

В заявляемых технических решениях с целью защиты от воздействия возмущающих факторов и помех при переходе с одного поля управления на другое и при пропаданиях информационных сигналов о координатах объекта для выработки закона управления объектом и центрами полей управления используются координаты динамической модели объекта, определенные в соответствии с реальным движением объекта, в условиях отфильтрованных от шумов водных сигналов.

На фиг.1 изображена функциональная схема системы управления; на фиг.2 - первый вариант реализации устройства переключения; на фиг.3 - второй вариант реализации устройства переключения.

Функциональную схему системы управления поясняет фиг.1, на которой обозначено: 1, 2, 3 - первое, второе и третье приемные устройства; 4 - блок формирования ошибки; 5 - блок управления; 6 - объект; 7 - модель объекта; 8 - устройство переключения; 9 - блок вычисления разности; 10 - фильтр; 11 - блок выработки команд моделью объекта.

На фиг.2 представлен первый вариант реализации устройства переключения 8 и обозначено: 12, 13, 14, 15 - первый, второй, третий, четвертый компараторы; 16 и 17 - первый и второй блоки вычисления модуля; 18 и 19 - первый и второй переключатели; 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 - первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой ключи; 27 - интегратор.

На фиг.3 представлен второй вариант реализации устройства переключения 8 и обозначено: 12, 13, 14, 15 - первый, второй, третий, четвертый компараторы; 16 и 17 - первый и второй блоки выделения модуля; 18 и 19 - первый и второй переключателя; 20 и 21 - первый и второй ключи; 23 - элемент ИЛИ; 29 - инвертор; 30 и 31 - первый и второй элементы И; 32 - цифроаналоговый преобразователь; 33 - счетчик; 34 - задающий генератор.

Приемные устройства 1 - 3 включают пеленгационное устройство, блок управления, исполнительный привод, датчик угла поворота, антенную установку, являются узкопольными пеленгаторами, предназначенными для определения координат объекта слежения, и выполнены по известной схеме (см. [3] с. 63-70, рис. 2.7-2.9).

Устройства 4 и 9 представляет собой сумматор аналоговых сигналов с двумя входами (инвертирующим и неинвертирующим), реализованный на базе ОУ 153УД6 (см.[4] с. 75-77, рис. 3.2).

Устройства 5 и 10 представляют собой корректирующий фильтр, реализованный на базе ОУ 153УД6 (см. [1] с. 366-371, рис. 7.15).

Объект 6, включающий усилительно-преобразующую аппаратуру, рулевой привод, планер и кинематические соотношения, выполнен по известной схеме (см. [5] с. 388-404, [1] с. 372-379).

Модель объекта 7, включающая модель рулевого привода, модель движения летательного аппарата и модель кинематических соотношений, реализована на базе ОУ 153УД6 (см. [6] с. 175-188, рис.4.2).

Устройство 11 представляет собой сумматор аналоговых сигналов с двумя входами, реализованный на базе ОУ 153УД6 (см. [4] с. 75-77, рис. 3.1).

Компараторы 12 и 15 представляют собой однопороговую схему сравнения, реализованную на базе операционного усилителя 153УД6 (см. [4], с. 167-172, табл. 7.2).

Блоки выделения модуля 16 и 17 представляют собой элемент выделения модуля аналогового сигнала, построенный на базе микросхемы 153УД6 по известной схеме (см. [7], с. 44, рис. 2.9).

Переключатели 18 и 19 представляют собой аналоговый коммутатор, реализованный на базе операционного усилителя 153УД6 (см. [4], с. 190-194, рис. 7.20 и 7.23).

Ключи 20 - 26 представляют собой аналоговый ключ, реализованный на базе операционного усилителя 153УД6 (см. [4], с. 190-193, рис. 7.22), сигнал управления на который подается через инвертирующий усилитель, реализованный на базе определенного усилителя 153УД6 (см. [4], с. 57-59, табл. 2.1). Ключи 20, 21 и 23 нормально-замкнутые, а ключи 22, 24, 25 и 26 нормально-разомкнутые.

Интегратор 27 представляет собой аналоговый интегратор, реализованный на базе операционного усилителя 153УД6 (см. [4], с. 77-79, табл. 3.1).

Элемент ИЛИ 28 представляет собой логический элемент 2ИЛИ, реализованный на базе микросхемы 155ЛП5 (см. [8], с. 155).

Инверторы 29 представляют собой логический элемент НЕ, реализованный на базе микросхемы 155ЛН1 (см. [8], с. 156).

Элементы И 30 и 31 представляют собой логический элемент 2И, реализованный на базе микросхемы 155ЛИ1 (см. [8], с. 156).

Цифроаналоговый преобразователь 32 представляет собой микросхему 572ПА1 (см. [9], с. 230-239, рис. 9.1).

Счетчик 33 представляет собой четырехразрядный двоичный счетчик, реализованный на базе микросхемы 155ИЕ7 (см. [8], с. 142- 144).

Задающий генератор 34 представляет собой генератор прямоугольных импульсов, реализованный на базе операционного усилителя 153УД6 (см. [4], с. 138-141, рис. 5.14 и 5.15).

Вновь вводимые блоки реализуются на базе элементов, являющихся стандартными и выпускаемыми промышленностью со стандартной точностью.

Предлагаемый способ управления осуществляется системой управления.

Система управления с первым вариантом реализации устройства переключения 8 работает следующим образом.

Рассмотрим работу системы управления. На выходе приемного устройства 1 формируется сигнал, пропорциональный изменению входного сигнала F_вх(t). Этот сигнал поступает на первый вход блока формирования ошибки 4, на второй вход которого поступает сигнал с выхода ключа 26. На выходе блока формирования ошибки 4 вырабатывается сигнал, пропорциональный величине отклонения выходной координаты объекта F_вых(t) от входного сигнала F_вх(t): qF(t) = F_вх(t) - F_вых(t). Сигнал с выхода блока формирования ошибки 4 преобразуется блоком управления 5 и блоком выработки команд 11 и поступает на вход модели объекта 7. На выходе модели объекта 7 получается динамическая оценка координат объекта F_вых0(t). Этот сигнал подается на второй вход переключателя 18, на входы ключей 20 и 21 и на второй вход блока вычисления разности 9, на первый вход которого подается сигнал с выхода переключателя 18. Сигнал с выхода блока вычисления разности 9 преобразуется фильтром 8 и поступает на первый вход блока выработки команд 11. На выходе приемного устройства 2 вычисляется сигнал, пропорциональный координатам объекта 6, и подается через последовательно соединенные переключатель 19, переключатель 18 на вход ключа 26 и через последовательно соединенные устройство выделения модуля 16, компаратор 14 и ключ 23 - на управляющий вход ключа 22, сигнал с выхода которого подается на управляющие входы переключателя 18, ключей 20 и 26. На выходе приемного устройства 3 вычисляется сигнал, пропорциональный координатам объекта 6, и подается на второй вход переключателя 19 и через последовательно соединенные устройство выделения модуля 17, компаратор 15 и ключ 24 на управляющие входы ключей 21 и 22 и на вход ключа 25, сигнал с выхода которого подается на управляющий вход переключателя 19. Сигнал с выхода интегратора 27 подается через компаратор 13 на управляющий вход ключа 24 и через компаратор 12 на управляющие входы ключей 23 и 25. Сигналы с выхода ключей 20 и 21 подаются на вторые входы соответственно приемных устройств 2 и 3. Преобразованный таким образом сигнал ошибки qF(t) в сигнал управления U(t) с выхода блока управления 5 воздействует на объект 6. Объект 6 изменяет свое пространственное положение так, что направление на объект 6 f_вых(t) смещается в пространстве и исходное угловое рассогласование qF(t) между направлением на объект слежения F_вх(t) и на объект 6 F_вых(t) уменьшается.

Циклограмма работы компараторов 12 - 15, ключей 20 - 26 и переключателей 18 и 19 приведена на фиг.4. Здесь "1" - ключи 20 - 26 замкнуты, контакты переключателей 18 и 19 замкнуты; компараторы 12 - 15 в режиме превышения опорного сигнала; "0" - ключи 20 - 26 разомкнуты, контакты переключателей 18 и 19 разомкнуты; компараторы 12 - 15 сработали в состоянии логического 0; "П18 нз" - нормально замкнутые контакты переключателя 18 между его вторым входом и выходом; "П18 нр" - нормально разомкнутые контакты переключателя 18 между его первым входом и выходом; "П19 нз" - нормально замкнутые контакты переключателя 19 между его первым входом и выходом; "П19 нр" - нормально разомкнутые контакты переключателя 19 между вторым входом и выходом.

t1 определяется моментом времени перехода компаратора 14 в режим превышения опорного сигнала:

U16 - U_оп2 > U_е2, (1)

где U16 - входной сигнал с выхода устройства выделения модуля 16;

U_оп2 - опорный сигнал;

U_е2 - зона нечувствительности компаратора 14.

t2 определяется моментом времени перехода компаратора 12 в режим превышения опорного сигнала:

U27 - U_оп4 > U_е4, (2)

где U27 - входной сигнал с выхода интегратора 27, пропорциональный текущему времени t;

U_оп4 - опорный сигнал, пропорциональный времени начала перехода в принудительный инерционный режим t_пин;

U_е4 - зона нечувствительности компаратора 12.

Момент времени t_пин может быть установлен, исходя из характера воздействия на объект 5 возмущающих факторов и помех, инерционных характеристик объекта 6 и особенностей работы приемных устройств 2 и 3, а также может быть установлен на основании среднестатистических расчетов.

t3 определяется моментом времени срабатывания компаратора 14 по условию:

U16 - U_оп2 <U, (3)

где U16 - входной сигнал с выхода устройства выделения модуля 16;

U_оп2 - опорный сигнал;

U_е2 - зона нечувствительности компаратора 14.

t4 определяется моментом времени перехода компаратора 15 в режим превышения опорного сигнала:

U17 - U_оп3 > U_е3, (4)

где U17 - входной сигнал с выхода устройства выделения модуля 17;

U_оп3 - опорный сигнал;

U_е3 - зона нечувствительности компаратора 15.

t5 определяется моментом времени перехода компаратора 13 в режим превышения опорного сигнала:

U27 - U_оп1 > U_е1, (5)

где U27 - входной сигнал с выхода интегратора 27, пропорциональный текущему времени t;

U_оп1 - опорный сигнал, пропорциональный времени окончания нахождения в принудительном инерционном режиме t_пик;

U_е1 - зона нечувствительности компаратора 13.

Момент времени t_пик может быть установлен, исходя из характера воздействия на объект 6 возмущающих факторов и помех, инерционных характеристик объекта 6 и особенностей работы приемных устройств 2 и 3, а также может быть установлен на основании среднестатистических расчетов.

В первом варианте реализации системы управления повышение надежности достигается путем:

- формирования на выходе модели объекта 7 сигнала, пропорционального оценкам координат объекта 6, с помощью элементов 9 - 11;

- формирования интервала времени, в течение которого действует принудительный инерционный режим управления объектом, с помощью элементов 12, 13, 27;

- формирования сигналов управления приемными устройствами 2 и 3 на выходах соответственно ключей 20 и 21 на интервалах времени действия принудительного инерционного режима и при пропаданиях сигналов от объекта 6 с помощью элементов 22 - 25;

- формирования сигнала управления объектом 6 на интервалах времени действия принудительного инерционного режима и при пропаданиях сигналов от объекта 6 с помощью элементов 14 - 19, 22 - 26;

- определенной последовательностью соединения вновь вводимых элементов 8 - 27 и выполнением определенных параметрических соотношений.

Обосновать работу первого варианта системы управления можно следующим образом.

Момент времени t1 характеризует вхождение объекта 6 в поле управления приемного устройства 2 и начало управления объекта 6. До этого момента времени приемные устройства 2 и 3 управляются по координатам модели объекта 7 (см. [3], с. 65-70, рис. 2.8 и 2.9), а объект 6 находится в свободном движении.

В интервале времени t1 - t2 осуществляется автосопровождение объекта 6 устройством 2 (см. [3], с. 63-65, рис. 2.7). В этом случае формирование команд управления объектом 6 и моделью объекта 7 осуществляется по величине разности между входной координатой и координатой объекта 6, получаемой с выхода приемного устройства 2, qF(t) = F_вх(t) - F_вых(t). Формирование команд управления приемным устройством 3 осуществляется по координатам модели объекта 7 F_вых0(t) (см. [3], с. 65-70, рис. 2.8 и 2.9), и приемное устройство 3 находится в режиме подслеживания за координатами модели объекта 7 F_вых0(t). При этом передаточная функция выходного сигнала F_вых(t) через параметры системы и входное воздействие F_вх(t) имеет вид:

,

где Wi - передаточные функции (индекс соответствует номеру устройства).

На этом интервале времени обеспечивается динамическая подстройка выходных координат модели объекта 7 под реальные координаты объекта 6.

Передаточная функция на выходе модели объекта 7 через параметры системы управления и входное воздействие F_вх(t) имеет вид:

.

При выполнении условий: W7 = W6 и W2 = 1 (8)

выражение (7) примет вид:

.

Полученная передаточная функция (9) соответствует выражению (6). Следовательно, на выходе модели объекта 7 формируется координата F_вых0(t), аналогичная выходной координате системы F_вых(t).

Передаточная функция на выходе модели объекта 7 через параметры системы управления и возмущающее воздействие F_п(t) по каналу измерения координат объекта 6 имеет вид:

.

При выполнении условия:

W10 = W5 (11)

передаточная функция (11) обращается в нуль. Следовательно, в этом случае обеспечивается эффективное подавление возмущающих воздействий по каналу измерения координат объекта.

Таким образом, в режиме автосопровождения (t1 - t2) обеспечивается формирование на выходе модели объекта 7 координат F_вых0(t), аналогичных выходным координатам объекта 6 F_вых(t), и эффективное подавление возмущающих воздействий по каналу измерения координат объекта.

В интервале времени t2 - t5 включается принудительный инерционный режим. Движение модели объекта 7 осуществляется в соответствии с передаточной функцией W7, а движение объекта 5 в соответствии с передаточной функцией W6. Так как передаточные функции W7 = W6, и учитывая то, что координаты модели объекта 7 и объекта 6 в момент начала принудительного режима равны, то и в процессе принудительного режима будут сохраняться координаты модели объекта 7, близкие реальным координатам объекта 6. Формирование команд управления приемными устройствами 2 и 3 осуществляется по координатам модели объекта 7 F_вых0(t) (см. [3] , с. 65-70, рис. 2.8 и 2.9). Это обеспечивает удержание объекта 6 в поле зрения приемного устройства 2 и ввод объекта 6 в поле зрения приемного устройства 3.

Момент времени t3 - это момент времени прекращения работы приемного устройства 2, а момент времени t4 - это время начала работы приемного устройства 3. В интервале времени t3 - t4 отсутствует информация о координатах объекта 6. То есть все переходные процессы, связанные с переключением временного устройства 2 на приемное устройство 3, оказываются внутри принудительного инерционного режима. Это исключает влияние этих процессов на работу системы управления и обеспечивает надежную и точную работу системы управления во время переключения приемных устройств 2 и 3 в условиях воздействия внешних возмущающих факторов и помех.

Для времени работы системы управления t > t5 осуществляется автосопровождение объекта 6 устройством 3 (см. [3], с. 63-65, рис. 2.7). В этом случае формирование команд управления объектом 6 и моделью объекта 7 осуществляется по величине разности между входной координатой и координатой объекта 6, излучаемой с выхода приемного устройства 3, qF(t) = F_вх(t) - F_вых(t). Формирование команд управления приемным устройством 2 осуществляется по координатам модели объекта 7 F_вых0(t) (см. [3], с. 65-70, рис. 2.8 и 2.9), и приемное устройство 2 находится в режиме подслеживания за координатами модели объекта 7 F_вых0(t). Работа системы управления описывается выражениями (6) - (11), в которых W2 заменено на W3.

Приведенный анализ показывает, что при переключении приемных устройств в условиях воздействия возмущающих факторов и помех обеспечивается устойчивое управление объектом.

Система управления с вторым вариантом реализации устройства переключения 8 работает следующим образом.

Рассмотрим работу системы управления. На выходе приемного устройства 1 формируется сигнал, пропорциональный изменению входного сигнала F_вх(t). Этот сигнал поступает на первый вход блока формирования ошибки 4, на второй вход которого поступает сигнал с выхода переключателя 18. На выходе блока формирования ошибки 4 вырабатывается сигнал, пропорциональный величине отклонения выходной координаты объекта F_вых(t) от входного сигнала F_вх(t): qF(t) = F_вх(t) - F_вых(t). Сигнал с выхода блока формирования ошибки 4 преобразуется блоком управления 5 и блоком выработки команд 11 и поступает на вход модели объекта 7. На выходе модели объекта 7 получается динамическая оценка координат объекта F_вых0(t). Этот сигнал подается на второй вход переключателя 18, на входы ключей 20 и 21 и на второй вход блока вычисления разности 9, на первый вход которого подается сигнал с выхода переключателя 18. Сигнал с выхода блока вычисления разности 9 преобразуется фильтром 8 и поступает на первый выход блока выработки команд 11. На выходе приемного устройства 2 вычисляется сигнал, пропорциональный координатам объекта 6, и подается на последовательно соединенные переключатель 19, переключатель 18 и через последовательно соединенные устройство выделения модуля 16, компаратор 14 и элемент И 30, элемент ИЛИ 28 на управляющие входы ключа 20 и переключателя 18. На выходе приемного устройства 3 вычисляется сигнал, пропорциональный координатам объекта 6, и подается на второй вход переключателя 19 и через последовательно соединенные устройство выделения модуля 17, компаратор 15 и элемент И 31 на управляющий вход переключателя 19 и на второй вход элемента ИЛИ 28. Сигнал с выхода задающего генератора 34 проходит через последовательно соединенные счетчик и цифроаналоговый преобразователь 32 на вход компаратора 12, сигнал с выхода которого через инвертор подается на второй вход элемента И 30 и на вход компаратора 13, сигнал с выхода которого подается на второй вход элемента И 31. Сигналы с выхода ключей 20 и 21 подаются на вторые входы соответственно приемных устройств 2 и 3. Преобразованный таким образом сигнал ошибки qF(t) в сигнал управления U(t) с выхода блока управления 5 воздействует на объект 6. Объект 6 изменяет свое пространственное положение так, что направление на объект 6 F_вых(t) смещается в пространстве и исходное угловое рассогласование qF(t) между направлением на объект слежения F_вх(t) и на объект 8 F_вых(t) уменьшается.

Циклограмма работы компараторов 12 - 15, ключей 20 и 21, переключателей 18 и 19, элемента ИЛИ 28, инвертора 29 и элементов И 30 и 31 приведена на фиг. 5. Здесь "1" - ключи 20 и 21 замкнуты, контакты переключателей 18 и 19 замкнуты; компараторы 12 - 15 в режиме превышения опорного сигнала; элемент ИЛИ 28, инвертор 29 и элементы И 30 и 31 в состоянии логической 1; "0" - ключи 20 и 21 разомкнуты, контакты переключателей 18 и 19 разомкнуты; компараторы 12 - 15 сработали в состоянии логического 0; элемент ИЛИ 28, инвертор 29 и элементы И 30 и 31 в состоянии логического 0; "П18 нз" - нормально замкнутые контуры переключателя 18 между его вторым входом и выходом; "П18 нр" - нормально разомкнутые контакты переключателя 18 между его первым входом и выходом; "П19 нз" - нормально замкнутые контакты переключателя 19 между его первым входом и выходом; "П19 нр" - нормально разомкнутые контакты переключателя 19 между вторым входом и выходом.

t1 определяется моментом времени перехода компаратора 14 в режим превышения опорного сигнала:

U16 - U_оп2 > U_е2, (12)

где U16 - входной сигнал с выхода устройства выделения модуля 16;

U_оп2 - опорный сигнал;

U_е2 - зона нечувствительности компаратора 14.

t2 определяется моментом времени перехода компаратора 12 в режим превышения опорного сигнала:

U32 - U_оп4 > U_е4, (13)

где U32 - входной сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя, пропорциональный текущему времени t;

U_оп4 - опорный сигнал, пропорциональный времени начала перехода в принудительный инерционный режим t_пин;

U_е4 - зона нечувствительности компаратора 12.

Момент времени t_пин может быть установлен, исходя из характера воздействия на объект 6 возмущающих факторов и помех, инерционных характеристик объекта 6 и особенностей работы приемных устройств 2 и 3, а также может быть установлен на основании среднестатистических расчетов.

t3 определяется моментом времени срабатывания компаратора 14 по условию:

U16 - U_оп2 <U, (14)

где U16 - входной сигнал с выхода устройства выделения модуля 16;

U_оп2 - опорный сигнал;

U_е2 - зона нечувствительности компаратора 14.

t4 определяется моментом времени перехода компаратора 15 в режим превышения опорного сигнала:

U17 - U_оп3 > U_е3, (15)

где U17 - выходной сигнал с выхода устройства выделения модуля 17;

U_оп3 - опорный сигнал;

U_е3 - зона нечувствительности компаратора 15.

t5 определяется моментом времени перехода компаратора 13 в режим превышения опорного сигнала:

U32 - U_оп1 > U_е1, (16)

где U32 - входной сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя 32, пропорциональный текущему времени t;

U_оп1 - опорный сигнал, пропорциональный времени окончания нахождения в принудительном инерционном режиме t_пик;

U_е1 - зона нечувствительности компаратора 13.

Момент времени t_пик может быть установлен, исходя из характера воздействия на объект 6 возмущающих факторов и помех, инерционных характеристик объекта 6 и особенностей работы приемных устройств 2 и 3, а также может быть установлен на основании среднестатистических расчетов.

Во втором варианте реализации системы управления повышение надежности достигается путем:

- формирования на выходе модели объекта 7 сигнала, пропорционального оценкам координат объекта 6, с помощью элементов 9 - 11;

- формирования интервала времени, в течение которого действует принудительный инерционный режим управления объектом, с помощью элементов 12, 15, 32, 33, 34;

- формирования сигналов управления приемными устройствами 2 и 3 на выходах соответственно ключей 20 и 21 на интервалах времени действия принудительного инерционного режима и при пропаданиях сигналов от объекта 6 с помощью элементов 28 - 31;

- формирования сигнала управления объектом 6 на интервалах времени действия принудительного инерционного режима и при пропаданиях сигналов от объекта 6 с помощью элементов 14 - 19, 28 - 31;

- определенной последовательности соединения вновь вводимых элементов 8 - 21, 28 - 34 и выполнением определенных параметрических соотношений.

Обосновать работу системы управления можно следующим образом.

Момент времени t1 характеризует вхождение объекта 6 в поле управления приемного устройства 2 и начало управления объекта 6. До этого момента времени приемные устройства 2 и 3 управляются по координатам модели объекта 7 (см. [3], с. 65-70, рис. 2.8, 2.9), а объект 6 находится в свободном движении.

В интервале времени t1 - t2 осуществляется автосопровождение объекта 6 устройством 2 (см. [3], с. 63-65, рис. 2.7). В этом случае формирование команд управления объектом 6 и моделью объекта 7 осуществляется по величине разности между входной координатой и координатой объекта 6, получаемой с выхода приемного устройства 2, qF(t) = F_вх(t) - F_вых(t). Формирование команд управления приемным устройством 3 осуществляется по координатам модели объекта 7 F_вых0(t) (см. [3], с. 65-70, рис. 2.8, 2.9), и приемное устройство 3 находится в режиме подслеживания за координатами модели объекта 7 F_вых0(t). При этом передаточная функция выходного сигнала F_вых(t) через параметры системы и входное воздействие F_вх(t) имеет вид:

.

На этом интервале времени обеспечивается динамическая подстройка выходных координат модели объекта 7 под реальные координаты объекта 6.

Передаточная функция на выходе модели объекта 7 через параметры системы управления и входное воздействие F_вх(t) имеет вид:

.

При выполнении условия W7 = W6 и W2 = 1 (19)

выражение (18) имеет вид:

.

Полученная передаточная функция (20) соответствует выражению (17). Следовательно, на выходе модели объекта 7 формируется сигнал, пропорциональный выходной координате системы F_вых(t).

Передаточная функция на выходе модели объекта 7 через параметры системы управления и возмущающее воздействие F_п(t) по каналу измерения координат объекта 6 имеет вид:

.

При выполнении условия W10 = W5 (22)

посредством функции (21) обращается в нуль. Следовательно, в этом случае обеспечивается эффективное подавление возмущающих воздействий по каналу измерения координат объекта.

Таким образом, в режиме автосопровождения (t1 - t2) обеспечивается формирование на выходе модели объекта 7 координат F_вых0(t), аналогичных выходным координатам объекта 6 F_вых(t), и эффективное подавление возмущающих воздействий по каналу измерения координат объекта.

В интервале времени t2 - t5 включается принудительный инерционный режим. Движение модели объекта 7 осуществляется в соответствии с передаточной функцией W7, а движение объекта 6 - в соответствии с передаточной функцией W6. Так как передаточные функции W7 = W6 и, учитывая то, что координаты модели объекта 7 и объекта 6 в момент начала принудительного режима равны, то и в процессе принудительного режима будут сохраняться координаты модели объекта 7, близкие реальным координатам объекта 6. Формирование команд управления приемными устройствами 2 и 3 осуществляется по координатам модели.

В интервале времени t2 - t5 включается принудительный инерционный режим, т. е. формируют команды управления объектом 6, моделью объекта 7 по величине разности между входной координатой и координатами модели объекта 7: qF(t) = F_вх(t) - F_вых0(t), а формирование команд управления приемными устройствами 2 и 3 по координатам модели объекта 7 F_вых0(t) (см. [3], с. 65-70, рис. 2.8, 2.9). Для этого интервала времени передаточная функция системы управления имеет вид:

.

При выполнении условия: W6 = W7 и W2 = 1 (24)

справедливо Ф(р) = Ф_п(р). (25)

Следовательно, система управления в режиме принудительного инерционного режима управления объектом 6 функционирует в режиме, близком к нормальному режиму работы системы, и обеспечивается удержание объекта 6 в поле зрения приемного устройства 2 и ввод объекта 6 в поле зрения приемного устройства 3. Это обеспечивается за счет динамической экстраполяции координат объекта.

Момент времени t3 - это момент времени прекращения работы приемного устройства 2, а момент времени t4 - это время начала работы приемного устройства 3. В интервале времени t3 - t4 отсутствует информация о координатах объекта 6. То есть все переходные процессы, связанные с переключением приемного устройства 2 на приемное устройство 3, оказывается внутри принудительного инерционного режима. Это исключает влияние этих процессов на работу системы управления и обеспечивает надежную и точную работу системы управления во время переключения приемных устройств 2 и 3 в условиях воздействия внешних возмущающих факторов и помех.

Для времени работы системы управления t > t5 осуществляется автосопровождение объекта 6 устройством 3 (см. [3], с. 63-65, рис. 2.7). В этом случае формирование команд управления объектом 6 и моделью объекта 7 осуществляется по величине разности между входной координатой и координатой объекта 6, получаемой с выхода приемного устройства 3, qF(t) = F_вх(t) - F_вых(t). Формирование команд управления приемным устройством 2 осуществляется по координатам модели объекта 7 F_вых0(t) (см. [3], с. 65-70, рис. 2.8, 2.9), и приемное устройство 2 находится в режиме подслеживания за координатами модели объекта 7 F_вых0(t). Работа системы управления описывается выражениями (17) - (25), в которых W2 заменено на W3.

Приведенный анализ показывает, что при переключении приемных устройств в условиях воздействия возмущающих факторов и помех обеспечивается устойчивое управление объектом.

Установлено экспериментально, что (25) справедливо, если для отношения коэффициентов передачи элементов систему управления в полосе рабочих частот выполняется зависимость:

.

Значения коэффициентов из диапазона 0,7 - 1,3 в (26) определяются при настройке каждого конкретного образца системы с целью наиболее полной реализации условия (25). Это обстоятельство вызвано отличием параметров конкретного образца системы от номинала.

Следовательно, использование новых элементов 8 - 34, соединенных в соответствии с фигурами 1 - 3 с указанными характеристиками (1) - (26) в предлагаемой системе управления, выгодно отличает предлагаемое технические решение от прототипа, так как обеспечивает повышение надежности управления объектом в моменты времени переключения приемных устройств в условиях воздействия внешних возмущающих факторов и помех.

Источники информации.

1. Лебедев А.А., Карабанов В.А. Динамика систем управления беспилотными летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1965, с. 28 - 30, рис. 1.7.

2. 2S6M TUNGUSKA: The Worlds First Gun / Missile SP AA System // журнал "MILITARY TECHNOLOGY", Vol 17, issue 7, 1993, с. 38 - 42.

3. Белянский П.В., Сергеев Б.Б. Управление наземными антеннами и радиотелескопами. М.: Сов. радио, 1980.

4. Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС. М.: Радио и связь, 1981.

5. Кочетов В.Т., Половко А.М., Пономарев В.М. Теория систем телеуправления и самонаведения ракет. М.: Наука, 1964.

6. Петров Г.М., Лакунин Н.Б., Бартольд Э.Б. Методы моделирования систем управления на аналоговых и аналого-цифровых вычислительных машинах. М.: Машиностроение, 1977.

7. Горбацевич Е. Д., Левинзон Ф.Ф. Аналоговое моделирование систем управления. М.: Наука, 1984.

8. Справочник по интегральным микросхемам. /Под ред. Б.В. Тарабрина. М.: Энергия, 1981.

9. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л.: Энергоиздат, 1988.