Спосіб керування багатовимірним динамічним об’єктом

Спосіб керування багатовимірним динамічним об'єктом, згідно з яким керування об'єктом за допомогою системи керування полягає у формуванні управляючого впливу на основі результатів порівняння задавального впливу та суми значень виміряних змінних стану об'єкта, яка доповнена значеннями змінних, виміряних безпосередньо за межами прикладення впливів, який відрізняється тим, що у блоці визначення моментів перемикань ключів апріорно розраховують моменти часу пе 3 приводить до зниження швидкодії всієї системи. Високий ступінь зв'язності координат стану об'єкта ускладнює реалізацію принципу підкореневого регулювання. За прототип прийнято спосіб керування динамічними об'єктами по заданих показниках якості (патент Російської Федерації № 2261466 від 05.05.2003), який полягає у формуванні управляючого впливу на основі результатів порівняння задаючого впливу та суми значень виміряних змінних стану об'єкта, яка доповнена значеннями змінних, виміряних безпосередньо за межами прикладення впливів. При неможливості вимірювання змінних стану, керуючий вплив формується на основі результатів порівняння задаючого впливу та суми значень, виміряних за межами прикладення сигналів підстроювання спостерігача стану, але при використанні способу керування динамічними об'єктами по заданих показниках якості неможлива побудова заданої траєкторії руху та необхідне вимірювання додаткової кількості змінних стану динамічної системи. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу керування багатовимірним динамічним об'єктом за принципом розв'язування задач побудови заданих фазових траєкторій для різних видів граничних умов, що дозволяє оптимізувати проходження об'єкта по розрахованій траєкторії, виходячи із економічних та енергетичних аспектів. Поставлена задача вирішується тим, що: Спосіб керування багатовимірним динамічним об'єктом, згідно з яким керування об'єктом за допомогою системи керування полягає у формуванні управляючого впливу на основі результатів порівняння задаючого впливу та суми значень виміряних змінних стану об'єкта, яка доповнена значеннями змінних, виміряних безпосередньо за межами прикладення впливів, який відрізняється тим, що у блоці визначення моментів перемикань ключів апріорно розраховують моменти часу перемикання ключів у ланцюгах зворотного зв'язку, з виходу об'єкта керування подають багатовимірний сигнал змінних стану на один з ланцюгів зворотного зв'язку, після чого на суматорі першої групи підсумовують один з вихідних багатовимірних сигналів блоку завдання начального керуючого впливу та одного з матричних блоків підсилювання, в залежності від того, який конкретно ключ у даний момент часу замкнуто, підсумований вплив подають на динамічні ланки, вихідні багатовимірні сигнали яких підсумовують на суматорі другої групи з впливом, який надходить з датчика контролю зовнішнього збурення через блок підсилювання зовнішнього збурення, далі підсумований багатовимірний сигнал подають на вхід блоку контролю перемикань ключів, на виході якого формують керуючий вплив, який подають на вхід об'єкта керування. Спосіб керування багатовимірним динамічним об'єктом складається з наступних основних етапів: - планування заданої фазової траєкторії; - визначення моментів переключення керуючих функцій у ланцюгах зворотних зв'язків об'єкта керування; 53614 4 - синтез керуючих функцій у ланцюгах зворотних зв'язків багатовимірного об'єкта. Це забезпечується: - побудовою заданої фазової траєкторії та знаходженням моментів часу переключення керуючих функцій шляхом розв'язування системи алгебраїчних рівнянь; - одержанням виразів для керуючих функцій, які фізично реалізуються; - застосуванням керуючих функцій у ланцюгах зворотного зв'язку, які не потребують безпосереднього вимірювання похідних фазових змінних на виході об'єкта керування. За рахунок цього: - відбувається переключення керуючих функцій, що забезпечує необхідний порядок похідної вектора вихідних координат з відповідним позитивним або негативним постійним значенням; - синтез керуючих функцій складається у визначенні керуючих впливів у ланцюгах зворотних зв'язків об'єкта керування, при яких на визначених заданих відрізках фазової траєкторії виконуються умови сталості відповідних похідних вектора вихідних координат; - при русі по координатних осях на кожнім відрізку фазової траєкторії включається на заданий час відповідний ланцюг зворотного зв'язку, що реалізує задану керуючу функцію. Винахідницький задум полягає в тому, що спосіб керування багатовимірним динамічним об'єктом забезпечує не тільки проходження об'єкта по розрахованій траєкторії, а також і його переміщення у найбільш економічному режимі, або найбільш швидкісному, що досягається завдяки введенню динамічних ланок та додаткових матричних блоків підсилювання у ланцюгах зворотного зв'язку. При цьому суттєво підвищується швидкодія системи керування у 2-2,5 рази при виборі траєкторій руху з максимальними значеннями (при урахуванні обмежень на керуючий вплив) та більш високим порядком значень сталих похідних вихідних координат об'єкта керування; чи забезпечується максимальна енергоекономічність системи при використанні траєкторій руху з мінімальними значеннями та порядком сталих похідних вихідних координат об'єкта керування. Планування фазової траєкторії руху полягає у формуванні необхідної кількості відрізків фазової траєкторії з постійними значеннями відповідних похідних вектора вихідних координат, а також у визначенні моментів часу переключення керуючих функцій у ланцюгах зворотних зв'язків для забезпечення переходу об'єкта по кожній з координатних осей з даного відрізка траєкторії на наступний відрізок. Наприклад, розглянемо рух об'єкта керування з початкового стану, обумовленого початко вими умовами X(0) , X(0) , у задане з кінцевими  умовами X(T' ) , X(T' ) . У цьому випадку для виконання заданих граничних умов при (0) 0 фазоX ва траєкторія руху по кожній з координатних осей буде складатися з двох відрізків, описуваних наступними рівняннями: перший відрізок траєкторії для 0 t l t1 : 5 l X(t1) X(0)  l X( t1) 53614 l 2  (t ) X(0) 1 ; 2 l  X(0)t1 l   X(0) X(0)t1, l другий відрізок траєкторії для t1 X(Tl ) l X(t1)  X(t lt )( Tl  X(T l )  l X( t1)  X(0)( T l (1) t  (Tl X(0) l t1 ) Tl l t1 )2 2 (2) l t1 ) де Tl - час закінчення руху по кожній з координатних осей, t - поточний час руху, l t1 - моменти часу переключення керуючих функцій при русі по кожній з координатних осей. Для обчислення необхідних трьох моментів часу переключення керуючих функцій при переході з одного відрізка фазової траєкторії на іншій спільно вирішуються системи рівнянь (1) і (2) від U(p) B 1 {( A 6 носно при заданих граничних умовах. У загальному випадку фазова траєкторія по кожній з координатних осей складається із суми відрізків, що відповідають заданій сукупності граничних умов, і описується системою алгебраїчних рівнянь виду l щодо моментів часу переключення t1 . У динамічній системі, що описується векторно-матричним рівнянням:  X(t) AX(t) BU(t) CF(t) , де значення векторів і матриць мають наступний зміст: С - матриця коефіцієнтів, F(t) - відома, безперервна, векторна функція зовнішнього збурювання, що диференціюється. Для відповідних (другий і до n-ої) нульових похідних вектора X(t) маємо для керуючих функцій після застосування перетворення Лапласа при початкових умовах (n 2) U(0),...., U (0) для керуючого впливу: pE) 1[ A 2 X(p) BU(0)] CF(p)}; ................................... U(p) де матриця A n n 2 B p jAn 1 {( p n 1E (n 2 ) A n ) 1[ A n X(p) B U (0) ... j 1 . j 0 На рисунку представлено блок - схему реалізації способу керування багатовимірним динамічним об'єктом. Вихід об'єкта керування 1 паралельно зв'язано з входами матричних блоків підсилювання 2, 3 та 4, де останній позначає n-ний матричний блок підсилювання, виходи яких з'єднано з входами першої групи суматорів, які паралельно з'єднано з виходами блока завдання початкового керуючого впливу 5, виходи суматорів пов'язано з входами динамічних ланок 6, 7 та 8 відповідно, де останній позначає n-ну динамічну ланку. Виходи динамічних ланок 6, 7 та 8 з'єднано з другою групою суматорів. Вихід датчика контролю зовнішнього збурення 9 пов'язано з входом матричного блоку підсилювання зовнішнього збурення 10, вихід якого паралельно з'єднано з другою групою суматорів, які пов'язано з виходами динамічних ланок 6, 7 та 8. Виходи другої групи суматорів приєднано до входів блоку контролю перемикань ключів 11, вхід якого поєднано з блоком визначення моментів перемикання ключів 12. Вихід блока контролю перемикань ключів 11 з'єднано з входом об'єкта керування 1. До блоку 13, який є системою керування, входять усі блоки з 2 по 12. Спосіб керування багатовимірним динамічним об'єктом реалізується наступним чином. У блоці визначення моментів перемикань ключів апріорно розраховуються моменти часу перемикання ключів у ланцюгах зворотного зв'язку. З A n 2 BU(0)] CF(p)} виходу об'єкта керування 1 на вхід системи керування 13 подається багатовимірний сигнал змінних стану на один з ланцюгів зворотного зв'язку, у момент часу апріорно розрахований у блоці визначення моментівперемикань ключів 12. Після чого на суматорі першої групи підсумовуються один з вихідних багатовимірних сигналів U01(p), U02(p) або U0n(p) блоку завдання початкового керуючого впливу 5, де останній позначає керуючий вплив, який подається на n-ний ланцюг зворотного зв'язку, та одного з матричних блоків підсилювання 2, 3 або 4, в залежності від того який конкретно ключ у даний момент часу замкнуто. Підсумований вплив подається на динамічні ланки 6, 7 або 8, вихідні багатовимірні сигнали яких підсумовується на суматорі другої групи з впливом, який подається з датчика контролю зовнішнього збурення 9 через блок підсилювання зовнішнього збурення 10, підсумований багатовимірний сигнал подається на вхід блоку контролю перемикань ключів 11, на виході якого формується керуючий вплив U(p), і останній подається на вхід об'єкта керування. Таким чином, позитивний ефект полягає в удосконаленні принципу побудови заданих фазових траєкторій для різних видів граничних умов, що дозволяє оптимізувати проходження об'єкта по розрахованій траєкторії, виходячи із економічних та енергетичних аспектів, та який досягнуто завдяки використанню способу керування багатовимірним динамічним об'єктом. Економічність можна підвищити на 3-5%. 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 53614 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601