Спосіб оптимізації перехідного процесу в системі автоматичного регулювання та пристрій для його реалізації

1. Спосіб оптимізації перехідного процесу в системі автоматичного регулювання, що базується на формуванні коректуючого сигналу за умов стрибкоподібної зміни координати вхідної дії, який відрізняється тим, що формують перший сигнал, пропорційний різниці похідних вхідної і вихідної дії системи автоматичного регулювання, та другий сигнал, пропорційний модулю різниці похідних вхідної і вихідної дії системи автоматичного регулювання, та сигнал, пропорційний модулю сигналу похибки системи, і на часовому відрізку, де значення модуля сигналу похибки системи перевищує значення еталонного сигналу, формують коректуючий сигнал, пропорційний добутку першого та другого сигналів, який складається з сигналом похибки системи. C2 2 81526 1 3 коректуючого сигналу відповідної полярності при стрибках величини вхідної дії на систему по результату порівняння двох сформованих сигналів: сигнала, пропорційного квадрату різниці похідних вхідної дії і вихідної дії системи автоматичного регулювання, а також сигнала, пропорційного модулю сигналу похибки системи [див. Патент на винахід №62734 «Спосіб оптимізації перехідного процесу у системі автоматичного регулювання та пристрій для його реалізації» Бюл. №8 від 15.08.2005]. Відомий спосіб оптимізації перехідного процесу автори обрали як прототип запропонованого способу оптимізації перехідного процесу в системі автоматичного регулювання, а пристрій, для реалізації цього відомого способа оптимізації, був обраний також, як прототип пристрою для реалізації запропонованого способа [див. Патент на винахід №62734 «Спосіб оптимізації перехідного процесу у системі автоматичного регулювання та пристрій для його реалізації» Бюл. №8 від 15.08.2005]. При застосуванні цього відомого способу оптимізації перехідного процесу за умов стрибка координати вхідної дії a(t) формують два сигнала: сигнал, пропорційний квадрату різниці сигналів похідних вхідної і вихідної дії системи автоматичного регулювання, а також сигнал, пропорційний модулю сигналу похибки системи, після чого порівнюють поточні амплітудні значення цих двох сигналів і при перевищенні поточним амплітудним значенням першого сигналу поточного амплітудного значення другого сигналу на часовому відрізку, де значення похибки системи перевищує значення еталонного сигналу, формують коректуючий сигнал в залежності від знаку похибки системи. Недоліком розглянутого способу слід зазначити складність його реалізації, що пов'язана з обробкою сигналу, який становить результат порівняння двох сигналів: сигналу, пропорційного квадрату різниці похідних сигналів вхідної і вихідної дії системи автоматичного регулювання, і сигналу, пропорційного модулю сигналу похибки системи. В основу винаходу поставлено завдання створити такий спосіб оптимізації перехідного процесу в системі автоматичного регулювання і пристрій для його реалізації за умов стрибків координати вхідної дії (або її похідної), за яких величина перерегулювання і тривалість перехідного процесу зменшуються як при нульових, так і при ненульових початкових умовах, при спрощенні пристрія для його реалізації, що поліпшує споживчі властивості системи автоматичного регулювання, наприклад, скорочує час готовності систем озброєння, які використовують такі слідкуючі системи. Завдання зменшення величини перерегулювання і тривалості перехідного процесу при стрибках координати вхідної дії (або її похідної) за нульових або ненульових початкових умов при спрощенні пристрія для його реалізації, розв'язується за рахунок того, що в способі оптимізації перехідного процесу в системі 81526 4 автоматичного регулювання формують перший сигнал, пропорційний різниці похідних сигналів вхідної і вихідної дії системи автоматичного регулювання, другий сигнал, пропорційний модулю різниці похідних сигналів вхідної і вихідної дії системи автоматичного регулювання, а також, сигнал, пропорційний модулю сигналу похибки системи, і на часовому відрізку, де значення модуля сигналу похибки системи перевищує значення еталонного сигналу, формують коректуючий сигнал, пропорційний добутку першого та другого сигналів, який складається з сигналом похибки системи. Пристрій-прототип [Патент на винахід №62734 «Спосіб оптимізації перехідного процесу у системі автоматичного регулювання та пристрій для його реалізації» Бюл. №8 від 15.08.2005, див. Фіг.1] складається із замкненого контуру регулювання, який включає вимірювач неузгодженості 1, суматор 2, підсилювач 3, двигун 4, диференціатор 5, датчик швидкості 6, коректуючий блок 7, до складу якого входить другий сумматор 8, випрямляючий модуль 9, пороговий компаратор 10, блок множення 11, квадратор 21, третій суматор 22, релейний модуль 23, елемент «І» 24, блок виділення знаку 25. Вхід диференціатора 5 з'єднаний з неінвертуючим другим входом вимірювача неузгодженості 1, вихід якого через послідовно з'єднані перший сумматор 2 і підсилювач 3 з'єднаний із входом двигуна 4, вихід якого з'єднаний з інвертуючим першим входом вимірювача неузгодженості 1 та входом датчика швидкості 6. Вихід диференціатора 5 з'єднаний з неінвертуючим першим входом другого суматора 8, інвертуючий другий вхід якого з'єднаний з виходом датчика швидкості 6, а вихід - через послідовно з'єднані квадратор 21, третій суматор 22, релейний модуль 23 та елемент «І» 24 з'єднаний з першим входом блоку множення 11, вихід якого з'єднаний з інвертуючим другим входом першого суматора 2. Водночас вихід вимірювача неузгодженості 1 з'єднаний з об'єднаними входами випрямляючого модуля 9 та блока виділення знаку 25, вихід якого з'єднаний із другим входом блока множення 11. Вихід випрямляючого модуля 9 з'єднаний з інвертуючим другим входом третього суматора 22 і через пороговий компаратор 10 з'єднаний з другим входом елемента «І» 24. На Фіг.1 наведені такі позначення сигналів пристрою - прототипу, що розглядається: a(t) - вхідна дія на систему автоматичного регулювання; . a (t) - сигнал похідної від вхідної дії на зазначену систему; β(t) - вихідна (відпрацьована) дія коректованої системи; . b (t) сигнал похідної вихідної (відпрацьованої) дії системи; q(t) - сигнал похибки системи; Uм - сигнал, який формується на виході випрямляючого модуля 9, (модуль похибки); 5 Uкв. - сигнал, який формується на виході квадратора 21; Uпор. - еталонний сигнал (заданий пороговий сигнал) порогового компаратора 10 (на Фіг.1 не показано); Usign - сигнал на виході блока виділення знаку 25; Uкор. - коректуючий сигнал системи (сигнал на виході блока множення 11). При виникненні стрибкоподібної, наприклад, ступінчатої, зміни похибки, тобто сигналу на виході вимірювача неузгодженості 1, викликаного стрибком координати вхідної дії a(t), система починає відпрацьовувати зазначену неузгодженість, разгоняючи двигун 4 до максимальної швидкості. Одночасно другий суматор 8 формує сигнал, пропорційний різниці . вихідних сигналів диференціатора 5 a (t) та . датчика швидкості 6 b (t). Квадратор 21 формує сигнал UKB., пропорційний квадрату різниці вихідних сигналів диференціатора 5 та датчика швидкості 6 (тобто сигнал, пропорційний квадрату різниці похідних вхідної та вихідної дії системи). Третій суматор 22 виконує порівняння амплітудних значінь сигналів на виходах квадратора 21 Uкв і випрямляючого модуля 9 Uм. На часовому відрізку, коли амплітудне значення сигналу на виході квадратора 21 Uкв меньше амплітудного значення сигналу на виході випрямляючого модуля 9 Uм, то сигнал на виході третього суматора 22, який надходить на вхід релейного модуля 23, менше нуля. Відповідно сигнал на виході релейного модуля 23 равний нулю, а це означає, що і сигнали на виходах елемента «І» 24 та блока множення 11 також дорівнюють нулю. Коректуючий сигнал на виході коректуючого блока 7 відсутній. У випадку, коли значення сигналу на виході квадратора 21 Uкв, перебільшує амплітудне значення сигналу на виході випрямляючого модуля 9 Uм, то сигнал на виході третього суматора 22, який надходить на вхід релейного модуля 23, більше нуля. Відповідно на виході релейного модуля 23 з'являється додатний сигнал. На часовому відрізку, коли сигнал на виході випрямляючого модуля 9 Uм перевищує значення еталонного сигналу Uпор., сигнал на виході порогового компаратора 10 має також додатне значіння, а напруга на виході елемента «І» 24 має додатне значіння. Вихідний сигнал блока множення 11 (коректуючий сигнал) при цьому стає відмінним від нуля. В цьому випадку знак коректуючого сигналу, наприклад, прямокутного імпульса, на виході блока множення 11 відповідає знаку сигналу похибки системи, який формується блоком виділення знака 25. Тривалість коректуючого сигналу відповідає відрізку проміжку часу, протягом якого вихідний сигнал на виході квадратора 21 Uкв перевищує поточне значіння сигналу на виході випрямляючого модуля 9 Uм, тобто встановлюється автоматично. Коректуючий сигнал з виходу коректуючого блока 7 алгебраїчно 81526 6 складається із сигналом похибки системи, тобто віднімається від сигналу похибки. Величину напруги коректуючого сигналу на виході блока множення 11 обирають такою, щоб після його вводу підсилювач 3 миттєво насичувався до напруги протилежного знаку, тобто формував тим самим сигнал гальмування двигуна 4. Під час здійснення гальмування двигуна 4 зменшується значіння сигналу на виході квадратора 21, знак сигналу на виході третього суматора 22 знову стає від'ємним, а завдяки цьому, сигнал на виході релейного модуля 23 приймає нульове значення, а коректуючий сигнал на виході блока множення 11 коректуючого блока 7 при цьому відсутній. Двигун 4 за умов надходження на його вхід лише підсиленого сигналу похибки системи знову починає розгін. Сигнал на виході квадратора Uкв починає зростати і, коли його амплітудне значення стає більшим за величину амплітудного значення сигналу на виході випрямляючого модуля 9 Uм, процес гальмування двигуна 4 повторюється. Закінчення формування коректуючого сигналу при наближенні вихідної дії системи b(t) до усталеного значення визначається моментом рівності сигналу похибки системи Uм деякому пороговому значенню, тобто еталонному сигналу Uпор. в пороговому компараторі 10. У цьому випадку сигнал на виході порогового компаратора 10 стає рівним нулю і блокує формування коректуючого сигналу гальмування двигуна 4. При цьому швидкість двигуна 4 незначна і не викликає перерегулювання вихідної дії системи. На, Фіг.3а наведено зміни коректуючого сигналу Ukop та сигналу b(t) нa виході системи автоматичного регулювання, яка реалізує спосібпрототип, за умов стрибків координати вхідної дії a(t)=180 град. на часовому відрізку 0