Адаптивная система управления

 

АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ , содержащая сумматор объекта, подключенный выходом к входам объекта управления и модели объекта управления , первый выход которой подключен через блок задержки модели к первому входу сумматора модели, ВЕЛход которого соединен с вторым входом модели объекта управления, соединенной вторым выходом с первым входом суквдатора ошибки идентификации , второй вход которого подключен к выходу объекта управления, а управляющий вход сумматора ошибки идентификации соединен с. первым выходом блока управления, первый вход сумматора ошибки управления соединен с выходом блока яадагацих воздействий и с входом блока управления , второй выход которого подключен к управляющему входу сумматора ошибки управления, соединенного вторым входом с выходом объекта управления, второй вход сумматора объекта подключен через блок задержки объекта к информационному выходу объекта управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия , в нее введены сдвоенный блок умножения, сдвоенный блок квадратора, сдвоенный блок сумматора , сдвоенный блок деления, сдвоенный блок масштабных коэффициентов, блок умножения и блок задания стоимости управляющих воздействий, причем выход сумматора ошибки идентификации подключен к первому входу сдвоенного блока умножеия, второй вход которого соединен с выходом сумматора объекта и с первым вхо-, дом сдвоенного блока квадратора, подключенного первым выходом к первому входу сдвоенного блока сумматора , первый выход сдвоенного блока умножения подключен к первому входу сдвоенного блока деления, второй вход которого соединен с первым С выходом сдвоенного блока сумматора, а третий и четвертый входы сдвоен (Л ного блока деления подключены соответственно к второму выходу сдвоенного блока сумматора и к второму выходу сдвоенного блока умножения, третий вход которого подключен к выходу сумматора модели и к второму входу сдвоен-ного блока квадратора, четвертый вход сдвоенного блока Змножения подключен к первому входу блока умножения и к выходу блока задания стоимости управляющих воздействий , выход сумматора ошибки со со управления соединен с пятым входом сдвоенного блока умножения, второй Oi выход сдвоенного блока квадратора соединен с вторым входом блока умножения, подключенного выходом к второму входу сдвоенного блока сумматора, первый и второй выходы сдвоенного блока деления соединены соответственно с первым и вторым входами сдвоенного блока масштабных коэффициентов, первый выход которого подключен к второму входу сумматора модели, а второй выход сдвоенного блока масьчтабных коэффициентов подключен к первому входу сумматора объекта.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБДИН (19) (11)

З(51) а 05 В 13 00!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3506739/18-24 (22) 27.10.82 (46) 07.02.84. Бюл. Р 5 (72) И.Д.Зайцев, В.И.Салыга, Н.С.Дяченко, А.A.Бобух, О.Г.Руденко, Е.В.Бодянский и В.И.Сидревич (53) 62-50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 634235, кл. G 05 В 15/00, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 591821, кл. G 05 В 13/02, 1978 (прототип). (54) (57) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, содержащая сумматор объекта, подключенный выходом к входам объекта управления и модели объекта управления, первый выход которой подключен через блок задержки модели к первому входу сумматора модели, выход которого соединен с вторым входом модели объекта управления, соединенной вторым выходом с первым входом сумматора ошибки идентификации, второй вход которого подключен к выходу объекта управления, а управляющий вход сумматора ошибки идентификации соединен с.первым выходом блока управления, первый вход сумматора ошибки управления соединен с выходом блока задающих воздействий и с входом блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу сумматора оши ки управления, соединенного вторым входом с выходом объекта управления, второй вход сумматора объекта подключен через блок задержки объекта и информационному выходу объекта управления, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и быстро-. действия, в нее введены сдвоенный блок умножения, сдвоенный блок квадратора, сдвоенный блок сумматора, сдвоенный блок деления, сдвоенный блок масштабных коэффициентов, блок умножения и блок задания стоимости управляющих воздействий, причем выход сумматора ошибки идентификации подключен к первому входу .сдвоенного блока умноже. ия, второй вход которого соединен с выходом сумматора объекта и с первым вхо-, дом сдвоенного блока квадратора, подключенного первым выходом к первому входу сдвоенного блока сумматора, первый выход сдвоенного блока умножения подключен к первому входу сдвоенного блока деления, второй вход которого соединен с первым выходом сдвоенного блока сумматора, а третий и четвертый входы сдвоенного блока деления подключены соответственно к второму выходу сдвоенного блока сумматора и к второму выходу сдвоенного блока умножения, третий вход которого подключен к выходу сумматора модели и к второму входу сдвоенного блока квадратора, четвертый вход сдвоенного блока умножения подключен к первому входу блока умножения и к выходу блока задания стоимости управляющих воздействий, выход сумматора ошибки управления соединен с пятым входом сдвоенного блока умножения, второй выход сдвоенного блока квадратора соединен с вторым входом блока умножения, педключенного выходом к второму входу сдвоенного блока сумматора, первый и второй выходы сдвоенного блока деления соединены соответственно с первым и вторым входами сдвоенного блока масштабных коэффициентов, первый выход которого подключен к второму входу сумматора модели, а второй выход сдвоенного блока масштабных коэффициентов подключен к первому входу сумматора объекта.

1071996

Изобретение относится к автомати. ке и может найти применение в системах управления нестационарными объектамигподверженными воздействию неконтролируемых возмущений.

Известна самонастраивающаяся система для регулирования объектов с запаздыванием, содержащая последовательно соединенные эталонную модель, блоки сравнения, первый умножитель, первый усилитель, первый интегратор и второй умножитель, второй вход которого соединен с выходом объекта регулирования, вторым входом первого умножителя и вторым входом блока сравнения, а входы объекта регулирования и эталонной модели объединены, а также последовательно соединенные блок задержки, третий умножитель, второй усилитель, второй интегратор, четвертый умножитель, сумматор, выход которого соединен со вторь1м входом объекта регулирования, а вход — с выходом четвертого умножителя, первый вход третьего умножителя соединен со вторым входом четвертого умножителя, а второй вход с выходом блока сравнения (13 .

Однако этой системе присущи недостаточно высокие точность и быстродействие при управлении нестационарными объектами, объясняющиеся тем, что в процессе управления не учитывается возможный дрейф параметров объекта управления.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система автоматического управления, содержащая сумматор объекта, подключенный выходом ко входам объекта управления и модели объекта управления, первый выход которой подключен через блок задержки модели к первому входу сумматора модели, выход которого соединен со вторым входом модели объекта управления, вторым выходом соединенной с первым входом сумматора ошибки идентификации, второй вход которого подключен к выходу объекта управления, а управляющий вход сумматора ошибки идентификации соединен с первым выходом блока управления, первый вход сумматора ошибки управления соединен с выходом блока задающих воздействий и с входом блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу сум-. матора ошибки управления, вторым входом соединенного с выходом объекта управления, и второй вход сумматора объекта подключен через блок задержки объекта к информационному выходу объекта управления Г23 .

Однако известной системе автоматического управления также присущи недостаточно высокие точность и быстродействие, объясняющиеся отсутствием воэможности коррекции модели по мере изменения параметров объекта управления и задающего воздействия.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемое устройство введены сдвоенный блок умножения, сдвоенный блок квадратора, сдвоенный блок сумматора, сдвоенный блок деления, сдвоенный блок маштабных коэффициентов, блок умножения и блок задания стоимости управляющих воздействий, причем выход сумматора ошибки идентификации подключен к первому входу сдвоенного блока умножения, второй вход которого соединен с выходом сумматора объекта и первым входом сдвоенного блока квадратора, первым выходом подключенного к первому входу сдвоенного блока сумматора, первыи выход сдвоенного блока умножения подключен и первому входу сдвоенного блока деления, второй вход которого соединен с первым выходом сдвоенного блока сумматора, а третий и четвертый входы сдвоенного блока деления подключены соответственно ко второму выходу сдвоенного блока сумматора и ко второму выходу сдвсенного блока умножения, третий вход которого подключен к выходу сумматора модели и второму входу сдвоенного блока квадратора, четвертый вход сдвоенного блока умножения подключен к первому входу блока умножения и выходу блока задания стоимости управляющих воздействий, выход сумматора ошибки управления соединен с пятым входом сдвоенного блока умножения, второй выход сдвоенного блока квадратора соединен со вторым входом блока умножения, выходом подключенного ко второму входу сдвоенного блока сумматора, первый и второй выходы сдвоенного блока деления соединены соответственно с первым и вторым входами сдвоенного блока масштабных коэффициентов, первый выход которого подключен ко второму входу сумматора модели, а второй выход сдвоенного блока масштабных коэффициентов подключен к первому входу сумматора объекта.

Такое соединение элементов позволяет в процессе управления постоянно подстраивать коэффициенты модели объекта управления и тем

I самым учитывать дрейф параме".ðîâ объекта управления и задающего воздействия.

1071996

На чертеже изображена блок-схема предлагаемой адаптивной системы управления для варианта нестационарного многомерного объекта управления с rn входами и одним выходом.

Адаптивная система управления содержит сумматор 1 объекта, объект 2 управления, модель 3 объекта управления, блок 4 задержки модели, сумматор 5 модели, сумматор 6 ошибки идентификации, блок 7 управления, сумматор 8 ошибки управ,ления, блок 9 задакщих воздействий, блок 10 задержки объекта, сдвоенный блок 11 умножения, сдвоенный блок 12 квадратора, сдвоенный блок 13 сумматора, сдвоенный блок 14 деления, сдвоенный блок 15 масштабных коэффициентов, блок 16 умножения, блок 17 задания стоимости управляющих воздействий.

Блок 7 управления по сути представ- ляет собой таймер, управлякщий работой блоков 6 и 8.

Адаптивная система управления работает следующим образом.

С выхода сумматора 1 объекта входное управляющее воздействие х подается на вход объекта 2 управле" ния, вход с модели 3 объекта управления, вход cL первой группы сдвоенного блока 12 квадратора и на вход д первой группы сдвоенного блока 11 умножения. Сдвоенные блоки соответственно квадратора 12, умножения ll, сумматора 13, деления 14 и масштабных коэффициентов 15 состоят из двух параллельно и независимо работающих групп, собранных из аналогичных модулей, например операционных усилителей, причем первая группа модулей работает в контуре, решакщем задачу идентификации, à вторая группа — в контуре, решающем собственно задачу управления.

Информация о входном воздействии х с выхода состояния Ь объекта 2 управления через блок 10 задержки объекта с запаздыванием на один такт работы регулятора подается на вход р сумматора 1 объекта. С выхода а объекта 2 управления снимается информация об отклике объекта з на управляющее воздействие х и подается на вторые входы р сумматора 6 ошибки идентификации и сумматора 8 ошибки управления. По командам, поступающим с выходов а и Ь блока 7 управления, на вход которого подается сигнал > с блока 9 эадакщих воздействий, сумматор 6 ошибки идентификации вычисляет рассогласование между откликом объекта 2 управления и откликом модели 3 объекта управления, поступающим с ее выхода Ь на первый вход сумматора 6 ошибки идентификации, а сумматор 8 ошибки упВ сдвоенном блоке 13 сумматора (и р

В . вычисляются значения !

".„! 1

45 (квадраты евклидовых норм ! соответствующих векторов), которые подаются на входы делителя oL и p сдвоенного блока 14 деления. На входы делимого о(. и Р сдвоенного блока 14 деления поступает информация с выходов О и Ь сдвоенного блока 11 умножения, у которого первая группа на основании информации, поступакщей с выхода сумматора ошибки идентификации 6 и выхода сумматора 1 объекта, вычисляет значение (У вЂ” )х, а вторая группа на основании информации, поступакщей с сумматора 8 ошибки управления, блока 17 задания стоимости

60 управлякщих воздействий и выхода сум65

40 равления, на вход oL которого также подается сигнал v" c блока 9 задающих воздействий, вычисляет рассогласование между откликом объекта 2 управления и сигналом v блока 9 задающих воздействий.

Информация об ошибках идентификации и управления подается на входы и р первой и второй групп сдвоенного блока 11 умножения соответственно. Информация о последнем значении коэффициентов модели 3 объекта управления через выход коэффициентов а и через блок 4 задержки модели с задержкой на один такт работы регулятора подается на вход сумматора 5 модели, который служит для настройки коэффициентов модели 3 объекта управления. Информация с выхода сумматора 5 модели поступает также на вход р второй группы сдвоенного блока 12 квадратора и на третий вход р второй группы сдвоенного блока 11 умножения. Элементы векторов входных воздействий х и коэффициентов модели С в сдвоенном блоке 12 квад атора возводятся в квадрат, после чего элементы к2 (i= 1,n) подаются на вход оС первой группы сдвоенного блока 13 суммато1

Р ра, а элементы C (1=1, ) подаются на вход р блока 16 умножения, где умножаются на величины, обратно пропорциональные стоимости управлякщих воздействий 1;, которые поступают на вход aL блока 16 умножения от блока 17 задания стоимости управлякщих воздействий. С выхода блока 16 умножения величины cg „"- с подаются на вход р второй группы сдвоенного блока 13 сумматора. матора 5 модели, вычисляет значение (v" -v)Э 1.с. сдвоенный блок 14 деления на основании поступающей в него информации вычисляет управляющие воздействия, которые через

1071996 сдвоенный блок 15 масштабных коэффициентов подаются .на входы Ы сумматора 1 объекта и сумматора 5 модели, а те, в свою очередь, вычисляют оптимальные значения управляющих воздействий х и коэффициентов С 5

)яддели 3 объекта управления.

Пример. Пусть объект описывается уравнением

У(й) =С x f w), ГдЕ « f n) — ОТКЛИК ОбЬЕКта На в-М тактеу х()- - мерный вектор входных воэдействий1 — мерный вектор неизвестных коэффициентов объекта уп- 15 равления.

Модель 3 объекта управления задается уравнением

«() = С «(-л) х (n) где «ГпЭ вЂ” отклик. модели1

С«(-л)ь — мерный вектор настраиваемых коэффициентов модели.

Необходимо н процессе управления минимизировать отклонение отклика объекта 2 управления от задающего воздействия У "о критерию минимума суммы квадр: тсв отклонений на каждом такте работы системы. Пусть объект 2 управления находится в некотором исходном состоянии к (О), а в модели 3 объекта управления установлены значения коэффициентов С (О1.

На первом такте работы истемы блок 7 управления по своему выходу

b дает команду на вычисление ошибки управления «» — «; 1, а по выходу 35 одае. ся команда запрещения вычислений на вход сумматора 6 ошибки идентификации. При этом на выходе сумматора б ошибки идентификации появляется нуль. Сдвоенный блок 12 40 кнадратора, блок 16 умножения и сдвоенный блок 13 сумматора вычисtA (м. ляют величины x; f0) > d С, LО), 1

1=1

f0 которые подаются на входы делителя сдвоенного блока 14 деления. Вычислительные ошибки управления м" — v(о) с выхода сумматора 8 ошибки управления и нуль с выхода сумматора 6 ошибки иденти-. фикации подаются на входы р и г- сдвоенного блока 11 умножения,на входы 4., Я и ф" которого подаются значения

x(O), 3" и Cf0), где с1 О ...0

1 55 ))= 0 32... О

0...,с7 матрица стоимости управлякщих воздействий, после чего на выходе сдвоенного блока 11 умножения появляется 60 нуль, а на выходе Ь появляется век,тор («+- «(0) )D "С(О) . В результате операции деления на выходе с(сдвоенного блока 14 деления появляется нуль, а на выходе Ь вЂ” вектор 65

Э вЂ” «(0)

X d- С2(,1 который, проходя через сдвоенный блок 15 масштабных коэффициентов, преобразуется в вектор вида

После операции суммирования н сумматорах 1 и 5 объекта и модели соответстненно на их выходах появляются сигналы

Ф

K(13=K(0) P„D c(o), С(1) =C 0) соответственно. Таким образом, на первом такте раб:.ты системы происходит уточнение управляющего воздействия при неизменных параметрах модели 3 объекта управления. На втором такте работы блок 7 управления дает команду на вычисление ошибки идентификации н блоке 6 и запрет на вычисление в сумматоре 8 ошибки управления, в результате чего на его выходе появляется нуль. В результате аналогичных операций в сумматоре 5 модели вычисляется новый вектор коэфФициентов модели: л

«Ы- óf 3

С(2)=С(1)+Р,„х (1)

Е: х . (()

1=1 а на выходе сумматора 1 объекта co" храняется управляющее воздействие х (2)= x(1), Таким образом, íà П -м и (и+1) -м такте работы система вычисляет управляющие воздействия и скорректированные значения коэФфициентов модели 3 объекта управления в ниде

)(И= (((-л)+Р дч 3 "С(п- Ц

« -«f>-<7

8; С. ji1-1)

С(р+ )=C()+p («()-У(() (((3 —. x; И

2 соответственно. Можно показать, что указанные алгоритмы являются оптимальными в классе адаптивных рекуррентных процедур, минимиэирукших рассогласование «+ — «(ь) при ограничениях на энергетическую норму (aXfn)$2=дк fn)gqx(n) .

Использование .адаптивной модели, подстраивающейся }, изменяю(цимся характеристикам объекта управления, позволяет е высокой точностью и

1071996

Составитель П Кудря ц в

Редактор Н.Егорова Техред Л.Мартямова. Корректор Г.Решетник

Закаэ 121/38 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4 быстродействием отслеживать воэможные иэменения в объекте управления и своевременно вырабатывать корректирукицие воздействия.

Ожидаемый экономический эффект от исцольэования адаптивного регулятора для управления технологическими процессами типового проиэводства кальцинированной соды по сравнению с баэовым объектом составит 120 тыс. руб. в год эа счет снижения расходов

5 на 1 т. соды. Снижение себестоимости готовой продукции составит 0,15 руб/т соды.