Адаптивная система управления

 

АДАП-ЩВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ , содержащая последовательно соединенные задатчик, элемент сравнения, аналого-цифровой преобразователь и блок памяти, состоящий из ячеек памяти, тактирующий генератор , последовательно соединенные разделительный элемент и регулятор, подключенный выходом к входу объекта регулирования, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, и (п+1) экстраполяторов, отличающаяся тем, что, с целью повьш1ения точности управле-; НИН, в нее введены п логических блоков, причем информационный вход iVtfii .-:, i.; .e,,, первого логического блока соединен с первым выходом блока памяти, управляющий вход первого экстраполятора соединен с управляющим входом первого логического блока и с первым выходом тактирующего генератора , второй вход которого соединен с вторыми входами аналогоцифрового преобразователя, и блок памяти, второй вькод которого соединен с первым информационным входом второго логического блока, второй информационный вход которого соединен с первым выходом первого § логического блока, первый, второй и третий информационные входы К-го СО ( ) логического блока соединены соответственно с (К-2)-/К-1)- и К-ым выходами блока памяти, а четвертый информационный вход К-го логического блока соединен с первым выходом (K-l)-ro логического блока, информационный вход каждого К-го экстраполятора соединен соотJia ветственно с вторым выходом каждого К-го логического блока, а информа ;о ционньй вход (п+1)-го экстраполятоо ра соединен с первым выходом п-го 00 логического блока, выходы всех (п+1)-ьгх экстраполяторов соединены с соответствующими входами разделительного элемента.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ РЕСПУБЛИН (! 9) (1!) (5!)4 G 05 B 17 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ!ТИЙ

Ю (21) 3618035/24-24 (22)11.07.83 (46) 23.08.85. Бющ. lt31 (72) N.Е.Левитан, В.И.Силаев и Г.Н.Гутман (7!) Научно-производственное объединение по созданию и выпуску средств автоматизации горных машин

"Автоматгормаш" (53) 62-50 (088.8) (56). Борзенко И.М., Петров А.Г.

Математические методы для решения. задачи контроля и управления. M,:

Машиностроение, 1978, с.64.

Патент США У 4054780, кл. 364-148, опублик. 1977. (54) (57) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, содержащая последовательно. соединенные эадатчик, элемент сравнения, аналого-цифровой преоб" разователь и блок памяти, состоящий иэ ячеек памяти, тактирующий генератор, последовательно соединенные разделительный элемент и регулятор, подключенный выходом к входу объекта регулирования, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, н (и+!) экстраполяторов, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности управле-. ния, в нее введены п логических блоков, причем информационный вход первого логического блока соединен с первым выходом блока памяти, управляющий вход первого экстраполятора соединен с управляющим входом первого логического блока и с первым выходом тактирующего генератора, второй вход которого соединен с вторыми входами аналогоцифрового преобразователя, и блок памяти, второй выход которого соединен с первым информационным входом второго логического блока, второй информационный вход которого соединен с первым выходом первого логического блока, первый, второй и третий информационные входы К-го (К ) 2) логического блока соединены соответственно с (К-2)-gK-1)- и

К-ым выходами блока памяти, а четвертый информационный вход К-ro логического блока соединен с первым выходом (К-1)-ro логического блока, информационный вход каждого

К-го экстраполятора соединен соответственно с вторым выходом каждого

К-го логического блока, а информационный вход (и+1)-ro экстраполятора соединен с первым выходом n-ro логического блока, выходы всех (и+1)-ых экстраполяторов соединены с соответствующими входами разделительного элемента.

1174903

Изобретение предназначено для управления динамическими объектами, в которых ненаблюдаемые переменные заменяются их прогнозируемыми зна" чениями, и может эффективно работать в условиях большой априорной неопределенности, изменчивости параметров объекта управления и сильных помех, Класс объектов, для управления которыми можно использовать предложенное адаптивное устройство, ограничен быстродействием системы регулирования (tP) и периодом собственных колебаний объекта.

Время регулирования (t ) склаP дывается из времени вычисления управляющего воздействия, времени срабатывания исполнительного меха- низма и времени запаздывания выходного сигнала. Шаг дискретизации

Л Т должен быть равен или больше времени регулирования, чтобы при каждом новом измерении можно бьло получать новую информацию.

С другой стороны, шаг ht ограничен частотой колебаний объекта управления. В случае управления процессом, имеющим. колебательный характер, на отрезке, где производная не изменяет знака, должно уместиться не менее шести интервалов

ht: три интервала для производства четырех измерений и три прогнозных . интервала. Если Т вЂ” период -собственных колебаний, то производная меняет знак через интервал Т/2, на котором должно разместиться не менее 6 6t, Таким образом tP (л1(,Г2, что и

Т определяет класс объектов, управление которыми эффективно с использованием предложенного адаптивного устройства.

Целью изобретения является повышение точности управления.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемой системы управления; на фиг, 2 — блок-схема алгоритма управления.

Адаптивная система управления содержит задатчик 1, элемент 2 сравнения, аналого-цифровой преобразователь 3, блок 4 памяти, тактирующий генератор 5, разделительный элемент б, регулятор 7, объект 8 регулирования, (а+1) экстраполяторов 9, 92, 9>, 9„,..., 9(„„1и и логических блоков 10», 10@..., 10 .

Логические блоки 10Ä, 10,,10„ определяют знак произведения двух разностей и могут быть реализованы каждый в виде последовательно соединенных дифференциального усилителя и логической схемы И-ИЛИ, Экстраполяторы 9» 92, ° ° °,9(„+<> представляют собой известные диск10 ретные сглаживающие фильтры коэффиУ циенты которых определяются видом экстраполирующей функции.

Накопленная информация (предыстория) считается полезной, если функ-

15 ция W =Й (б) не претерпевает резких изменений со сменой знака производной. Функция у =f(2) задана своими дискретными значениями, равностоящими на шаг at. Тогда условие сохранения знака производной на i-ом шаге (у — l,. ) (l,. -у )уО

Если знаки разностей одинаковы, 25 то на участке от t > до t; вели1-2 чина у=Я (t) не претерпевает резких изменений и величины могут вносить полезную информацйю для вычисления прогноэируемого значения у . В противном случае, когда знаки разностей не одинаковы, предыстория (значение y<„ è все пре дьдущие) не должна учитываться.

При изменении глубины предыстории функция у =й(й) меняет свой вид, 35 поэтому для каждого значения учитываемой глубины предыстории предусмотрен свой экстраполятор, Два частных случая имеют важное значение для обеспечения быстро@3 действия системы: вход в зону регулирования (c6poc рассогласования до нуля), у -О, J -О, регулирования (наброс рассогласования), у; „=О, у1 ФО, v = =у ° ..

Первый и второй логические блок входа в зону и блок выхода из эоны регулирования и два первых экстраполятора работают по приведенным алгоритмам. Блоки определяют приЮ годность накопленной информации при сбросах и набросах регулируемой величины в области нуля рассогласования и выдают управляющий сигнал на регулятор м 0 при сбросе и

И g = q при набросе.

Таким образом, логические блоки .10„, 10 „...10„ служат для выбора глубины предыстории, которую целе1174903 сообразно учитывать в каждый данный момент. Вместе с выбором глубины предыстории выбирается и экстраполятор, который осуществляет прогноз на S шагов вперед с учетом заданной для него глубины предыстории. п

Функция y= Z. f (y. ) представляет

i--ú .экстраполированнйи сигнал, который поступает на вход регулятора 7.

Таким образом, регулятор 7 отрабатывает не мгновенный сигнал рассогласования., а прогнозируемый с учетом предыстории процесса, что позволяет учесть ненаблюдаемые переменные. Глубина памяти (число шагов предыстории) составляет n-l в момент измерения образуется еще одно и-е значение у1, которые и определяют прогноэируемый сигнал у = у +S ь на S шагов вперед.

Вид функции f(у; ) и величина и определяют параметры экстраполятора.

Для пояснения порядка передачи информации в предлагаемой адаптивной системе управления рассмотрим блоксхему алгоритма управления (фиг.2).

Блоки 10,, 10 10„ выполняют функцию проверки логических условий. Если нет резких изменений в измеряемых данных, то информация передается на следующий блок, соединенный с экстраполятором, работающим с большей глубиной предыстории.

Последний блок передает информацию на экстраполятор, который использует максимально заданную предысторию.

В качестве примера рассмотрим блок-схему передачи информации в предлагаемой адаптивной системе управления при n-=4, 8=3. Экстраполирую-, щая функция y=f(t) имеет вид:

12 — 21 у, +12 у -2у у ч з z

Значения функции y =f (t) принимаются при глубине предыстории 1 — 4 у — 3 у, а при глубине предыстории 2 — у = 6 y — 7у + 2у з г

Система работает следующим образом.

При появлении рассогласования на выходе элемента 2 сравнения появляет1О ся сигнал, который преобразуется

АЦП 8 в цифровую форму и по сигналу

"Конец преобразования", вырабатываемому АЦП, передается в блок 4. Тактирующий генератор 5 выдает прямо-.

15 угольные симметричные (меандр) синхронизирующие импульсы, причем длительность импульса больше времени преобразования в АЦП. Этот же импульс подается на блок 4, который содержит п ячеек памяти, например, регистров.

При поступлении импульса на блок 4 памяти содержимое и регистра переписывается в (п-l)-ый, (n-1)-го — в

{г.-2) и т.д. Содержимое первого регистра занимается содержимым второго.

После преобразования АЦП записывает новое значение в п-ый регистр, с инверсного выхода генератора 5 такти-, рующий сигнал подается на логические

ЗО блоки 10.„ 10,;,10, и зкстраполяторы 9„, 9,...,9(„+„1. Логические блоки 10„, 10,...,10„ выбирают экстраполятор с глубиной предыстории, оптимальной в данный момент времени.

Этот экстраполятор вычисляет прогнозируемый сигнал и через разделительный элемент 6 (например, схема

ИЛИ) выдает его на регулятор 7.

С объекта 8 регулирования сигнал

4О обратной связи подается на элемент

2 сравнения и контур регулирования замыкается.

1174903

1174903

Составитель П.Кудрявцев

Редактор Л.Гратилло Техред Т.Дубинчак Корректор М,Максимишинец

Закаэ 5185/49 Тираж 863 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4