Адаптивная система управления объектами с запаздыванием
Изобрете ние относится к системам автоматического управления объектами с нестационарными динамическими характеристиками , включая время запаздывания , и может быть использовано в промышленности и при исследовании характеристик объектов с неизвестными параметрами. Цель изобретения - повышение качества управления и расширение функциональных возможностей. Адаптивная система управления тами с запаздыванием содержит задатчик 1, элемент 2 сравнения, регуля- top 3, объект управления 4, блок 5 аналого-цифровых преобразователей, блок 6 идентификации параметров математической модели объекта управления, блок 7 вычисления весовых функций по модели высокого порядка, блок 8 вычисления весовых функций по модели низкого порядка, блок 9 нахождения функции ошибок, блок 10 оценки истинного времени запаздывания объекта, блок 11 оценки параметров модели низкого порядка, блок 12 настройки коэффициентов регулятора. Цель изобретения достигается за счет введения блоков 5-12. 1 ил. с 9 сл to г о о со
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (19) (ll) А1 (51)4 G 05 В 13 02
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
К А BTOPCHOf4V СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3938727/24-24 (22) 31. 07.85 (46) 15. 03.87. Бюл. N - 10 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.В.Ажогин, M.З.Згуровский, П.И.Бидюк, А.М.Демченко, В.Д.Романенко, Ю.С.Корбич, Н.К.Якимчук и А.И.Катюшин (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
N- 1015336, кл. С 05 В 13/02, 1983. (54) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
ОБЪЕКТАМИ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ (57) Изобретение относится к системам автоматического управления объектами с нестационарными динамическими характеристиками, включая время запаздывания, и может быть использовано в промышленности и при исследовании характеристик объектов с неизвестными параметрами. Цель изобретения— повышение качества управления и расширение функциональных возможностей.
Адаптивная система управления об" ектами с запаздыванием содержит задатчик 1, элемент 2 сравнения, регулятор 3, объект управления 4, блок 5 аналого-цифровых преобразователей, блок 6 идентификации параметров математической модели объекта управления, блок 7 вычисления весовых функций по модели высокого порядка, блок 8 вычисления весовых функций по модели низкого порядка, блок 9 нахождения функции ошибок, блок 10 оценки истин- д ного времени запаздывания объекта В блок 11 оценки параметров модели низ- фр кого порядка, блок 12 настройки коэффициентов регулятора. Цель изобрете- С ния достигается за счет введения блоков 5-12. 1 ил.
Система содержит задатчик 1 „элемент 2 сравнения, регулятор 3, объект ч управления, блок 5 аналого- 20 цифровых преобразователей, блок .б идентификации параметров математической модели объекта управления, блок
7 вычисления весовых функций объекта по модели высокого порядка, блок 8 25 вычислепия весовых функций объекта по модели низкого порядка, блок 9 нахождения функции ошибок, блок 10 оценки истинного времени запаздывания объекта, блок 11 оценки параметров модели низкого порядка, блок 12 настройки коэффициентов регулятора.
Адаптивная система управления состоит из двух контуров и работает следующим образом.
Первый контур содержит задатчик 1, элемент 2 сравнения, регулятор 3 и объект 4 управления. На первый вход регулятора 3 поступает ошибка регулирования с выхода элемента 2 сравне40 ния, которая используется для выра- ботки управляющего воздействия в соответствии с законом
U, = ГК(е„+ к ) — ф(1 + d,k) 3/q, (1) где U Y — измерения входа и выхода к объекта в момент k е„ вЂ” ошибка регулирования, d — дискретное время запаз-. дывания объекта, равное целому числу периодов дискретизации измерений, Ф*(1с+ с1»k) — оптимальное в смысле минимума среднеквадратичной ошибки предсказание выхода объекта, определяемое уравнением
П 3 В+ e*(k+ d,k) =- Й; YÄ; + g U . + 1 12970 Изобретение относится к системам автоматического управления объектами с нестационарными динамическими характеристиками, включая время запаздывания, и может быть использовано для адаптивного управления в различных отраслях промышленности и при исследовании характеристик объектов с неизвестными параметрами. Целью изобретения является повы — 10 шение качества управления и расширение функциональных возможностей. На чертеже представлена функциональная схема системы адаптивного управления объектами с переменным за-.15 паздыванием. 09 2 c, „* (k + d-i,k-i), (2) где f g с — коэффициенты регуля1 ра, настраиваемые в соответствии с изменением динамических характеристик объекта; m — порядок модели объекта, К, g — коэффициенты настройки регулятора на требуемую точность и скорость отслеживания задания. Второй контур предназначен для настройки коэффициентов регулятора в соответствии с изменением динамических характеристик объекта и содержит блоки 5-12. На входы блока 5 посту— пают аналоговые сигналы с входа и выхода объекта, а также измеряемого возмущения, которые преобразуются в цифровую форму и подаются на вход блока б идентификации параметров модели объекта в виде ГЪ + b,» U .+ с,Ч; 1=1 =0 (3) а. у где V„ — измеряемое возмущение на входе объекта; Y„= — а,-У, +) Ь, U °,+ с;V„; а., Ь. » с. — коэффициенты полиномов авI торегрессивной модели скользящего среднего. Порядок полиномов А, С равен m = 2, 3; порядок полинома В" равен m+ d, где d „— максимально возможное время запаздывания объекта. Блок б реализует процедуру оценки коэффициентов а,, Ь, с; на каждом периоде дискретизацйи в соответствии с новыми измерениями входа, выхода и возмущения объекта с помощью расширенного рекуррентного метода наименьших квадратов. Модель (3) учитывает все возможные значения времени запаздывания в определяемом экспериментально диапазоне значений d от нуля до d, но она не подходит для ах» вычисления коэффициентов регулятора из-за высокогс поряцка. Вычислительная процедура становится слишком сложной. Поэтому для этой цели используется модель низкого порядка вида h« = Ь* 1» и л л h« = Ь* — а Ь«. 2 1 (5) 20 С выхода блока 7 отсчеты весовой функции (5) поступают на вторые вхо- ды блока 8 вычисления весовой функции по модели низкого. порядка, на первые 25 входы которого подаются оценки коэфл л фициентов а;, Ьл« из блока 6 идентификации. В блоке 8 реализуется процедура обратного Z-преобразования для модели (4), в результате чего опре- 3р деляются отсчеты весовой функции для модели низкого порядка (4) л =ha 0; h, = h 35 (6) ...h =h» d+ Q+m» h =h* д»1 d+1 h = h« — Ь* m+ di rr,.ä+ +д Весовые функции (6) вычисляются 40 для всего диапазона значений времени запаздывания О, ..., д — 1. Отсчеты весовых функций, вычисленные в блоках 7 и 8, подаются в блок 9 для нахождения функции ошибок S 45 (d;), определяемой соотношением д,. (Ь«)г . К= 1 1с = d ° + 1, ... с1- + m» л (Ь«Ь )г к= ы+с1;+1 ЧЙ Е (О» с1лак 1)» S(d1) = (7) 50 гдето =Т /Т Т вЂ” время достижения переходной характеристикой 951 установившегося значения; Т вЂ” период дискретизации. 3 12970 где d — оценка истинного времени запаздывания объекта. Для оценки d используется метод вычисления и сравнения весовых функций объекта по модели (3) и по мо5 дели (4), причем по модепи (4) вычисляются импульсные характеристики л для каждого значения d.; в диапазоне л О, ..., d — 1. С выходов блока 6 идентификации параметров объекта 10 л л л оценки а,, b» с. коэффициентов модели (3) поступают на входы блоков 7, 8, 11 и 12. В блоке 7 вычисляется весовая функция H*(Z) (2) объекта как обратное Z-преобразование модели (3), 15 т.е. 09 Значения функции ошибок S(d,.) поступают в блок 10, где определяется минимальное значение S (d ) — нпп S(d, )",+d,-<(0»...d 1). о Значение Й. » при котором S(d ) принимает минимальное значение, является искомой оценкой времени запаздывания объекта. Она передается на третий вход блока 11, на второй вход которого подаются отсчеты весовой функции H*(Z) из блока 7, а на трел тий — коэффициенты а из блока 6. В блоке 11 вычисляются оценки коэффил циентов b; модели (4) в соответствии с уравнениями л л b =h* 1 <) (8) и л л которые вместе с оценкой d времени запаздывания подаются на вторые входы блока 12 настройки коэффициентов регулятора, на первые в..оды которого л подаются значения коэффициентов а., с; из блока 6 идентификации. В блоке 12 обновляются коэффициенты f, g,, c; » 1» регулятора (2) в соответствии с новыл л л ми коэффициентами модели а., Ь., с;, ! » i» которые характеризуют динамику объ екта в данный момент времени. Коэффициенты регулятора Е;, g- c; и л 1» 1» оценка d времени запаздывания подаются на второй вход регулятора 3, который реализует закон управления (1). Таким образом, замкнутый контур регулирования является адаптивным по отношению к переменным динамическим характеристикам объекта, включая время запаздывания, что способствует существенному повышению динамической точности стабилизации выхода объекта на задаваемом уровне. Использование изобретения позволяет увеличить динамическую точность регулирования выходной переменной в условиях нестационарности динамических характеристик объекта и влияния измеряемых входных возмущений. Точность регулирования выходной переменной объекта в условиях медленного изменения его динамических характеристик выше по сравнению с классическим алгоритмом НЦУ на 20-40 . 5 12970 изобретения Фо р мул а Составитель В.Башкиров Техред A.„Кравчук Корректор Н.Король Редактор И.Рыбченко Тираж 864 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 779/50 Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 Адаптивная система управления объектамй с запаздыванием, содержащая последовательно соединенные эадатчик, элемент сравнения, регулятор, объект управления, выход которого соединен с вычитающим входом элемента сравнения, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества 10 управления и расширения функциональных возможностей, в нее введены блок аналого-цифровых преобразователей, первый и второй входы которого соединены соответственно с входом и вы- 15 ходом объекта, третий вход — с входом возмущающего воздействия, а выходы — с входами блока идентификации параметров математической модели объекта управления, выходы которого 20 соединены с входами блока вычисления весовых функций объекта по модели высокого порядка, блока вычисления 09 6 весовых функций объекта по модели низкого порядка, блока оценки параметров модели низкого порядка и блока настройки коэффициентов регулятора, вторые входы которого соединены с выходами блока оценки параметров модели низкого порядка, а выходы — с входами регулятора, выходы блока вычисления весовых функций объекта по модели низкого порядка соединены с входами блока нахождения функции ошибок, вторые входы которого соединены с выходами блока вычисления весовых функций объекта по модели высокого порядка и с вторыми входами блока вычисления весовых функций объекта по модели низкого порядка и блока оценки параметров модели низкого порядка, а выходы — с входами блока оценки истинного времени запаздывания объекта, выходы которого соединены с третьими входами блока оценки параметров модели Йизкого порядка.
