Адантивное устройство для идентификации объекта управления

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах автоматического управления объектами с переменными параметрами. Изобретение позволяет повысить точность устройства. Устройство содержит две модели объекта управления, пять сумматоров, два блока умножения, два блока настройки параметров модели, блок набора масштабных коэффициентов, два квадратора, два блока расчета скользящего среднего, два блока аналого-цифровых преобразователей. Путем применения двух моделей в устройстве получается информация о направлении оптимальной настройки, что позволяет повысить точность определения оценок параметров объекта управления, ускорить процесс идентификации. 9 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (511 4 G 05 В 13/02 23/02

L E ИЗИ3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ДВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4261758/24-24 (22) 15.06.87 (46) 07.05.89. Бюл. N - 17 (71) Сибирский металлургический институт им. Серго Орджоникидзе. (72) В.П.Авдеев, В,Г.Джанов, А.Н.Карпов и Т.В.Киселева (53) 62.50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 642681, кл. G 05 В 23/00, 1977.

Авторское свидетельство. СССР

У 798701, кл. G 05 В 13/02, 1978. (54) АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах автоматического управления

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах автоматического управления объектами с переменными параметрами.

Удовлетворительная работа известного устройства обеспечивается при постоянных значениях дисперсий помехи и параметров объекта управления, при этом оптимальное значение % и,. находится по формуле

= — — (-(D +D )4+ опт „D

I" I (1) где P — коэффициент, зависящий от постоянной времени изменения параметров объекта и постоянной времени алгоритма адаптации;

D — приведенная дисперсия помехи;

ÄÄSUÄÄ 1478190 А1 объектами с переменными параметрами.

Изобретение позволяет повысить точность устройства. Устройство содержит две модели объекта управления, пять сумматоров, два блока умножения, два блока настройки параметров модели, блок набора масштабных коэффициентов, два квадратора, два блока расчета скользящего среднего, два блока аналого-цифровых преобразователей. Путем применения двух моделей в устройстве получается информация о направлении оптимальной настройки, что позволяет повысить точность определения оценок параметров объекта управления, ускорить процесс идентификации. 9 ил, D — приведенная дисперсия пара2 метров.

Фактически значения этих величин непостоянны и, следовательно, настроечный коэффициент А „в известном устройстве всегда отличается от оптимального значения, что приводит к уменьшению точности определения параметров объекта управления.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

Применяя две модели с различными А можно получить информацию о направлении оптимальной поднастройки коэффициентов и повысить динамическую точность определения параметров объекта управления, используя эту информацию для поднастройки А

На фиг. 1 и 2 изображен схемы адаптивного устройства .для ; дентифи14781 90

40 кации объекта управления (нестационарный объект с числом входных воздействий, равным r, и с m измеряемыми выходными величинами); на фиг. 3— структурная схема блока расчета скользящего среднего; на фиг. 4— структурная схема регулирующего блока; на фиг. 5 — структурная схема интегрирующего блока; на фиг. 6 структурная схема блока набора масштабных коэффициентов; на фиг. 7— структурная схема моделей объекта управления с блоком настройки пара" метров модели объекта управления; на фиг. 8 — результаты численного моделирования предлагаемого и известного устройств; на фиг. 9 структурная схема примера реализации блоков умножения для общего

20 случая.

Устройство содержит первую мо.. дель 1 объекта управления, первый сумматор 2, первый блок 3 умножения, первый блок 4 настройки параметров модели, блок 5 набора масштабных коэффициентов, вторую модель 6 объекта управления, второй сумматор 7, второй блок 8 умножения, второй блок 9 настройки параметров модели, -первый 10 и второй

11 блоки аналого-цифровых преобразователей, первый квадратор 12, первый блок 13 расчета скользящего среднего, тий сумматор 14, второй квадр р 15, второй блок 16

35 расчета с,;эльзящего среднего, регулирующий блок 17,.пятый 18 и четвертый 19 сумматоры, второй блок 20 расчета среднего значения.

Блок расчета скользящего среднего содержит (фиг. 3) элементы

21 — 24 задержки, суммирующий блок

25 и блок 26 умножения.

Регулирующий блок содержит блок

27 умножения (фиг. 4), на который подается настроечный сигнал К, интегратор 28 и сумматор 29.

Интегратор 28 (фиг. 5) содержит сумматор 30, блок. 31 задержки, блок 32 умножения, на вход которого

Кр подается настроечный сигнал

<<

Блок 5 набора масштабных коэффициентов (фиг. 6) содержит блоки

33 — 35 умножения, блок 36 суммиро55 вания, сумматор 37, на который поступает сигнал 9, и блок 38 вычнср э ления обратной величины. Иодель объекта управления с блоком настройки параметров модели (фиг. 7) содержит блоки 39 — 41 умножения, суммирующий блок 42, суммирующие эле менты 43 — 45, элементы 46 — 48 задержки.

Блоки умножения (фиг. 9) содержит (m xr) умножителей 49.

Структурные схемы описанных блоков приведены для одномерного объекта (например, для m = 1, r = 3), Устройство работает следующим образом.

Измеренные входные воздействия

V V V (ïî отношению к объекту управления) в аналоговом виде подаются на входы второго блока 11 аналого-цифровых преобразователей. Измеренные выходные сигналы объекта управления Y Y,...,7 подаются на входы первого блока 10 аналого-цифровых преобразователей.

Второй 11 и первый 10 блоки аналогоцифровых преобразователей осуществляют дискретное преобразование аналоговых входных и выходных сигналов (по стношению к объекту управления), в результате чего на их выходах получаются последовательности цифровых сигналов (в двоичном коде) V < п,.

Qg(>1J y o ° tv pnJ a Y< fng 7 1п, ° ° ., Y (пl в дискретные моменты времени и. С выходов второго блока 11 аналого-цифрового преобразователя последовательность сигналов V Я, V Pn),...,V„(nJ поступает на входы первой 1 и второй 6 моделей объекта управления, на входы первого 3 и второго 8 блоков умножения и на блок 5 набора масштабных коэффициентов.

Формирование оценок параметров объекта управления с помощью первой модели 1 объекта управления (в первом канале идентификации) осуществляется следующим образом.

Выходные сигналы Y (ng Y Я, ...,У PnJ первой модели 1 объекта управления подаются на первые входы первого сумматора 2, на вторые входы которого подается последовательность сигналов Y, an), 7 (п1,...,Y (nj с выходов первого блока 10 аналого-цифровых преобразователей. Первый сумматор 2 вычисляет рассогласование выходных координат объекта управления и первой модели 1 объекта управления Я, Я, E, (ng o Я (пj н пода

14781 90 6 скользящего среднего, работающего по алгоритму

; Я, (ь) ет их на входы первого блока 3 умножения, на (другие) входы которого подаются сигналы q, PnJ q (n) с выходов блока 5 набора масштабных коэффициентов, на входы первого блока умножения подается последовательность сигналов V, Я, V2 (nJ

V„ Pnj с выходов второго блока 11 аналого-цифровых преобразователей.

На входы первого блока умножения подается последовательность сигналов ф, (п, ф (и),...,,„(nJ с выходов регулирующего блока 17.

Параметры первой модели 1 объекта управления на каждом шаге идентификации корректируются сигналом, пропорциональным произведению величин, входящих в первый блок 3 умножения, Аналогично работает второй канал идентификации. Выходные сигналы

Y (nJ, 7 (nJ,...,Y (ng второй модели 6 объекта управления подаются на входы второго сумматора 7, на. входы которого подается последовательность сигналов Y„ (nj, Y (nj

Y PnJ с выходов первого блока 10 аналого-цифровых преобразователей. Второй сумматор 7 вычисляет рассогласование выходных координат объекта и второй модели 6 объекта управления

nJ F Png Я (и) и подает их на входы второго блока 8 умножения, на входы которого подают сигналы

q,(nJ q (n) с выходов блока 5 набора масштабных коэффициентов. На входы второго блока 8 умножения подаются сигналы с выхода пятого сумматора 18 %, PnJ + FO, < (и 1 +

+ Pg ф,„(nj+ 8Я, где. Fg —. второе слагаемое в пятом сумматоре, определяющее отличие второго канала от первого и позволяющее создать приращение настраиваемого параметра h PnJ с целью формирования оценки производной ошибки рассогласования по настраиваемому параметру g(nJ.

Сигналы с выхода первого сумматора 2K, (nJ, E Я,..., E Я, являющиеся ошибками рассогласования пара.метров объекта управления и первой модели объекта 1 управления, подаются на входы первого квадратора 12, на выходе которого появляются сигналы, представляющие собой квадраты

12 ошибок рассогласования Я „(п1, Я (nj,...,Я (п). Эти сигналы подаются на первый блок 13 расчета я"

S п1 ! ) Э где i = 1,2,...,ш, на выходе этого блока появляются сигналы, являющиеся оценками скользящих дисперсий ошибок рассогласования на интервале L S, (п),..., тт

Б (п1. Эти сигналы подаются на входы сумматора 14.

Сигналы с выхода сумматора 7

Е (n), Q (n), g (n), являющиеся ошибками рассогласования параметров объекта управления и второй модели 6 объекта управления, подаются на входы второго квадратора 15 на вы20 ходе которого появляются сигналы, представляющие собой квадраты ошибок рассогласования Е (ng Я.. с.ж Я . Эти сигналы подаются на

Щ второй блок 16 расчета скользящего по алгоритму

30 где i = 1,2,...,щ

L — интервал усреднения, на выходе этого блока появляются оценки скользящих дисперсий на интервале L S, (nJ, Б (nj,...,S п .

3Б Эти сигналы подаются на входы третьего сумматора 14, на выходе которого формируются сигналы

Y,(п = S, (nJ — S, (ng;

40 Y< png = Б (п1 — Б (п);

° ° ° ° о ° ° ° е у и = SN õ — Б (П3, Эти сигналы подаются на вход.регу4б лирующего блока 17, работающего, например, по ПИ-закону:

Q.Pn) = Ъ;(и) + К ° Y (и), где i = 1,2,...,m

50 Ъ; (nJ=b; (n-I J + — - (. (п1К, T„

-ь настроечные коэффициенты регулятора.

Регулятор работает таким образом, чтобы свести к нулю оценку производной ошибки рассогласования.

Выходные сигналы регулирующего блока h, (nJ, h (п,...,Ъ,„(п) подаются на входы первого блока 3 умноже-.

1478190 ния и на входы пятого сумматора 18, на входы которого также подается сигнал S%, Тем самым осуществляется поднастройка коэффициентов Ъ (п1

QqPn) р ° ° ° у$|ð(nj и | | (и) + 89 > Ъ Я+

+ h j... jh (n)+ F4 таким образам, чтобы .. (nJ =Я; п, где i=lj2,...jm.

Оптимальное значение о||т| находится между %; (nJ и h, (n) + R9,, С вы-10 ходов первого блока 4 настройки параметров модели объекта на входы четвертого сумматора 19 поступают сигналы а,, (nJ, a ; (n3 а,.; (и), представляющие собой оценки парамет-. 15 ров объекта управления в первом канале. На входы четвертого сумматора

19 с выходов второго блока 9 настройки параметров модели объекта управления поступают сигналы а ° (пД 20

П |- -т IX а, n) j... jа „; (nJ j являюшиеся оценками параметров объекта управления во втором канале. Выходные сигналы четвертого сумматора 19 а,, (nj +

r, + а,; pnJ, а, (ng+ а, fnjj 25

ar (п1 + а„; an) подаются на вход блока 20, что позволяет усреднить оценки параметров объекта управления по каждому входу, на выходе блока 20 появляются сигналы 30 а„(ng + а ; (n3

2 Ф

-, а; En) + а,: Гп1

j ° ° ° j а, ГП3 + а",; (nl 35

45 представляющие собой оценки параметров объекта управления. Эти оценки могут использоваться для поднастрой- 40 ки модели объекта, которая может быть использована непосредственно в системе управления действующими объектами. !

Устройство может найти широкое применение в системах управления технологическими процессами в качестве идентификатора. Применение предлагаемого устройства позволяет оперативно получать достоверную информацию об объекте управления и ведет к повышению качества регулирования.

Формула изобретения

Адаптивное устройство для идентификации объекта управления, содержащее первый блок аналого-цифровых преобразователеи, группа входов кото рого является группой входов устройства для подключения соответственно к группе выходов объекта управления, второй блок аналого-цифровых преобразователей, группа входов которого является группой входов устройства для подключения соответственно группы входов объекта управления, группа выходов второго блока аналого-цифровых преобразователей подключена к группе информационных входов первой модели объекта управления и к группе входов блока набора масштабных коэффициентов, подключенного группой выходов к первой группе входов первого блока умножения, группа выходов которого соединена с группой входов первого блока настройки параметров модели, подключенного группой выходов к группе входов настройки параметров первой модели объекта управления, группа выходов которой подключена к первой группе входов первого сумматора, подключенного группой выходов к второй группе входов первого блока умножения, вторая группа входов первого сумматора подключена к группе выходов первого блока аналого-цифровых преобразователей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены вторая модель объекта управления, второй — пятый сумматоры, второй блок умножения, второй блок настройки параметров модели, первый и второй квадраторы, первый и второй блоки расчета скользящего среднего, регулирующий блок, блок расчета среднего значения, причем группа информационных входов первой модели объекта управления подключена к группе информационных входов второй модели объекта управления, к третьей группе входов первого блока умножения и к первой группе входов второго блока умножения, подключенного группой выходов к группе входов второго блока настройки параметров модели, группа выходов которого соединена с первой группой входов четвертого сумматора и с группой входов настройки параметров второй модели объекта управления, группа выходов которой подключена к первой группе входов второго сумматора, вторая группа входов которого соединена с второй группой входов первого

1478 сумматора, группа выходов которого через последовательно соединенные первый квадратор н первый блок расчета скользящего среднего подключена

5 к первой группе входов третьего сумматора, группа выходов которого соединена через последовательно соединенный регулирующий блок с четвертой группой входов первого блока умножения и с первой группой входов пятого сумматора, подключенного группой выходов к второй группе входов второго блока умножения, третья группа входов которого соединена с первой группой 15 входов первого блока умножения, а четвертая группа входов второго блока умножения соединена непосредственно

190 10 с групгой выходов второго сумматора, а через последовательно соединенные второй квадратор и второй блок расчета скользящего среднего — с второй группой входов третьего сумматора, группа выходов первого блока настройки параметров модели подключена к второй группе входов четвертого сум1матора, группа выходов которого под„ключена к группе входов блока расчета среднего значения, группа выходов которого подключена к группе параметрических выходов устройства, вторая группа входов пятого сумматора подключена к группе входов подстройки устройства.

Фиг.1

3 и (л1

iaze1 ео п2

I 4781 90

Фиа 7

1478190

09

5 ф

1 и

Ю 40 60 — — — пре0пагаеме усл род стбо сна=од одентхрииатор Рой диона ско= 109 р,д р ур i,жар

omc ело

"i "i ""Ir

%1 АРИ ДфЦ дф1

eus3

Составитель Е. Власов

Техред И.Ходанич Корректор Л. Патай

Редактор О. Головач

Заказ 2362/47 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101