Адаптивная система управления

 

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в системах управления нестационарными технологическими процессами. Цель изобретения - создание системы управления, где вместо сложного блока инвертирования матрицы используются простые блоки переключения 10, 11, 12, синхронизатор 13 и блок идентификации 4. Это позволяет повысить динамическую точность системы. В зависимости от сигналов синхронизатора устройства переключения подключают к входу блока идентификации 4 выходы измерителей управляющего воздействия 1 и выходного сигнала объекта управления 3, или блоков формирования 6,7. За счет этих переключений идентификации объекта управления и обращение матрицы адаптируемости производится с помощью одного и того же блока. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„„SU„„1553954 (51)5 G 05 В 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

llPH ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 397) 1 70/24-24 (22) 30.10.85

{46) 30.03.90. Бюл. У .12

{71) Институт проблем управления (72) И,Б. Ядыкин, Н.К. Пылаев, С.С. Загоруйко, В.Г. Попов и А.И. Заляев (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

К2 1277067, кл. G 05 В 13/02, 1984, (54) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в системах управления

Щстационарными технологическими процессами. Цель изобретения †. созда2 ние системы управления, где вместо сложного блока инвертирования матрицы используются простые блоки переключения 10,11,12, синхронизатор 13 и блок идентификации 4. Это позволяет повысить динамическую точность системы. В зависимости от сигналов синхронизатора устройства переключения подключают к входу блока идентификации 4 выходы измерителей управляющего воздействия 1 и выходного сигнала объекта управления 3, или блоков фор-мирования 6,7. За счет этих переключений идентификация объекта управления и обращение матрицы адаптируемос- . ти производится с помощью одного и того же блока. 1 ил.

1553954

y(k) = Cx{k) где A матрица следующего вида

0 А

° ° ° ° ° . ° у а„ а, 35 х — вектор состояния объекта управления размерами n U — - сигнал управления; В, С вЂ” матрицы параметров следующего вида

С= 10 ....0), 40

В = fb ...Ь„) Коэффициенты а;, Ь; в процессе .эксплуатации могут изменяться в широких пределах. При этом на номиналь- 45 ном (расчетном, эталонном) режиме, который может иметь место, например, при пуске системы, параметры объекта управления имеют значения а; = аМ,, ь; = ь„;. 50

Объект управления может быть опи-. сан также передаточной функцией нида.(h î(z) = C(Iz - А) В где z — - оператор сдвига.

Передаточная функция объекта управления на расчетном (эталонном) режиме имеет вид

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано при автоматическом ( управлении технологическими процес5 сами с нестационарными параметрами.

Цель изобретения — повьппение динамической точности системы.

На чертеже изображена структурная схема адаптивной системы управления.

Система содержит блок 1 измерения, управляющего воздействия, объект 2 ,управления, измеритель 3 выходного

;сигнала объекта управления, блок 4

) идентификации, ПИД-регулятор 5 с перестраиваемыми параметрами, первый

6 и, второй 7 блоки формирования, блок

8 эталонных параметров, блок 9 умно жения матриц, первый 10, второй 11 и третий 12 блоки перекЛючения и синх-20 рониэатор 13.

Система работает следующим образом.

Линейный объект 2 управления может быть описан следующим разностным уравнением 25 x(k@1)=Ax(k) .+ BU(k), -1

W<(z) = C(Iz — А„) В (3) Для обеспечения желаемых характеристик системе управления управление объектом осуществляется с помощью ПИДрегулятора 5 с перестраиваемыми параметрами. Он имеет передаточную функпию вида

W z (z) = 2 G;z

i =4 (4) где G> — параметры регулятора;

z — оператор сдвига, Желаемые динамические характеристики системы задаются посредством определения эталонной системы, образованной объектом управления с передаточной функцией (3), управление которым осуществляется эталонным регулятором з

Мя (z) = Ср, z (5) где G ; — параметры эталонного ПИДрегулятора.

Целью адаптивного управления является обеспечение инвариантности передаточной функции системы к параметрическим возмущениям объекта управления за счет подстройки параметров

ПИД-регулятора. При этом задача состоит в обеспечении соотношения

1.С .= 1.„СМ, (8) . Wo(z)Wpea (z) =- Wg(z)Wтм ег() (6)

Используя разложение Леверье соотношение (6) можно привести к вщ у (1 Г z арСА B)det (Iz-А) G;z "=

i=

Ь, в с с z арСА„B)det ((„- А ) (7) где Т = z dgt(I -А) 1е1-(I АМ)

Откуда

Р л и Ъ .(Ес z арСА В) (7 ав1)(QG z< )= =О р

l=O

- (G g, в )

<а 4

Поскольку (7) выполняется при ра-. венстве коэффициентов при одинаковых степенях z в левой и правой его частях,то ему можно поставить в соответствие систему линейных уравнений вида

5 1553954 где G — матрица настраиваемых параметров регулятора вида б

Состав элементов блоков формирования и имеющие место связи между элементами в них обеспечивают формирова5 ние блоками 6 и 7 матричных сигналов

L,,L из сигналов, соответствующих идентифицированным параметрам (поступают из блока идентификации 4) и эталонным параметрам (поступающим из блока эталонных параметров 8). После того как матричные сигналы L u L G м м сформированы определение сигналов, соответствующих настраиваемым параметрам блока вычисления сигнала адаптивного управления 5, сводится к решению уравнения (8) относительно матС (Г . С :. G l

L,L y — матрицы адаптируемости вида

L» Lq L3 Lgp 0 О

О т., Ь L,„,,„О

0 О L< Lan QLQn(Laл ь т и

% (3 =1 с — а Ь -,, анжел -ю-

L I Leg ?мь Lqn О О

Ly< L„< Lan i Lan

О О Еяд Lani L L (8а) =Е

1 рицы С, Оно является линеиным и для

tl A решения в предлагаемой системе исполь

? щ =ЕЕ а Ь а

%p., g %$- яп -р зуются процедуры, реализующие алго< 20 ритм идентификации в блоке 4 идентигде G — матрица эталоннь парамет- фикации. В блоке 4 может быть испольров регулятора вида зован любой алгоритм, гарантирующий т

G = !С:G ° G

lA (: М : яь состоятельность оценок при идентификации линейного объекта управления, или

Формирование мат и а апт р ц даптируемости 25 при решении линейной системы управлеосуществляется как и в с с е

Э и системе-про- ний (метод максимального правдоподототипе, в первом 6 и вто ом 7 блока ром 7 блоках бия, рекуррентный метод наименьших формирования. Они как как известно, состо- квадратов, алгоритмы, построенные на ят из пе вого и вто ого р и орого регистров основе метода наискорейшего спуска циклического сдвига, 2 n+2. первых 30 и т д ) Так б, б и т.д,, аким о разом, блок идентии-входовых с мато ов д ум. р, где п -порядок фикации в предлагаемой системе исобъекта управления (2 и + 2)п втоу р ()п вто- пользуется для решения двух задач : а рых сумматоров, (2n + 2)n пе вых и

) первых и задачи идентификации параметров линей (2n + 2)n вторых блоков умножения ум ия ° ного объекта управления; определение

Причем выходы первых сумматоров кажЭ решении линейного уравнения (8). дый из и входов которых присоединен Порядок выполнения задач а и б к выходу соответствующего второго регламентируется синхронизатором 13 сумматора, присоединен к выходным и блоками 10 !1 и 12 переключения. клеммам блока формирования и к вход-., Во время цикла идентификации ца выхоныи клеммам первого регистра цикли- . 4р ды первого 10 и второго ll блоков печеского сдвига. Выход последнего при- реключения (на первый и второй входы.! соединен к соответствующим входам . блока 4 идентификации) поступают сиг-". клеимам блока формирования H K входу налы с выхода блока 1 измерения 1 второго регистра циклического сдви- управляющего воздействия и измерига, выход которого присоединен к соот. 45 теля 3 выходного сигнала объекта 2 ветствующнм выходным клеммам блока управления соответственно. Включенному состоянию канала передачи информаго из вторых сумматоров присоединены цни от входа к выходу соответствуюсоответствующие последовательно вклю- щего переключателя соответствует логиченные первый и второй блоки умноже- 5р ческая единица, включенному состояния.. Причем первые входы первого и нию — логический ноль. вто ого блоков р локов умножения присоедине- В указан <ом положении блоков перены к соответствующим клеммам первого ключения передачи информации с третьвхода блока формирования, а второй их входов первого и второго блоков вход первого блока умножения — к 55 переключения к их входам нет. Передавыходу второго блока умножения, вто- чи информации на первый выход третьрой вход которого присоединен к соот- его блока переключения нет, поэтому ветствующей клемме второго входа бло- изменения сигнала на параметрическом ка фо ми ован я входе объекта 2 управления не проис1553954

КоРР к оР В, Гирняк

Заказ 733 Тираж 662 Подписное

3НИИПИ 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 ходит — настройки параметров остают- . ся прежними, В системе происходит идентификация параметров объекта 2 управления, вЫчисление матриц 1 и L>C, 5

По прошествии требуемого числа циклов идентификации сигйал на выходе синхронизатора изменяется, что приводит к изменению характеристик блоков

10,11 и 12 переключения, Первый и второй блоки переключения начинают при этом передавать информацию с их треть-! входов. Следовательно, на первый второй входы блока идентификации поступают сигналы 1. и 1. Г . На выходе же блока идентификации будут сигналы, соответствующие оценкам реений уравнения (8), Третий блок переключения также изменяет свои свойс:тва — теперь идентификация с его

r .входа поступает на первый выход, слеpoâàòeëüío, решения G(k) уравнения: (8) поступают на параметрические входы ПИД-регулятора 5. 25

По завершению цикла подстройки вновь начинается цикл идентификации параметров объекта 2 управления, и так далее, Таким образом, обеспечивается ре. — 30 уррентное решение уравнения настрой и,(8 1 и идентификация параметров субъекта 2 управления.

В отличие от системы-прототипа в предлагаемой системе не требуется осуществления операции инвертирования матриц, что позволяет существенrIo снизить объем машинной памяти, "авзимаемой системой управления, Кроме того, снижается время вычисления мат- 40 рицы G, В предлагаемой системе, особенно при управлении объектами больи1ой размерности, удается существенно снизить погрешности вычисления

Параметров блока вычисления парамет- 45 ров сигнала адаптивного управления, основным источником которой в системе-прототипе является операция инвер., ирования матриц. Сказанное в полНой мере относится к микропроцессор-..

Ной технике, где погрешности вычисле-.

Составитель А

Редактор Н. Киштулинец Техред И.Вере ния усугубляются ограниченностью разрядной сетки.

В силу существенного уменьшения погрешности вычислений оценок параметров С удается значительно повысить динамическую точность адаптивной системы управления.

Формула и з о б р е т ения

Адаптивная система управления, содержащая ПИД-регулятор, выход которого связан с входами блока измерения управляющего воздействия и объекта управления, выход которого через измеритель выходного сигнала объек-, та управления соединен с первым входом ПИД-регулятора, блок эталонных параметров, первый выход которого 4 соединен с первыми входами первого и второго блоков формирования, а вто рой выход — с первым вхоДом блока умноже- . ния матриц, второй вход блока умножения матриц подключен к выходу второго блока формирования, а также блок ицентификации, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения динамической точности системы, в нее введены первый, второй, третий блоки переключения и синхронизатор, выход синхронизатора подключен к первым входам первого, второго и третьего блоков переключения, второй вход первого блока переключения связан с выходом блока измерения управляющего воздействия, .а третий вход — с выходом блока умножения матриц, а выход первого блока переключения связан с первым входом блока идентификации, второй вход которого связан с выходом второго блока переключения, а выход блока идентификапии соединеч с вторым входом третьего блока переключения, второй вход второго блока переключения подключен к выходу измерителя выходного сигнала объекта управления, а третий вход — к выходу первого блока формирования, первый выход третьего переключателя соединен с входом ПИД-регулятора, а второй выход — с входами первого и второго блоков формирования.

Лащев