Система управления

 

Изобретение относится к системам управления нестационарными объектами при действии координатно-параметрических помех измерения, т.е. помех измерения мультипликативного и аддитивного действия. Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения системы. Система управления содержит объект управления , модель основного контура управления , формирователь сигнала суммы взвешенных невязок, четыре блока настройки параметров, три блока умножителей, сумматор , блок датчиков выходных сигналов, модель объекта управления и модель блока датчиков выходных сигналов. 1 ил,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 05 В 13/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ х= а(с)х+ b(t)ug + фс) а значение измерения y(t) равно у(с) = с(с)х+ ф) (3) gt) = k1(t) 4(t), (21) 4949806/24 (22) 28,06.91 (46) 30.01.93. Бюл. N 4 (76) А.Я. Лащев (56) Борцов Ю.А. и др. Электромеханические системы с адаптивным и модальным управлением. Л.: Энергоатомиздат, 1984, с.83, рис.3.8. (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к системам управления нестационарными объектами при действии координатно-параметрических поИзобретение относится к системам управления нестационарными объектами при действии координатно-параметрических помех измерения, т,е. помех измерения мультипликативного и аддитивного действия.

Известна система управления квазистационарным объектом, содержащая объект управления, модель системы управления, блоки настройки параметров, Недостатком известной системы является то, что она имеет малую точность управления при переменных параметрах измерителя выходных координат системы и действии аддитивных помех измерения, Цел ь изобретения — ловы шение точности системы управления нестационарным объектом при действии координатно-параметрических помех измерения выходных koординат, объекта и расширение области применения системы.

С этой целью система управления дополнительно содержит три ПИД-регулятора, второй усилитель, первый и второй. Ж 1792539 А3

2 мех измерения, т.е. помех измерения мультипликативного и аддитивного действия.

Цель изобретения — повышение точности и расширение области применения системы.

Система управления содержит объект управления, модель основного контура управления, формирователь сигнала суммы взвешенных невязок, четыре блока настройки параметров, три блока умножителей, сумматор, блок датчиков выходных сигйалов, модель объекта управления и модель блока датчиков выходных сигналов. 1 ил. делители, пять умножителей, три сумматора, интегратор.

Не теряя в общности подхода рассмотрим объект управления» первого по-. рядка

Значение u1(t) определено регулятором цс(с) = m(t)u - k(t)y, . - . (2) где x(t) — состояние объекта управления, у(с) — выход измерителя, a(t), b(t). c(t) — переменные параметры, k(t). 1ц(с), m(t) — настраиваемые параметры регулятора, сс(с) и 4(с)— неизвестные поь;ехи, c(t) = сс(с)3ц(с), а с (с t)— неизвестный переменный параметр, 1792539

Задача состоит в том, чтобы rio измерениям сигналов u(t) и y(t) обеспечить слежение вектором состоя!нйя за входным си!гйалом u(t), Из (3) получим после диффер!ей цирования 5 (12) к= const > 0 и ойределим ее производную 1

Ч = IC Q»t t» + V 9H) + Л(нA kн +

10 у=сх+сх+ (4) -ky)+ è)+ $, (5) 15 (6) + Ь н ЬТ)н (15) 25

yM = -а у», + ЬмО, !

„-;, ® У «ОКо + „, =( (16) »-»П»» — Ì""ÞÓ вЂ” Úo ЮУ + H »Ж ©,» а+ — ñ (=а +%*(t) у су к= 2ко

Существует множество вариантов выбора

СОСтаВЛяЮщИХ AH И Ь т»н, ЧтсбЫ удОВЛЕтВОрить соотношениям (16), Выберем следую40 щие (8) » - »»»»» = Ко-ф Ф = Ко » У.»-tkí = К(РЧ, Жй (17)

45 й% = -Ко .М» = -Ко У,Ьпн =. -Ко»»У, (10} (18) 55

Подс тавим в (4) зйачен ия x(t) и x(t) иэ (3) и (1) и и!оМуЮй .1 . у с — "- . + cja b(mu - .

c с йлй после простых преобразований приве; . дем(5) к виду у=(— +а — сbк+ -+ — а.— х, с .. у у )г су х у+ cbmu .

Зададим эталонйув модель

: где bM const > О, aM =- cohst < О.

Введем обозначения .

44 "c

6 = у — yM,(— + а — с Ьк + " - + - - -— с у. у 1

" cbe =bM+hx*(т).

ui с учетом (8) из (6) и (7) запишем е = aMe+ 5k*(t)y+ 6m*(t)u (9)

Для компенсации реально существую-.

Щих! в Системе рассогласований будем на--страивать параметры регулятора )с(т) и m(t) таким образом. чтобы Г»к {t) и Ь m (t) свести

"к нулю. Настройку будем производить по

:. при!нцйпу отрицательной обратной связи

k(t) = k(to)+ +(t), m(to) = m(to) + hmH(t), Составим уравнение цепи компенса. ции, по структуре совпадающей со структурой цепи возникновения невязки ф) из (9) f.- aMe=.hkH(t)y+AmH{t)u (11) Выберем функцию Ляпунова

Ч =к н+ 0,5{Лаан + Ьт»н ), + Л п1н Лп»н (13) где p = =е - ам е, У н = hkHy + Л mHu, - .

° . : - ° ° Чн = hkHy + ) ну + h mHu + Л mHu (14) Подставим (14) в (13) и получим

Ч=к hk,+ hm +

+ kHHW+hHVU+AH +

Для выполнения условия Ч< 0 достаточ; но обеспечить"

Ввиду того. что для обеспечения Ч< 0 необ- . ходимо одновременное выполнение требований (17), окончательно с учетом (10) запишем алгоритмы адаптации параметров регулятора k(t) и гл(1) k(t) - k(to) - Ка»!!+ =»»»!! +)kydt), to . Му т

m(t) - m(to) - Ко(90+- у. + fpudt), to

1792539 (28) coy = со (+ c k ó (29) Си а - соЬ + ам

У (19) cobm = Ьм с и bMk а+ — = ам—

m (31) (20) Ь Ьм

corn

z=ам 2 Ьм 01. о о (21) где

Ьм"М Д (22) о Ьм м (32) 35 Л= const > О (23) (24) 40 (ЗЗ) и подставим его в (32) уДс — 4(а) уД) (27) С (t)k1 (t) При (), стремящемся к нулю, значения

hm(t) и Л1() также стремятся к нулю. Ввиду

Toro, что параметр ам = const < О, то уравнение к=Ои О,путемустойчивогодвижения к точке равновесия. Теперь, если в (8) положить с= (= (= О, c(t) =

Теперь составим модель с переменными параметрами

Модель измерителя примем ум Со2

Если представить

c(t) = с (t)kz(t) где, с (t) — параметр собственно измерителя выходного сигнале. объекта, k>(t) — параметр второго регулятора, равный к1(т) = ki(to) + hk>í(t). (25) Задача состоит в том, чтобы найти алгоритм настройки hk1>(t) параметра регулятора k>(t). обеспечивающий гарантированную устойчивость процедур настройки, обеспечивающей равенство х(т) = <(t). (26)

С этой целью запишем из (24),(23) и (3) или в эквивалентном виде с у = со (= сок1у.

5 Из (28) запишем (опустив для удобства записи t) 10 Введем обозначения с = у — ум, + с k > = со + hk i(t ) (30)

Соь о

Ум

"- > Иэ (29) и (30) запишем с е= йьу

Выберем градиент

20 у= Vон гдето = сое; у н = Лс1нум.

Настройку параметра й1н() будем производить в виде

Найдем значение ц — ау

Ж%н т о

hktg = 4(ум+.Ъ умбт + " ). (34)

to

Окончательно с учетом (25) и (34) запишем алгоритм адаптации параметра

t о

kt(t) = Ь(Ь) -Жгем+Зсмк умФ + " ). (35)

На чертеже приведена функциональная схема системы управления. На чертеже приняты следующие обозначения: сумматоры

1-11, умножитеги 12-20, ПИД-регуляторы

21 — 23, усилители 24 — 26 с переменными во

1792539 времени коэффициентами, усилители 27 — 31 — с постоянными коэффициентами усиления, интеграторы 32 — 33, делители 34 — 35, модель 36 системы управления, объект управления 37, измеритель 38 выходного сигнала обьекта, дифференциатор 39.

Работает система следующим образом..

Входной сигнал u(t) поступает на входы умножителей 12 и 15, С выхода умножителя

12 сигнал проходит через сумматор 1 и поступает на вход объекта уп равления 37, функциональная схема которого состоит из усилителей 24,25 с переменными коэффициентами усиления, сумматора 4 и интегратора 32, Выходной сигнал объекта 37 поступает на вход измерителя 38, функциональная схема которого, в общем случае, состоит из усилителя 26 с переменным коэффициентом усиления и сумматора 11, на второй вход которого поступает аддитивная помеха (), Сигнал с выхода измерителя 38 через умножитель 13 поступает через умножитель 14 на вычитающий вход сумматора 1.

Входной сигнал u(t) системы поступает на вход модели 36 системы и через усилитель

27 на вычитающий вход сумматора 2, на суммирующий вход которого поступает сигнал y(t) с выхода умножителя 13. Сигнал невязки я(с) с выхода сумматора 2 поступает на суммирующий вход сумматора 3, а через усилитель 28 на вычитающий вход сумматора 3, на выходе которого получается сигнал V(t), служащий сигналом для формирования параметрических приращений hkH(t) и Л пт (Т), Настройка параметра m(t) производится по алгоритму (18) — второе уравнен- "е. Для чего сигнал (() в умножителе 15 перемножается с сигналом u(t) и через ПИД-регулятор

21 поступает на первый вход сумматора 5, на второй вход которого подается сигнал гл(,), На выходе сумматора получается сигнал коэффициента усиления регулятора m(t), который служит для масштабирования входного сигнала u(t) в умножителе 12.

По первому уравнению из (18) формируется сигнал 1() при помощи аналогичной схемы из элементов 12,22 и 7. На выходе сумматора 7 получается сигнал (т), который умножается в умножителе 14 с сигналом y(t), а результирующий сигнал с выхода умножитепя 14 в качестве обратной связи поступает на вычитающий вход сумматора 1. При этом настройка значений пф) и k(t) прекращается

npuo(t) = О.

Очевидно, что при с () = 0 настройкой параметров регулятора будут скомпенсированы параметрические отклонения hm(t) и

Ac(t), а также сигнальная помеха р(т). Но ввиду того, что измерения неточны, т.к. действуют параметрические возмущения на измеритель и параметр с (т) точно не известен.

5 Кроме того, на измерения накладываются аддитивные сигнальные помехи (т), о которых ничего не известно.Блоки 29,34 и 18 формируют коэффициент модели b (t) из (22), а блоки 20,35,19 и

10 10 коэффициент модели aM (t), которые найдены при условии, что на вход поступает сигнал u>(t), а сигнал ф) не поступает и параметрическая помеха на модель измерителя — усилитель 31 не действует. Таким образом

15 отличием модели объекта 37, составленной из элементов 29,34,18,9,33,31;19,10,20 и 35, является отсутствие координатно-параметрической помехи измерения, Параметры модели

aM (t) и Ь (t) найдены также без учета этой

20 помехи, Если теперь обеспечить равенство сигналов с выходов умножителя 13 и усилителя

31 путем коррекции параметра cq(t). то можно будет тем самым ликвидировать дейст25 вие координатно-параметрической помехи измерителя 38.

Алгоритм формирования сигнала коррекции hk>(t) по формуле (34) реализуется блоками 8,30,16,23 и 6, На выходе суммато30 ра 6 получается сигнал kt(t), поступающий на вход умножителя 13, в котором умножается на выходной сигнал измерителя 38, при этом 1ц(т) меняется таким образом, чтобы свести разность e(t) = y(t) - сог к нулю.

35 Уточнение у(т) приведет к изменению настройки параметров rn(t) и k(t) регулятора, а значит и параметров модели aM (t) и Ь (t), Таким образом, будет полностью компенсировано действие параметрических возму40 щений Лk(t) и hm(t) и координатной помехи

p(t), а также компенсированы помехи измерения Лс ф) = с ф) - со, ((t) .При этом будет проведена компенсация этих ошибок не в среднем, а по мгновенным значениям. При

45 большой скорости контуров настройки параметров блоков 12,14 и 13 динамика системы будет близка к динамике эталонной модели 36 с измерителем 27, Повышение точности и расширение области применения достигается путем компенсации возмущений по принципу обратной связи, а не компенсации их в среднем, при этом нет необходимости в какой-либо априорной информации о действующих коорди55 натно-параметрических возмущениях.

Последнее обстоятельство позволяет расширить область применения адаптивной системы, т.к. такую задачу система, принятая за прототип, не решает.

1792539

В случае, если порядок объекта управления выше первого или просто при выборе структуры регулятора (2), например, в виде

u j(t) = m(t)u + mt(t)u - k(t)y - ki(t)y. структура всей системы становйтся многомерной, что легко отразить в структуре, замен ив названия элементов схемы на блоки. (-.

Обозначим в целях обобщения структуры соединения элементов 5,15,21 первым блоком йастройки "параметров 40, соединения элейейтов 7,17,22 — вторым блоком на,стройки параметров 41. соединения элементов 6,8,16,23 и 30 — четвертым блоком настройки параметров 42, соединения эле мейтов 10,20,29,34. и 35 — третьим блоком настройки параметров 43, соединения зле,; ментов 9,18,19 и 33 — моделью объекта уп:: равления 44, соединения элементов 36 и 27 — моделью основного контура управления . 45, соедйнения элементов 2,3,28 и 39 — фор- мирователем сигнала суммы взвешенных невязок 4.6.

Формула изобретения

Система управления, содержащая последовательно соедииенные модель основног контура управления, формирователь . сигнала суммы взвешенных невязок, первый блок настройкй параметров, первый блок умножителей, сумматор, объект управления и блок датчиков выходных сигналов, выход формирователя сигнала суммы взвешенных невязок через последовательно сое5 диненные второй блок настройки параметров и второй блок умножителей соединен с вычйтающим входом сумматора, второй вход второго блока умножителей соединен с вторым входом второго блока настройки параметров, 1D вход модели основного контура управления " соединен с вторыми входами первого блока настройки параметров и первого блока умножителей, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и расширения областй

15 применения системы, она содержит последо.вательно соединеййые третий блок настройки параметров, модель объекта управления, модель блока датчиков выходных сигналов, четвертый блок настройки параметров и третий

20 блок умножителей, второй вход которого соединен с выходом блока датчиков выходных

:сигналов, а выход — с вторым входом формирователя сигнала суммйвзвешенных невязок и вторым входом четвертого блока настройки

25 параметров, второй вход модели объекта управления соединен с вторым выходом третьего блока настройки параметров, a третий вход — с выходом сумматора, выходы первого и второго блоков настройки параметров сое-

30 динены с входами третьего блока настройки параметров,