Самонастраивающаяся система управления для объектов с запаздываниями по состоянию и управлению

 

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано в системах регулирования объектами, параметры которых - неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины. Технический результат заключается в возможности стабилизации самонастраивающейся системы при наличии объектов с запаздыванием по состоянию и по управлению. Система содержит объект регулирования, три блока задания коэффициентов, пять блоков суммирования, шесть умножителей, четыре интегратора, два блока запаздывания. 1 ил.

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано в системах регулирования объектами, параметры которых - неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является самонастраивающаяся система управления [1], содержащая объект регулирования, первый блок задания коэффициентов, блок запаздывания, второй блок задания коэффициентов, первый сумматор, второй сумматор, первый умножитель, первый интегратор, второй умножитель, третий умножитель, второй интегратор, четвертый умножитель, третий сумматор. Сигналы с выходов объекта регулирования поступают одновременно на соответствующие входы первого блока задания коэффициентов и блока запаздывания.

Блок задания коэффициентов представляет собой блок умножителей, в этом блоке происходит умножение сигнала с каждого выхода объекта регулирования на постоянный коэффициент. Сигналы с выходов первого блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого блока суммирования, где складываются. Сигнал с выхода первого блока суммирования приходит на первый вход второго умножителя, на первый вход третьего умножителя и на оба входа первого умножителя. В первом умножителе происходит умножение сигнала с выхода блока суммирования на этот же сигнал. Сигнал с выхода первого умножителя поступает на вход первого интегратора. Сигнал с выхода первого интегратора поступает на второй вход второго умножителя.

Во втором умножителе происходит умножение сигнала с выхода первого блока суммирования на сигнал с выхода первого интегратора. Сигналы с выходов блока запаздывания через время, равное времени запаздывания, поступают на соответствующие входы второго блока задания коэффициентов. Сигналы с выходов второго блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы второго блока суммирования, где складываются. Сигнал с выхода второго блока суммирования поступает на первый вход четвертого умножителя и на первый вход третьего умножителя.

В третьем умножителе происходит умножение сигнала с выхода первого блока суммирования на сигнал с выхода второго блока суммирования. Сигнал с выхода третьего умножителя поступает на вход второго интегратора. Сигнал с выхода второго интегратора поступает на второй вход четвертого умножителя, где происходит умножение сигнала с выхода второго интегратора на сигнал с выхода второго блока суммирования. Сигнал с выхода четвертого умножителя поступает на второй вход третьего блока суммирования, где складывается с сигналом, поступающим на первый вход третьего блока суммирования с выхода второго умножителя. Сигнал с выхода третьего блока суммирования, являющийся сигналом управления, поступает на вход объекта регулирования.

Недостатком этой системы в случае наличия в объекте запаздывания по управлению, является неустойчивость положения равновесия.

Целью изобретения является обеспечение асимптотической устойчивости положения равновесия системы при наличии в объекте запаздывания по управлению.

Поставленная задача достигается тем, что в систему, содержащую два блока задания коэффициентов, блок задержки, три блока суммирования, последовательно соединенные первый умножитель, первый интегратор, второй умножитель, третий сумматор и третий умножитель, второй интегратор, четвертый умножитель, третий сумматор; выходы объекта регулирования одновременно соединены с соответствующими входами первого блока задания коэффициентов и блока запаздывания, выходы блока запаздывания соединены с соответствующими входами второго блока задания коэффициентов, входы первого и второго блоков суммирования подключены к соответствующим выходам первого и второго блоков задания коэффициентов, первый вход третьего сумматора, второй вход третьего сумматора и выход третьего блока суммирования подключены соответственно к выходу второго умножителя, к выходу четвертого умножителя и ко входу объекта регулирования, введены второй блок запаздывания, третий интегратор, третий блок задания коэффициентов, четвертый блок суммирования, пятый блок суммирования, пятый умножитель, четвертый интегратор, шестой умножитель.

При этом первый вход четвертого сумматора подключен к выходу пятого блока суммирования, второй вход четвертого сумматора соединен с выходом третьего интегратора, выход четвертого блока суммирования подключен к первому входу первого умножителя, к первому входу третьего умножителя и к первому входу пятого умножителя, первый вход пятого сумматора подключен к выходу третьего сумматора, второй вход пятого сумматора подключен к выходу второго блока запаздывания, третий вход пятого сумматора подключен к выходу третьего блока задания коэффициентов, выход пятого сумматора соединен со входом третьего интегратора, выход третьего интегратора подключен ко входу третьего блока задания коэффициентов и к второму входу четвертого блока суммирования.

Вход второго блока запаздывания связан с выходом третьего сумматора, а выход блока запаздывания связан со вторым входом первого умножителя и со вторым входом второго умножителя, второй вход третьего умножителя и второй вход четвертого умножителя связаны с выходом первого блока суммирования, второй вход пятого умножителя и второй вход шестого умножителя подключены к выходу второго блока суммирования, выход пятого умножителя связан со входом четвертого интегратора, выход четвертого интегратора соединен с первым входом шестого умножителя, выход шестого умножителя соединен со вторым входом третьего блока суммирования.

На фиг. 1 представлена блок-схема системы. Система содержит объект регулирования 1, первый блок задания коэффициентов 2, первый блок запаздывания 3, второй блок задания коэффициентов 4, первый блок суммирования 5, первый умножитель 6, первый интегратор 7, второй умножитель 8, второй блок суммирования 9, третий умножитель 10, второй интегратор 11, четвертый умножитель 12, третий блок суммирования 13, четвертый блок суммирования 14, пятый блок суммирования 15, третий интегратор 16, третий блок задания коэффициентов 17, второй блок запаздывания 18, пятый умножитель 19, четвертый интегратор 20, шестой умножитель 21. Объект регулирования описывается уравнением где х∈Rⁿ - вектор состояний объекта регулирования, τ₁>0, τ₂>0- известные постоянные запаздывания, L - матрица выхода, у₁, ..., y_m - выходы объекта регулирования, u - скалярное управляющее воздействие, удовлетворяющее уравнению где g - числовой вектор, выбираемый из условия гурвицевости полинома g*L(I_mp-A)⁺b; χ, с, k - настраиваемые параметры регулятора.

Используя критерий гиперустойчивости Попова, можно показать, что реализуемый алгоритм настройки параметров регулятора где α>0, β>0, γ>0 - числа, z - выход дополнительного контура, динамика которого описывается уравнением где a₀>0 - число,
обеспечивает асимптотическую устойчивость системы.

Система функционирует следующим образом.

Сигналы с выходов объекта регулирования 1 поступают одновременно на соответствующие входы первого блока задания коэффициентов 2 и первого блока запаздывания 3. Блок задания коэффициентов 2 представляет собой блок умножителей, в этом блоке происходит умножение сигнала с i-го выхода объекта регулирования 1 на постоянный коэффициент.

Сигналы с выходов блока задания коэффициентов 2 поступают на соответствующие входы первого блока суммирования 5, где складываются. Сигнал с выхода блока суммирования 5 приходит на первый вход четвертого сумматора 14, на второй вход третьего умножителя 10 и на второй вход четвертого умножителя 12, сигнал с выхода четвертого сумматора 14 подается на первый вход первого умножителя 6, на первый вход третьего умножителя 10 и на первый вход пятого умножителя 19, в третьем умножителе 10 происходит умножение сигнала с выхода четвертого сумматора 14 и выхода первого сумматора 5. Сигнал с выхода третьего умножителя 10 идет на вход второго интегратора 11, где интегрируется, а с выхода второго интегратора 11 - на первый вход четвертого умножителя 12.

В четвертом умножителе 12 происходит умножение сигнала с выхода интегратора 11 на сигнал с выхода первого сумматора 5. Сигналы с выходов блока 3 запаздывания через время, равное времени запаздывания τ₁ подаются на соответствующие входы второго блока задания коэффициентов 4, где происходит умножение сигнала с i-го выхода блока запаздывания 3 на постоянный коэффициент, сигналы с выходов второго блока задания коэффициентов 4 поступают на соответствующие входы второго блока суммирования 9, где складываются. Сигнал с выхода второго сумматора 9 поступает на второй вход пятого умножителя 19 и на второй вход шестого умножителя 21.

В пятом умножителе 19 происходит умножение сигнала с выхода четвертого сумматора 14 на сигнал с выхода второго сумматора 9. Сигнал с выхода пятого умножителя 19 подается на вход четвертого интегратора 20, где интегрируется. Сигнал с выхода четвертого интегратора 20 поступает на первый вход шестого умножителя 21. В шестом умножителе 21 происходит умножение сигнала с выхода четвертого интегратора 20 на сигнал с выхода второго блока суммирования 9. Сигнал с выхода шестого умножителя 21 поступает на второй вход третьего сумматора 13, где складывается с сигналом, поступающим на первый вход блока суммирования 13 с выхода четвертого умножителя 12. Сигнал с выхода третьего сумматора 13 поступает одновременно на первый вход пятого сумматора 15 и на вход второго блока запаздывания 18.

Сигнал с выхода второго блока запаздывания 18 через время, равное времени запаздывания τ₂, поступает на второй вход первого умножителя 6, на второй вход второго умножителя 8 и на второй вход пятого блока суммирования 15, сигнал с выхода пятого сумматора 15 идет на вход третьего интегратора 16, с выхода которого поступает одновременно на вход третьего блока задания коэффициентов 17 и на второй вход четвертого сумматора 14. В четвертом сумматоре 14 складываются сигналы с выхода первого сумматора 5 и с выхода третьего интегратора 16. Сигнал с выхода третьего блока задания коэффициентов 17 поступает на третий вход пятого сумматора.

В первом умножителе происходит умножение сигнала с выхода четвертого сумматора 14 на сигнал с выхода второго блока запаздывания 18. Сигнал с выхода первого умножителя 6 подается на вход первого интегратора 7, а с выхода первого интегратора 7 на первый вход второго умножителя 8. Во втором умножителе 8 происходит умножение сигнала с выхода интегратора 7 на сигнал с выхода второго блока запаздывания 18. Сигнал с выхода второго умножителя 8 идет на третий вход третьего блока суммирования 13. В третьем сумматоре складываются сигналы с выхода второго умножителя 8, четвертого умножителя 12 и шестого умножителя 21. Сигнал с выхода третьего блока суммирования 13, являющийся сигналом управления, поступает на вход объекта регулирования 1.

Предлагаемая система обладает более широкими функциональными возможностями, так как может работать с объектами, обладающими запаздыванием по состоянию и по управлению.

Данное устройство может быть реализовано промышленным способом, на основе стандартной элементарной базы.

Источник информации
1. Авторское свидетельство СССР 1105860, кл. G 05 B 13/02, 1982, опубл. 30.07.84, БИ 28.

Формула изобретения

Самонастраивающаяся система управления для объектов с запаздываниями по состоянию и управлению, содержащая два блока задания коэффициентов, блок запаздывания, три блока суммирования, последовательно соединенные первый умножитель, первый интегратор, второй умножитель и последовательно соединенные третий умножитель, второй интегратор, четвертый умножитель, выходы объекта регулирования соединены с соответствующими входами первого блока задания коэффициентов и блока запаздывания, выходы блока запаздывания соединены с соответствующими входами второго блока задания коэффициентов, входы первого блока суммирования подключены к соответствующим выходам первого блока задания коэффициентов, входы второго блока суммирования подключены к соответствующим выходам второго блока задания коэффициентов, второй вход третьего умножителя и второй вход четвертого умножителя связаны с выходом первого блока суммирования, выходы второго и четвертого умножителей связаны с третьим и первым входами третьего блока суммирования, выход третьего блока суммирования подключен к входу объекта управления, отличающаяся тем, что в систему введены четвертый блок суммирования, пятый умножитель, шестой умножитель, четвертый интегратор, пятый блок суммирования, третий интегратор, третий блок задания коэффициентов, второй блок запаздывания, причем первый вход четвертого блока суммирования подключен к выходу первого блока суммирования, второй вход - к выходу третьего интегратора, выход четвертого блока суммирования связан с первым входом первого умножителя, с первым входом третьего умножителя, с первым входом пятого умножителя, второй вход пятого умножителя связан с выходом второго блока суммирования, выход пятого умножителя - со входом четвертого интегратора, выход четвертого интегратора соединен с первым входом шестого умножителя, второй вход шестого умножителя подключен к выходу второго блока суммирования, выход шестого умножителя связан со вторым входом третьего блока суммирования, первый вход пятого блока суммирования связан с выходом третьего блока суммирования, второй вход - с выходом второго блока запаздывания, вход которого связан с выходом третьего блока суммирования, другой выход второго блока запаздывания связан со входами первого и второго умножителей, третий вход пятого блока суммирования соединен с выходом третьего блока задания коэффициентов, выход пятого блока суммирования связан со входом третьего интегратора, выход третьего интегратора подключен ко входу третьего блока задания коэффициентов.

РИСУНКИ

Рисунок 1