Адаптивная система слежения для объектов с запаздыванием по управлению

Изобретение относится к области техники автоматики, а конкретно к системам слежения для объектов, параметры которых - неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины. При этом предполагается, что объект регулирования обладает запаздыванием по управлению, значение которого известно. Технический результат заключается в обеспечении возможности режима слежения и задания желаемой динамики процессов управления с помощью эталонного упредителя минимальной структурной сложности. Технический результат достигается за счет того, что система содержит объект регулирования, два блока задания коэффициентов, пять сумматоров, четыре умножителя, три интегратора, блок задержки, блок задающего воздействия. 1 ил.

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах слежения для объектов, параметры которых - неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины. При этом предполагается, что объект регулирования обладает запаздыванием по управлению, значение которого известно.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является самонастраивающаяся система управления для объектов с запаздыванием по управлению [Патент RU 2210800 МКИ 7 G 05 В 13/02, 2003], содержащая объект регулирования, первый блок задания коэффициентов, первый сумматор, первый умножитель, первый интегратор, второй умножитель, второй сумматор, второй интегратор, второй блок задания коэффициентов, третий сумматор, третий умножитель, третий интегратор, четвертый умножитель, четвертый сумматор, блок задержки. Сигналы с выходов объекта регулирования поступают на соответствующие входы первого блока задания коэффициентов. В первом блоке задания коэффициентов происходит умножение сигнала с каждого выхода объекта регулирования на постоянный коэффициент. Сигналы с выходов первого блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого сумматора. Сигнал с выхода первого сумматора поступает на вход третьего сумматора, на второй вход третьего умножителя и на второй вход четвертого умножителя, сигнал с выхода третьего сумматора подается на второй вход первого умножителя и на первый вход третьего умножителя, сигнал с выхода первого умножителя поступает на вход первого интегратора, сигнал с выхода первого интегратора поступает на первый вход второго умножителя, сигнал с выхода второго умножителя подается на первый вход четвертого сумматора, сигнал с выхода третьего умножителя поступает на вход третьего интегратора, сигнал с выхода третьего интегратора поступает на первый вход четвертого умножителя, сигнал с выхода четвертого умножителя подается на второй вход четвертого сумматора. Сигнал с выхода четвертого сумматора поступает на вход объекта регулирования, на первый вход второго сумматора и на вход блока задержки, сигнал с выхода блока задержки поступает на второй вход второго сумматора, на первый вход первого умножителя и на второй вход второго умножителя, сигнал с выхода второго сумматора подается на вход второго интегратора, сигнал с выхода второго интегратора подается на первый вход третьего сумматора и на вход второго блока задания коэффициентов, сигнал с выхода второго блока задания коэффициентов приходит на третий вход второго сумматора.

Недостатком этой системы является невозможность ее работы в режиме слежения.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей системы, т.е. обеспечение возможности работы системы в режиме слежения.

Сущность изобретения состоит в том, что в систему, содержащую объект регулирования, первый блок задания коэффициентов, первый сумматор, первый умножитель, первый интегратор, второй умножитель, второй сумматор, второй интегратор, второй блок задания коэффициентов, третий сумматор, третий умножитель, третий интегратор, четвертый умножитель, четвертый сумматор, блок задержки, при этом сигналы с выходов объекта регулирования подаются на соответствующие входы первого блока задания коэффициентов, сигналы с выхода первого блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого сумматора, сигнал с выхода первого сумматора поступает на первый вход третьего сумматора, на первый вход третьего умножителя и на первый вход четвертого умножителя, сигнал с выхода третьего сумматора поступает на второй вход третьего умножителя и на второй вход первого умножителя, сигнал с выхода первого умножителя поступает на вход первого интегратора, сигнал с выхода первого интегратора поступает на второй вход второго умножителя, сигнал с выхода второго умножителя поступает на второй вход четвертого сумматора, сигнал с выхода третьего умножителя поступает на вход третьего интегратора, сигнал с выхода третьего интегратора поступает на второй вход четвертого умножителя, сигнал с выхода четвертого умножителя поступает на первый вход четвертого сумматора, сигнал с выхода четвертого сумматора подается на первый вход второго сумматора, сигнал с выхода блока задержки поступает на второй вход второго сумматора, сигнал с выхода второго блока задания коэффициентов поступает на третий вход второго сумматора, сигнал с выхода блока задержки поступает на первый вход первого и второго умножителя, сигнал с выхода второго сумматора поступает на вход второго интегратора, сигнал с выхода второго интегратора поступает на вход второго блока задания коэффициентов и на второй вход третьего сумматора, дополнительно вводится пятый сумматор и блок задающего воздействия, а так же изменяется подключение блока задержки, четвертого сумматора и объекта регулирования, при этом сигнал с выхода четвертого сумматора подается на первый вход пятого сумматора и на первый вычитающий вход второго сумматора, сигнал с выхода блока задающего воздействия поступает на второй вход пятого сумматора, сигнал с выхода пятого сумматора подается на вход объекта регулирования и на вход блока задержки, сигнал с выхода блока задержки подается на второй суммирующий вход второго сумматора.

Вводя в систему сумматор, блок задающего воздействия и изменяя подключение блока задержки, четвертого сумматора и объекта регулирования, получают в системе новую функцию, которая заключается в том, что теперь система может работать в режиме слежения.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемой системы.

Система содержит объект регулирования 1, первый блок задания коэффициентов 2, первый сумматор 3, первый умножитель 4, первый интегратор 5, второй умножитель 6, второй сумматор 7, второй интегратор 8, второй блок задания коэффициентов 9, третий сумматор 10, третий умножитель 11, третий интегратор 12, четвертый умножитель 13, четвертый сумматор 14, блок задержки 15, пятый сумматор 16, блок задающего воздействия 17.

Объект регулирования описывается уравнением

где x(t)∈Rⁿ - вектор состояния объекта регулирования, τ - известное постоянное запаздывание, L - матрица выхода, y₁,..., у_m - выходы объекта регулирования, - скалярное управляющее воздействие, удовлетворяющее уравнению

где r(t) - задающее воздействие, χ(t), c(t), k(t) - настраиваемые параметры регулятора, y(t) - m-мерный вектор выходных координат объекта регулирования, α₀ - m-мерный вектор коэффициентов, выбираемый из условия - гурвицевый квазиполином степени n-1 с положительным старшим коэффициентом (α(λ) - числитель передаточной функции объекта регулирования).

С помощью критерия гиперустойчивости Попова можно показать, что асимптотическую устойчивость системе будут обеспечивать следующие алгоритмы настройки

где β>0 - число, γ>0 - число, z(t) - выход дополнительного контура, динамика которого в нашем случае описывается уравнением

где a₀>0 - число, определяющее длительность переходных процессов в системе управления по завершению процессов адаптации.

Контур (3) называется «эталонным упредителем». Он служит для эквивалентной замены необходимого в данном случае соединения типа эталонная модель - блок упреждения. При этом эталонный упредитель, как и эталонная модель служит для задания желаемой динамики процесса управления и обеспечении режима слежения, а так же берет на себя функцию блока упреждения, предназначенного для компенсации запаздывания в системе. Таким образом, вместо двух блоков - эталонной модели и блока упреждения в системе присутствует один - эталонный упредитель, чем косвенно достигается упрощение системы без ухудшения качества работы.

Система функционирует следующим образом.

Сигнал U₁=у с выхода объекта регулирования 1 поступает на соответствующие входы блока задания коэффициентов 2. В блоке задания коэффициентов 2 происходит умножение сигнала y_i, i=1...m, с выхода объекта регулирования 1 на постоянный коэффициент вектора α₀. Сигналы с выходов блока задания коэффициентов 2 поступают на соответствующие входы сумматора 3. Сигнал с выхода сумматора 3 поступает на первый вход третьего сумматора 10, на первый вход третьего умножителя 11 и на первый вход четвертого умножителя 13, сигнал U₁₀=ν с выхода третьего сумматора 10 подается на второй вход первого умножителя 4 и на второй вход третьего умножителя 11, сигнал с выхода первого умножителя 4 поступает на вход первого интегратора 5, сигнал U₅=k с выхода первого интегратора 5 поступает на второй вход второго умножителя 6, сигнал с выхода второго умножителя 6 подается на второй вход четвертого сумматора 14, сигнал с выхода третьего умножителя 11 поступает на вход третьего интегратора 12, сигнал U₁₂=χ с выхода третьего интегратора 12 поступает на первый вход четвертого умножителя 13, сигнал с выхода четвертого умножителя 13 подается на первый вход четвертого сумматора 14, сигнал U₁₄=u с выхода четвертого сумматора 14 идет на первый вход пятого сумматора 16 и на первый вход второго сумматора 7, на второй вход пятого сумматора 16 поступает сигнал с выхода блока задающего воздействия, сигнал с выхода пятого сумматора 16 поступает на вход объекта регулирования и блока задержки 15, сигнал с выхода блока задержки 15 поступает на второй вход второго сумматора 7 и на первый вход первого умножителя 4 и на первый вход второго умножителя 6, сигнал с выхода второго сумматора 7 подается на вход второго интегратора 8, сигнал U₈=z с выхода второго интегратора 8 подается на второй вход третьего сумматора 10 и на вход второго блока задания коэффициентов 9, сигнал U₉=a₀·z с выхода второго блока задания коэффициентов 9 поступает на третий вход второго сумматора 7.

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

Адаптивная система слежения для объектов с запаздыванием по управлению, содержащая объект регулирования, первый блок задания коэффициентов, первый сумматор, первый умножитель, первый интегратор, второй умножитель, второй сумматор, второй интегратор, второй блок задания коэффициентов, третий сумматор, третий умножитель, третий интегратор, четвертый умножитель, четвертый сумматор, блок задержки, при этом сигналы с выходов объекта регулирования подаются на соответствующие входы первого блока задания коэффициентов, сигналы с выхода первого блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого сумматора, сигнал с выхода первого сумматора поступает на первый вход третьего сумматора, на первый вход третьего умножителя и на первый вход четвертого умножителя, сигнал с выхода третьего сумматора поступает на второй вход третьего умножителя и на второй вход первого умножителя, сигнал с выхода первого блока умножения поступает на вход первого интегратора, сигнал с выхода первого интегратора поступает на второй вход второго умножителя, сигнал с выхода второго умножителя поступает на второй вход четвертого сумматора, сигнал с выхода третьего умножителя поступает на вход третьего интегратора, сигнал с выхода третьего интегратора поступает на второй вход четвертого умножителя, сигнал с выхода четвертого умножителя поступает на первый вход четвертого сумматора, сигнал с выхода четвертого сумматора подается на первый вход второго сумматора, сигнал с выхода блока задержки поступает на второй вход второго сумматора, сигнал с выхода второго блока задания коэффициентов поступает на третий вход второго сумматора, сигнал с выхода блока задержки поступает на первый вход первого блока задания коэффициентов, сигнал с выхода второго сумматора поступает на вход второго интегратора, сигнал с выхода второго интегратора поступает на вход второго блока задания коэффициентов и на второй вход третьего сумматора, отличающаяся тем, что в систему дополнительно вводится пятый сумматор и блок задающего воздействия, а также изменяется подключение блока задержки, четвертого сумматора и объекта регулирования, при этом сигнал с выхода четвертого сумматора подается на первый вход пятого сумматора и на первый вычитающий вход второго сумматора, сигнал с выхода блока задающего воздействия поступает на второй вход пятого сумматора, сигнал с выхода пятого сумматора подается на вход объекта регулирования и на вход блока задержки, сигнал с выхода блока задержки подается на второй суммирующий вход второго сумматора.