Робастная система управления

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано в системах регулирования объектами, параметры которых - неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей системы управления. Технический результат достигается за счет того, что в систему, содержащую объект управления, блок задания коэффициентов, первый и второй блоки суммирования, последовательно соединенные первый умножитель, второй умножитель, также последовательно соединенные блок нахождения модуля, блок нелинейного степенного преобразования и третий умножитель, выходы объекта управления соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, сигналы с выходов блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого блока суммирования, дополнительно вводится последовательный фильтр-компенсатор, причем вход последовательного фильтра-компенсатора соединен с выходом первого блока суммирования, выход последовательного фильтра-компенсатора соединен с двумя входами первого умножителя, входом блока нахождения модуля, вторым входом второго умножителя, вторым входом третьего умножителя и вторым входом второго блока суммирования, выход первого умножителя соединен с первым входом второго умножителя, выход второго умножителя подключен к первому входу второго блока суммирования, выход блока нахождения модуля подключен к входу блока нелинейного степенного преобразования, выход которого соединен с первым входом третьего умножителя, выход третьего умножителя подключен к третьему входу второго блока суммирования, выход которого соединен с входом объекта управления. 2 ил.

 

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано в системах регулирования объектами, параметры которых - неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины. Такими системами являются, например, системы автоматического управления летательными аппаратами, ядерными реакторами, гидромелиоративными сооружениями и т.д.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является система управления, содержащая объект управления, блок задания коэффициентов, первый и второй блоки суммирования, последовательно соединенные первый умножитель, второй умножитель, также последовательно соединенные блок нахождения модуля, блок нелинейного степенного преобразования и третий умножитель. Выходы объекта управления соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, сигналы с выходов блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого блока суммирования, выход первого блока суммирования соединен с двумя входами первого умножителя, входом блока нахождения модуля, вторым входом второго умножителя, вторым входом третьего умножителя и вторым входом второго блока суммирования, выход первого умножителя соединен с первым входом второго умножителя, выход второго умножителя подключен к первому входу второго блока суммирования, выход блока нахождения модуля подключен к входу блока нелинейного степенного преобразования, выход которого соединен с первым входом третьего умножителя, выход третьего умножителя подключен к третьему входу второго блока суммирования, выход которого соединен с входом объекта управления. [Патент РФ № 2222040, МПК 7 G05В 13/02, 2002, Бюл. № 2, 2004].

Недостатком этой системы является неработоспособность для объектов с разницей порядков знаменателя и числителя передаточной функции, большей единицы.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей системы управления.

Поставленная задача достигается тем, что в систему, содержащую объект управления, блок задания коэффициентов, первый и второй блоки суммирования, последовательно соединенные первый умножитель, второй умножитель, также последовательно соединенные блок нахождения модуля, блок нелинейного степенного преобразования и третий умножитель, выходы объекта управления соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, сигналы с выходов блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого блока суммирования, дополнительно вводится последовательный фильтр-компенсатор, причем вход последовательного фильтра-компенсатора соединен с выходом первого блока суммирования, выход последовательного фильтра-компенсатора соединен с двумя входами первого умножителя, входом блока нахождения модуля, вторым входом второго умножителя, вторым входом третьего умножителя и вторым входом второго блока суммирования, выход первого умножителя соединен с первым входом второго умножителя, выход второго умножителя подключен к первому входу второго блока суммирования, выход блока нахождения модуля подключен к входу блока нелинейного степенного преобразования, выход которого соединен с первым входом третьего умножителя, выход третьего умножителя подключен к третьему входу второго блока суммирования, выход которого соединен с входом объекта управления.

Вводя в систему фильтр-компенсатор, получают систему, работоспособную при разнице порядков знаменателя и числителя передаточной функции объекта, превышающей единицу.

На фиг.1 представлена блок-схема робастной системы; на фиг.2 - функциональная схема последовательного фильтра-компенсатора.

Робастная система содержит объект управления 1, блок задания коэффициентов 2, первый блок суммирования 3, последовательный фильтр-компенсатор 4, первый умножитель 5, второй умножитель 6, второй блок суммирования 7, блок нахождения модуля 8, блок нелинейного степенного преобразования 9, третий умножитель 10.

y₁,..., y_m - выходы объекта управления, U - скалярное управляющее воздействие, удовлетворяющее уравнению:

где γ₁>0, γ₂>0, γ₃>0, 0≤q≤ - постоянные,

g^T - числовой вектор,

y - m-мерный вектор выходных координат объекта.

Робастная система функционирует следующим образом.

Сигналы с выходов объекта управления 1 одновременно поступают на соответствующие входы блока задания коэффициентов 2, который представляет собой блок умножителей. В блоке задания коэффициентов 2 происходит умножение сигнала с i-го выхода объекта управления на постоянный коэффициент. Сигналы с блока задания коэффициентов 2 поступают на соответствующие входы первого блока суммирования 3, где складываются. Сигнал с выхода первого блока суммирования 3 поступает на вход фильтра-компенсатора 4, функциональная схема которого представлена на фиг.2. В блоке суммирования 11₁ происходит сложение сигналов, полученных с первого блока суммирования 3 и выхода интегратора 12₁, сигнал с выхода блока суммирования 11₁ поступает на вход интегратора 12₁. В каждом блоке суммирования 11_j (j=2, 3,..., k-1, где k - разность порядков знаменателя и числителя передаточной функции объекта управления) происходит сложение сигналов, полученных с выхода блока суммирования 11_j-1, выхода интегратора 12_j-1 и выхода интегратора 12_j. На вход интегратора 12_j поступает сигнал с выхода блока суммирования 11_j. В блоке суммирования 11_k происходит сложение сигналов, полученных с выхода блока суммирования 11_k-1 и выхода интегратора 12_k-1. С выхода блока суммирования 11_k (соответствующего выходу последовательного фильтра-компенсатора 4) сигнал поступает на оба входа первого умножителя 5 и на второй вход второго умножителя 6, на первый вход которого поступает сигнал с выхода первого умножителя 5. На вход блока нахождения модуля 8 поступает сигнал с выхода последовательного фильтра-компенсатора 4, сигнал с выхода блока нахождения модуля 8 поступает на вход блока нелинейного степенного преобразования 9. В третьем умножителе 10 происходит умножение сигналов, полученных с выхода последовательного фильтра-компенсатора 4 и выхода блока нелинейного степенного преобразования 9. Во втором блоке суммирования 7 происходит сложение сигналов, полученных с выхода второго умножителя 6, выхода последовательного фильтра-компенсатора 4 и выхода третьего умножителя 10 с нужными коэффициентами. Сигнал с выхода второго блока суммирования 7 поступает на вход объекта управления 1.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей системы управления за счет введения последовательного фильтра-компенсатора, который повышает порядок числителя передаточной функции объекта управления.

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

Робастная система управления, содержащая объект управления, блок задания коэффициентов, первый и второй блоки суммирования, последовательно соединенные первый умножитель, второй умножитель, также последовательно соединенные блок нахождения модуля, блок нелинейного степенного преобразования и третий умножитель, выходы объекта управления соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, сигналы с выходов блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого блока суммирования, отличающаяся тем, что дополнительно введен последовательный фильтр-компенсатор, причем вход последовательного фильтра-компенсатора соединен с выходом первого блока суммирования, выход последовательного фильтра-компенсатора соединен с двумя входами первого умножителя, входом блока нахождения модуля, вторым входом второго умножителя, вторым входом третьего умножителя и вторым входом второго блока суммирования, выход первого умножителя соединен с первым входом второго умножителя, выход второго умножителя подключен к первому входу второго блока суммирования, выход блока нахождения модуля подключен к входу блока нелинейного степенного преобразования, выход которого соединен с первым входом третьего умножителя, выход третьего умножителя подключен к третьему входу второго блока суммирования, выход которого соединен с входом объекта управления, а последовательный фильтр-компенсатор состоит из последовательно соединенных типовых блоков, каждый из которых включает последовательно соединенные блок суммирования и интегратор, причем первый вход первого блока суммирования последовательного фильтра-компенсатора является входом последовательного фильтра-компенсатора, на второй вход первого блока суммирования последовательного фильтра-компенсатора поступает сигнал с выхода первого интегратора, на входы каждого последующего блока суммирования последовательного фильтра-компенсатора поступают сигналы с выходов предыдущего блока суммирования последовательного фильтра-компенсатора, предыдущего интегратора и последующего интегратора, выходом последовательного фильтра-компенсатора является сумма выходов последнего блока суммирования последовательного фильтра-компенсатора и последнего интегратора.