Адаптивная система управления для динамических объектов с периодическими коэффициентами и наблюдателем
Владельцы патента RU 2429516:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к системам автоматического регулирования. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей системы за счет обеспечения работоспособности и асимптотической устойчивости при управлении объектами периодического действия с доступным выходным сигналом, но не его производными. Он достигается тем, что в систему, содержащую блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, второй блок суммирования, блок задержки, последовательно соединенные второй умножитель и объект регулирования дополнительно введен стационарный наблюдатель состояния (НС), при этом выход объекта регулирования соединен с первым входом стационарного НС, выходы которого подключены к соответствующим входам блока задания коэффициентов; входы первого блока суммирования подключены к соответствующим выходам блока задания коэффициентов, выход первого блока суммирования связан с обоими входами первого умножителя, а также вторым входом второго умножителя, первый вход второго блока суммирования подключен к выходу первого умножителя, второй вход связан с выходом блока задержки, выход второго блока суммирования подключен к первому входу второго умножителя и к входу блока задержки, выход второго умножителя подключен к входу объекта регулирования и ко второму входу стационарного НС. 2 ил.
Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано при управлении нестационарными скалярными динамическими объектами с периодическими коэффициентами.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является адаптивная система управления для динамических объектов с периодическими коэффициентами (Патент РФ №2265873, Официальный бюл. «Изобретения и полезные модели». - 2005, №34, прототип), содержащая блок задания коэффициентов, первый сумматор, первый умножитель, второй сумматор, блок задержки, последовательно соединенные второй умножитель и объект регулирования, выходы которого соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, входы первого сумматора подключены к соответствующим выходам блока задания коэффициентов, первый вход второго сумматора подключен к выходу первого умножителя, второй вход - к выходу блока задержки, выход второго сумматора связан с первым входом второго умножителя и с входом блока задержки, выход первого сумматора соединен с первым и вторым входами первого умножителя и со вторым входом второго умножителя, выход второго умножителя подключен к входу объекта регулирования.
Однако недостатком данной системы является потеря работоспособности в случае объектов регулирования с доступным выходным сигналом, но не его производными.
Технической задачей, на решение которой направленно заявленное изобретение, является расширение функциональных возможностей системы, т.е. обеспечение работоспособности и асимптотической устойчивости при управлении объектами периодического действия с доступным выходным сигналом, но не его производными.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в систему, содержащую блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, второй блок суммирования, блок задержки, последовательно соединенные второй умножитель и объект регулирования, согласно изобретению дополнительно введен стационарный наблюдатель состояния (НС), при этом выход объекта регулирования соединен с первым входом стационарного НС, выходы которого подключены к соответствующим входам блока задания коэффициентов; входы первого блока суммирования подключены к соответствующим выходам блока задания коэффициентов, выход первого блока суммирования связан с обоими входами первого умножителя, а также вторым входом второго умножителя, первый вход второго блока суммирования подключен к выходу первого умножителя, второй вход связан с выходом блока задержки, выход второго блока суммирования подключен к первому входу второго умножителя и к входу блока задержки, выход второго умножителя подключен к входу объекта регулирования и ко второму входу стационарного НС.
За счет дополнительно введенного НС обеспечивается работоспособность и асимптотическая устойчивость системы для объектов с доступным выходным сигналом, но не его производными.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема системы; фиг.2 иллюстрирует блок-схему стационарного НС.
Система содержит объект регулирования 1, стационарный НС 2, блок задания коэффициентов 3, первый блок суммирования 4, первый умножитель 5, второй блок суммирования 6, блок задержки 7, второй умножитель 8, у, u - соответственно скалярный выход и управляющее воздействие объекта регулирования, - значения внутренних состояний объекта регулирования (производных скалярного выхода у).
Объект регулирования описывается уравнением:
Уравнения динамики стационарного НС имеют вид:
Здесь x(t) - n-мерный вектор состояний объекта регулирования;
- n-мерный вектор состояния наблюдателя, соответствующий оценкам недоступных переменных состояния x(t);
A(t+T), b(t+T) - соответственно нестационарные матрица состояния и вектор управления, с T - периодически меняющимися коэффициентами;
- матрица состояния наблюдателя;
A0 - гурвицева матрица;
N - матрица наблюдения;
y(t) - скалярное значение выхода объекта регулирования;
∗ - символ транспонирования;
, 
- стационарные векторы;
u(t) - скалярное управляющее воздействие, удовлетворяющее соотношению:
где χпер(t) - настраиваемый коэффициент контура адаптации;
- некоторый n-мерный вектор блока задания коэффициентов 3, такой что полином 
- гурвицев.
Используя критерий гиперустойчивости В.М.Попова, можно показать, что асимптотическая устойчивость в рассматриваемой системе регулирования обеспечивается за счет реализации алгоритма управления в виде:
где γ0=const>0.
Система функционирует следующим образом.
Сигнал с выхода объекта регулирования 1 у поступает на первый вход стационарного НС 2 (структурная схема представлена на фиг.2), на второй вход которого поступает сигнал управления u. Сигнал с первого входа НС 2 идет на первый вход блока сравнения 11, на второй вход которого подается выходной сигнал интегратора 101. Внутри блока сравнения 11 вычисляется разность подаваемых на него сигналов. Сигнал с второго входа стационарного НС 2 подается на первый вход блока суммирования 9n (n - размерность вектора состояния объекта регулирования), на второй вход блока суммирования 9n поступает выходной сигнал блока суммирования 11 с соответствующим коэффициентом. На остальные n входов блока суммирования 9n идут сигналы с выходов интеграторов 10i (i=n, n-1,…,1) с соответствующими коэффициентами. Выходные сигналы интеграторов 10i, соответствующие оценкам недоступных переменных состояния, поступают, во-первых, на соответствующие выходы стационарного НС 2 и, во-вторых, на первые входы блоков суммирования 9j (j=n-1,…,1). На вторые входы блоков суммирования 9j идут сигналы с выхода блока сравнения 11 с соответствующими коэффициентами. Сигналы с выходов стационарного НС 2 поступают на соответствующие входы блока задания коэффициентов 3, внутри которого происходит умножение сигнала с i-го входа на постоянный коэффициент. Выходные сигналы блока задания коэффициентов 3 поступают на входы первого блока суммирования 4, где складываются. Сигнал с выхода первого блока суммирования 4 идет на оба входа первого умножителя 5 и на второй вход второго умножителя 8. На первый вход второго блока суммирования 6 поступает сигнал с выхода первого умножителя 5, на второй вход второго блока суммирования 6 идет сигнал с выхода блока задержки 7. Выходной сигнал второго блока суммирования 6 подается на первый вход второго умножителя 8 и на вход блока задержки 7. Сигнал с выхода второго умножителя 8, соответствующий сигналу скалярного управляющего воздействия u, поступает на вход объекта регулирования 1, а также на второй вход стационарного НС 2.
Технический результат заключается, в расширении функциональных возможностей системы, а именно - обеспечении ее работоспособности и асимптотической устойчивости при управлении объектами периодического действия с доступным выходным сигналом, но не его производными.
Данное устройство может быть реализовано промышленным способом на основе стандартной элементной базы.
Адаптивная система управления для динамических объектов с периодическими коэффициентами и наблюдателем, содержащая блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, второй блок суммирования, блок задержки, последовательно соединенные второй умножитель и объект регулирования, отличающаяся тем, что дополнительно введен стационарный наблюдатель состояния (НС), при этом выход объекта регулирования соединен с первым входом стационарного НС, выходы которого подключены к соответствующим входам блока задания коэффициентов; входы первого блока суммирования подключены к соответствующим выходам блока задания коэффициентов, выход первого блока суммирования связан с обоими входами первого умножителя, а также вторым входом второго умножителя, первый вход второго блока суммирования подключен к выходу первого умножителя, второй вход связан с выходом блока задержки, выход второго блока суммирования подключен к первому входу второго умножителя и к входу блока задержки, выход второго умножителя подключен к входу объекта регулирования и ко второму входу стационарного НС.
