Комбинированная адаптивная система управления для динамических объектов с периодическими коэффициентами

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано в системах управления периодическими режимами априорно неопределенных нестационарных динамических объектов. Техническим результатом является обеспечение работоспособности и асимптотической устойчивости системы управления циклического действия в случае разницы порядков знаменателя и числителя передаточной функции объекта регулирования, превышающей единицу. В систему, содержащую блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, интегратор, второй умножитель, объект регулирования, блок задания коэффициентов, дополнительно введен параллельный фильтр-компенсатор, причем вход параллельного фильтра компенсатора соединен с выходом первого блока суммирования, выход параллельного фильтра-компенсатора соединен с первым и вторым входами первого умножителя и со вторым входом второго умножителя, выход первого умножителя подключен к входу интегратора и к первому входу второго блока суммирования, второй вход второго блока суммирования соединен с выходом блока задержки на величину, равную периоду изменения параметров объекта регулирования, выход второго блока суммирования соединен с первым входом третьего блока суммирования и с входом блока задержки, второй вход третьего блока суммирования соединен с выходом интегратора, выход третьего блока суммирования соединен с первым входом второго умножителя, выход второго умножителя подключен к входу объекта регулирования. 2 ил.

 

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано в системах управления периодическими режимами априорно неопределенных нестационарных динамических объектов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является комбинированная адаптивная система управления для динамических объектов с периодическими коэффициентами (Патент РФ №2282847, Официальный бюл. «Изобретения и полезные модели». - 2006, №32, прототип), содержащая блок задания коэффициентов, последовательно соединенные блок суммирования, первый умножитель, интегратор, а также последовательно соединенные второй умножитель, объект регулирования, выходы которого соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, входы блока суммирования подключены к соответствующим выходам блока задания коэффициентов, выход блока суммирования подключен ко вторым входам первого и второго умножителей, при этом выход первого умножителя подключен к входу интегратора и к первому входу второго блока суммирования, второй вход второго блока суммирования соединен с выходом блока задержки, выход второго блока суммирования соединен с входом третьего блока суммирования и с входом блока задержки, второй вход третьего блока суммирования соединен с выходом интегратора, выход третьего блока суммирования соединен с входом второго умножителя.

Однако недостатком данной системы является потеря работоспособности и асимптотической устойчивости в случае разницы порядков числителя и знаменателя передаточной функции объекта регулирования большей единицы.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является расширение класса динамических объектов, в частности - обеспечение асимптотической устойчивости рассматриваемой системы для неустойчивых объектов с разницей порядков знаменателя и числителя передаточной функции, превышающей единицу.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в систему, содержащую блок задания коэффициентов, последовательно соединенные первый блок суммирования, первый умножитель, интегратор, а также последовательно соединенные второй умножитель, объект регулирования, выходы которого соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, входы первого блока суммирования подключены к соответствующим выходам блока задания коэффициентов, согласно изобретению дополнительно введен параллельный фильтр-компенсатор, причем вход параллельного фильтра компенсатора соединен с выходом первого блока суммирования, выход параллельного фильтра-компенсатора соединен с первым и вторым входами первого умножителя и со вторым входом второго умножителя, выход первого умножителя подключен к входу интегратора и к первому входу второго блока суммирования, второй вход второго блока суммирования соединен с выходом блока задержки на величину, равную периоду изменения параметров объекта регулирования, выход второго блока суммирования соединен с первым входом третьего блока суммирования и с входом блока задержки, второй вход третьего блока суммирования соединен с выходом интегратора, выход третьего блока суммирования соединен с первым входом второго умножителя, выход второго умножителя подключен к входу объекта регулирования.

Дополнительно введенный в систему параллельный фильтр-компенсатор позволяет построить систему, работоспособную при разнице порядков числителя и знаменателя передаточной функции объекта, превышающей единицу.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена блок-схема системы управления; на фиг.2 - блок-схема параллельного фильтра-компенсатора.

Система содержит объект регулирования 1, блок задания коэффициентов 2, первый блок суммирования 3, параллельный фильтр-компенсатор 4, первый умножитель 5, интегратор 6, второй блок суммирования 7, блок задержки 8, третий блок суммирования 9, второй умножитель 10, y₁, …, y_m - выходы объекта регулирования, u - скалярное управляющее воздействие.

Объект регулирования описывается уравнением:

где x(t) - n-мерный вектор состояний объекта регулирования;

A(t+T), b(t+Т) - нестационарные матрица состояния, и вектор управления соответственно, с периодически изменяющимися параметрами;

Т - период изменения параметров объекта;

y(t) - m-мерный вектор выходных координат объекта регулирования;

* - символ транспонирования;

L - матрица выхода;

u(t) - скалярное управляющее воздействие, удовлетворяющее соотношению:

где χ(t) - настраиваемый коэффициент контура адаптации;

α₀ - m-мерный вектор коэффициентов блока задания коэффициентов 2, удовлетворяющий условию: полином степени n-1 α₀ ^*α(λ) - устойчивый с положительным старшим коэффициентом, где α(λ) - числитель передаточной функции объекта регулирования.

Пользуясь критерием гиперустойчивости В.М.Попова, можно показать, что контур управления, реализуемый комбинированным способом в виде:

χ(t)=χ_пер(t)+χ_инт(t),

,

где χ_пер(t) - периодическая настройка алгоритма управления;

χ_инт(t) - интегральная настройка алгоритма управления;

γ₀, γ₁ - некоторые постоянные положительные величины;

обеспечивает асимптотическую устойчивость системы.

Система функционирует следующим образом.

Сигналы с выходов объекта регулирования 1 поступают на соответствующие входы блока задания коэффициентов 2, внутри которого происходит умножение i-го входного сигнала на постоянный заданный коэффициент. Сигналы с выхода блока задания коэффициентов 2 идут на входы первого блока суммирования 3, где складываются. Выходной сигнал первого блока суммирования 3 поступает на вход параллельного фильтра-компенсатора 4 с функциональной схемой, соответствующей фиг.2. В каждом из блоков суммирования 11_j (j=1, 2…k-1, где k - разность порядков числителя и знаменателя передаточной функции объекта регулирования 1) происходит сложение сигнала, поступающего с выхода первого блока суммирования 3 и соответствующих сигналов, полученных с выходов интеграторов 12_j. Сигнал с выхода каждого блока суммирования 11_j поступает на вход соответствующего интегратора 12_j и на соответствующий вход блока суммирования 13. В блоке суммирования 13, формирующем выход параллельного фильтра-компенсатора, происходит сложение выходных сигналов каждого интегратора 12_j и каждого блока суммирования 11_j. Сигнал с выхода блока суммирования 13 поступает на оба входа первого умножителя 5 и на второй вход второго умножителя 10. Выходной сигнал первого умножителя 5 идет на вход интегратора 6 и на первый вход второго блока суммирования 7, сигнал с выхода которого подается на вход блока задержки 8 и на первый вход третьего блока суммирования 9. На второй вход третьего блока суммирования 9 поступает сигнал с выхода интегратора 6. Сигнал с выхода третьего блока суммирования 9 идет на первый вход второго умножителя 10, выходной сигнал которого подается на вход объекта регулирования 1.

Технический результат заключается в обеспечении работоспособности и асимптотической устойчивости системы управления циклического действия в случае разницы порядков числителя и знаменателя передаточной функции объекта регулирования, превышающей единицу.

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

Комбинированная адаптивная система управления для динамических объектов с периодическими коэффициентами, содержащая блок задания коэффициентов, последовательно соединенные первый блок суммирования, первый умножитель, интегратор, а также последовательно соединенные второй умножитель, объект регулирования, выходы которого соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, входы первого блока суммирования подключены к соответствующим выходам блока задания коэффициентов, отличающаяся тем, что дополнительно введен параллельный фильтр-компенсатор, причем вход параллельного фильтра-компенсатора соединен с выходом первого блока суммирования, выход параллельного фильтра-компенсатора соединен с первым и вторым входами первого умножителя и со вторым входом второго умножителя, выход первого умножителя подключен к входу интегратора и к первому входу второго блока суммирования, второй вход второго блока суммирования соединен с выходом блока задержки на величину, равную периоду изменения параметров объекта регулирования, выход второго блока суммирования соединен с первым входом третьего блока суммирования и с входом блока задержки, второй вход третьего блока суммирования соединен с выходом интегратора, выход третьего блока суммирования соединен с первым входом второго умножителя, выход второго умножителя подключен к входу объекта регулирования.