Адаптивная система управления астатическим объектом с запаздыванием

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления астатическими объектами с запаздыванием. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей системы, т.е. в обеспечении устойчивости и хорошего качества работы при действии на астатический объект с запаздыванием по управлению аддитивного, незатухающего, ограниченного по модулю возмущения. Для этого система содержит объект регулирования, задатчик, три интегратора, четыре сумматора, один блок задания коэффициентов, два умножителя, один нелинейный элемент. 3 ил.

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления астатическими объектами с запаздыванием, параметры которых - неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины, а измерению доступен только выходной сигнал объекта, но не его производные.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является адаптивная система управления астатическим объектом с запаздыванием [Патент RU 2288496, МПК C1 G05B 13/02, 2006.01], содержащая задатчик, первый сумматор, объект регулирования, интегратор, второй сумматор, адаптивный регулятор, причем выход задатчика связан суммирующим входом первого сумматора, выход объекта регулирования соединен со вторым вычитающим входом первого сумматора, выход второго сумматора соединен с входом интегратора, выход интегратора соединен с соответствующим вычитающим входом первого сумматора и вычитающим входом второго сумматора, первый вход адаптивного регулятора соединен с выходом задатчика, на второй вход адаптивного регулятора поступает сигнал с выхода первого сумматора, выход адаптивного регулятора соединен с входом объекта регулирования и суммирующим входом второго сумматора.

Недостатком этой системы является плохое качество работы или потеря устойчивости в случае действия на астатический объект с запаздыванием незатухающего во времени и ограниченного по модулю аддитивного возмущения.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей системы, т.е. в обеспечении устойчивости и хорошего качества работы при действии на астатический объект с запаздыванием по управлению аддитивного, незатухающего, ограниченного по модулю возмущения.

Сущность изобретения состоит в том, что в систему, содержащую задатчик, первый сумматор, первый интегратор, второй сумматор, объект регулирования, адаптивный регулятор, состоящий из первого умножителя, второго интегратора, третьего сумматора, второго умножителя, линейной части, образованной четвертым сумматором, первым блоком задания коэффициентов, третьим интегратором, при этом выход задатчика соединен с первым входом первого сумматора и с первым входом адаптивного регулятора, с которого сигнал одновременно подается на второй вход первого умножителя и на второй вход второго умножителя; на второй вход первого сумматора подается выход объекта регулирования, выход первого сумматора подается на второй вход адаптивного регулятора, с которого сигнал подается на первый вход первого умножителя; выход адаптивного регулятора подается одновременно на вход объекта регулирования и на первый вход второго сумматора, выход второго сумматора соединен с входом первого интегратора, сигнал с выхода первого интегратора поступает на второй вход второго сумматора и на третий вход первого сумматора; сигнал с выхода второго интегратора подается на первый вход третьего сумматора, сигнал с выхода третьего сумматора подается на первый вход второго умножителя, выход второго умножителя соединен с блоком линейной части адаптивного регулятора, где сигнал подается на первый вход четвертого сумматора, выход четвертого сумматора соединен с блоком задания коэффициентов, выход блока задания коэффициентов соединен с третьим интегратором и подается на выход адаптивного регулятора, выход третьего интегратора соединен со вторым входом четвертого сумматора, дополнительно вводится нелинейный элемент типа зона нечувствительности, при этом выход первого умножителя подается на нелинейный элемент, сигнал с выхода нелинейного элемента одновременно подается на вход второго интегратора и на второй вход третьего сумматора.

Вводя в систему нелинейный элемент типа зона нечувствительности получают в системе новую функцию, которая заключается в том, что обеспечивается устойчивость и хорошее качество работы при действии на объект аддитивного, незатухающего и ограниченного по модулю возмущения.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемой адаптивной системы автоматического управления; на фиг.2 - схема блока адаптивного регулятора; на фиг.3 - схема блока линейной части адаптивного регулятора.

Система содержит задатчик 1, первый сумматор 2, адаптивный регулятор 3, объект регулирования 4, первый интегратор 5, второй сумматор 6, линейную часть адаптивного регулятора 7, второй умножитель 8, третий сумматор 9, второй интегратор 10, нелинейный элемент 11, первый умножитель 12, четвертый сумматор 13, первый блок задания коэффициентов 14, третий интегратор 15.

Объект регулирования описывается передаточной функцией вида

где p=d/dt - оператор дифференцирования; τ=const>0 - неизвестное постоянное запаздывание; R(p) и Q(p) - полиномы, описывающие соответственно числитель и знаменатель передаточной функции, Q(p) - Гурвицев полином.

Адаптивный регулятор состоит из линейной и нелинейной части

где g(t) - выход нелинейной части; W_L(p) - передаточная функция линейной части адаптивного регулятора, которая в нашем случае имеет вид

где К>0, Т>0 - соответственно коэффициент усиления и постоянная времени звена.

Выход нелинейной части g(f) формируется следующим образом

где r - сигнал с выхода задатчика, c(t) - параметр, алгоритм настройки которого определяется следующим образом

где c_И(t), с_П(t) - соответственно интегральная и пропорциональная составляющая настройки.

С помощью критерия гиперустойчивости Попова можно показать, что полученная система автоматического управления будет устойчивой, если параметры c_И(t), c_П(t) определить следующим образом

где h₁h₂>0 - постоянные числа, определяющие настройки процесса адаптации; θ(t) - выход нелинейного элемента типа зона нечувствительности, равный

где e(t) - выход сумматора 2; Δ - величина зоны нечувствительности нелинейного элемента.

Система функционирует следующим образом.

Выходной сигнал U₁=r задатчика 1 входного сигнала поступает на суммирующий вход первого сумматора 2 и на первый вход адаптивного регулятора 3. На выходе первого сумматора 2 формируется сигнал U₂=e, который поступает на второй вход адаптивного регулятора 3. Управляющее воздействие U₃=u с выхода адаптивного регулятора 3 подается одновременно на вход объекта 4 регулирования, на который может действовать аддитивное, ограниченное по модулю, но незатухающее возмущение f(t), удовлетворяющее условиям

а также на суммирующий вход второго сумматора 6, на вычитающий вход которого поступает сигнал U₅=Х₁ с выхода интегратора 5. Во втором сумматоре 6 формируется сигнал , µ=const>0, поступающий на вход интегратора 5. На второй вычитающий вход первого сумматора 2 подается сигнал U₄=y с выхода объекта регулирования 4, на третий вычитающий - с выхода первого интегратора 5. Таким образом, первый сумматор 2 осуществляет алгебраическое суммирование четырех сигналов U₂=U₁-U₄-U₅=e с соответствующими коэффициентами U₂=r-y-β-X₁, β=const>0.

Функциональная схема адаптивного регулятора 3 приведена на фиг.2.

Выход первого сумматора 2 соединен с первым входом первого умножителя 12, второй вход первого умножителя 12 соединен с выходом задатчика 1, сигнал U₁₂=е·r с выхода первого умножителя 12 поступает на вход нелинейного элемента 11 типа зона нечувствительности, сигнал U₁₁=θ(t) с выхода нелинейного элемента поступает одновременно на вход второго интегратора 10 и на второй вход третьего сумматора 9, первый вход третьего сумматора 9 соединен с выходом второго интегратора 10. Таким образом, третий сумматор 9 осуществляет алгебраическое сложение двух сигналов с соответствующими коэффициентами U₉=U₁₀+U₁₁=c(t)=h₁·∫θ(t)dt+h₂·θ(t). Выход третьего сумматора 9 соединен с первым входом второго умножителя 8, второй вход второго умножителя 8 соединен с выходом задатчика 1. На выходе второго умножителя 8 формируется сигнал U₈=g, который поступает на вход блока линейной части адаптивного регулятора 7.

Функциональная схема блока линейной части 7 адаптивного регулятора приведена на фиг.3.

Сигнал с выхода второго умножителя 8 поступает на первый суммирующий вход четвертого сумматора 13, на второй вычитающий вход четвертого сумматора 13 с соответствующим коэффициентом 1/К поступает сигнал с выхода третьего интегратора 15, на вход третьего интегратора 15 поступает сигнал с выхода первого блока задания коэффициентов 14, в первом блоке задания коэффициентов 14 происходит умножение сигнала, поступающего с выхода четвертого сумматора 13 на коэффициент K/T. Выход первого блока задания коэффициентов 14 является выходом блока линейной части регулятора 7 и выходом адаптивного регулятора 3, т.е. формирует сигнал U₃.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей системы, т.е. в обеспечении устойчивости и хорошего качества работы при действии на астатический объект с запаздыванием по управлению аддитивного, незатухающего, ограниченного по модулю возмущения.

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

Адаптивная система управления астатическим объектом с запаздыванием, содержащая задатчик, первый сумматор, первый интегратор, второй сумматор, объект регулирования, адаптивный регулятор, состоящий из первого умножителя, второго интегратора, третьего сумматора, второго умножителя, линейной части, образованной четвертым сумматором, первым блоком задания коэффициентов, третьим интегратором, при этом выход задатчика соединен с первым входом первого сумматора и с первым входом адаптивного регулятора, с которого сигнал одновременно подается на второй вход первого умножителя и на второй вход второго умножителя; на второй вход первого сумматора подается выход объекта регулирования, выход первого сумматора подается на второй вход адаптивного регулятора, с которого сигнал подается на первый вход первого умножителя; выход адаптивного регулятора подается одновременно на вход объекта регулирования и на первый вход второго сумматора, выход второго сумматора соединен с входом первого интегратора, сигнал с выхода первого интегратора поступает на второй вход второго сумматора и на третий вход первого сумматора; сигнал с выхода второго интегратора подается на первый вход третьего сумматора, сигнал с выхода третьего сумматора подается на первый вход второго умножителя, выход второго умножителя соединен с блоком линейной части адаптивного регулятора, где сигнал подается на первый вход четвертого сумматора, выход четвертого сумматора соединен с блоком задания коэффициентов, выход блока задания коэффициентов соединен с третьим интегратором и подается на выход адаптивного регулятора, выход третьего интегратора соединен со вторым входом четвертого сумматора, отличающаяся тем, что дополнительно вводится нелинейный элемент типа зона нечувствительности, при этом выход первого умножителя подается на нелинейный элемент, сигнал с выхода нелинейного элемента одновременно подается на вход второго интегратора и на второй вход третьего сумматора.