Адаптивная система управления астатическим объектом с запаздыванием



Адаптивная система управления астатическим объектом с запаздыванием
Адаптивная система управления астатическим объектом с запаздыванием
Адаптивная система управления астатическим объектом с запаздыванием

 


Владельцы патента RU 2468406:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)

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; WL(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 cИ(t), сП(t) - соответственно интегральная и пропорциональная составляющая настройки.

С помощью критерия гиперустойчивости Попова можно показать, что полученная система автоматического управления будет устойчивой, если параметры cИ(t), cП(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 U51 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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано как для автоматизации процесса ввода оборудования в эксплуатацию, так и в функциональном режиме в устройствах управления электрическими генераторами с целью получения требуемого значения выходных параметров, в частности, для управления возбуждением генератора с целью ослабления вредных влияний перегрузок или переходных процессов, например, при внезапном подключении, снятии или изменении нагрузки.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленных установках для обработки позиционными электроприводами заданных программ перемещения.

Изобретение относится к электрическим самонастраивающимся системам управления, а именно к области адаптивных систем управления с пробным гармоническим сигналом, и предназначено для управления химическими, энергетическими, электромеханическими и другими объектами с переменными или нестационарными параметрами.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах слежения для объектов, параметры которых - неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины.

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для использования в цифровых и аналоговых автоматических системах управления, регулирования и стабилизации различных величин: температуры, давления, производительности, скорости и т.д.

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано для создания электроприводов роботов. .

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано для создания электроприводов роботов. .

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании приводов манипулятора. .

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано при автоматическом управлении нестационарными скалярными априорно неопределенными динамическими объектами циклического действия

Изобретение относится к системам управления динамическими объектами

Изобретение относится к способу определения состояния электрического воспламенителя (14) горелки газовой турбины, а также к устройству (12) измерения и устройству (10) зажигания, посредством которых можно предотвратить неудачный старт газовой турбины из-за неработоспособных воспламенителей

Изобретение относится к области автоматического управления динамическими объектами и может быть использовано для создания высокоточных систем автоматического управления движением этих объектов по заданным пространственным траекториям

Изобретение относится к способу анализа функционирования газовой турбины, а также к способу контроля функционирования газовой турбины

Изобретение относится к электронной технике и автоматике

Изобретение относится к области способов оценки в технике регулирования

Изобретение относится к автоматическому регулированию. Технический результат заключается в повышении быстродействия и точности системы при сохранении модульного оптимума при любых значениях ошибки системы. Для этого предложена система автоматического регулирования, которая содержит объект регулирования, первое устройство сравнения, входы которого соединены с источником входного сигнала и выходом объекта регулирования, и устройство суммирования, первый вход которого через устройство выделения модуля и первый усилитель соединен с выходом первого устройства сравнения, второй вход соединен с устройством задания постоянного коэффициента передачи, а выход соединен с первым входом первого множительного устройства, второй вход которого соединен с выходом первого устройства сравнения, выход первого множительного устройства соединен с плюсовым входом второго устройства сравнения, выход которого соединен с входом объекта регулирования. При этом минусовой вход второго устройства сравнения через второй усилитель соединен с выходом второго множительного устройства, первый вход которого соединен через дифференциатор с выходом объекта регулирования, а второй вход соединен через устройство извлечения корня с выходом устройства суммирования. 1 ил.

Изобретение относится к области автоматического управления. Технический результат - повышение устойчивости работы системы управления. Он достигается тем, что в адаптивную систему терминального управления дополнительно введены последовательно соединенные второй блок преобразования от функции состояния системы, второй блок вычисления фундаментальной матрицы системы, второй матричный умножитель, векторный сумматор, выходом соединенный с исполнительными органами, а вторым входом - с выходом накапливающего сумматора, вход второго блока преобразования в частную производную от функции состояния системы соединен с выходом блока модели свободного движения объекта управления, входом первого блока преобразования в частную производную от функции состояния системы и входом блока преобразования в частную производную от целевой функции и последовательно соединенные блок матрицы весовых коэффициентов терминального члена оптимизируемого функционала и третий матричный умножитель, причем выход третьего матричного умножителя соединен со вторым входом второго матричного умножителя, блока вектора коэффициентов конечного состояния объекта управления, выходом соединенного со вторым входом третьего матричного умножителя, а также запоминающего элемента, ключа и блока запуска, выход которого соединен со вторым управляющим входом ключа и вторым скалярным входом дискретного фильтра Калмана, первый вход ключа соединен с выходом запоминающего элемента, а выход - со скалярным входом блока модели свободного движения объекта управления и скалярным входом накапливающего сумматора. 7 ил., 1 пр.

Изобретение относится к интеллектуальным контроллерам, использующим принцип обучения с подкреплением и нечеткую логику, и может быть использовано для создания систем управления объектами, работающими в недетерминированной среде. Техническим результатом является повышение адаптационных свойств системы управления. Устройство содержит объект управления, блок коэффициента эффективности, блок правил самообучения управляющей нейросети, блок истории работы системы, управляющую нейросеть, блок фаззификации, блок нечеткого вывода, блок дефаззификации. 5 ил., 1 табл.
Наверх