Комбинированная адаптивная система управления для нестационарных динамических объектов с наблюдателем

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2474858:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано при автоматическом управлении нестационарными скалярными априорно неопределенными динамическими объектами циклического действия. Технический результат - обеспечение работоспособности и асимптотической устойчивости при управлении априорно неопределенными неустойчивыми динамическими объектами периодического действия. Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в систему, содержащую наблюдатель состояния, блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, второй блок суммирования, блок задержки, последовательно соединенные второй умножитель и объект регулирования, дополнительно введен интегратор и третий блок суммирования. 2 ил.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является адаптивная система управления для динамических объектов с периодическими коэффициентами и наблюдателем (Патент РФ №2429516, Официальный бюл. «Изобретения. Полезные модели». - 2011, №26, прототип), содержащая наблюдатель состояния, блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, второй блок суммирования, блок задержки, последовательно соединенные второй умножитель и объект регулирования, выход которого соединен со вторым входом наблюдателя состояния, входы блока задания коэффициентов соединены с соответствующими выходами наблюдателя состояния, входы первого блока суммирования подключены к соответствующим выходам блока задания коэффициентов, выход первого блока суммирования соединен с первым и вторым входами первого умножителя и вторым входом второго умножителя, первый вход второго блока суммирования подключен к выходу первого умножителя, второй вход - к выходу блока задержки, выход второго блока суммирования связан с первым входом второго умножителя и с входом блока задержки, выход второго умножителя подключен к входу объекта регулирования и к первому входу наблюдателя состояния.

Однако недостатком данной системы является потеря работоспособности в случае управления априорно неопределенными неустойчивыми динамическими объектами.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является расширение функциональных возможностей системы, т.е. обеспечение работоспособности и асимптотической устойчивости при управлении априорно неопределенными неустойчивыми динамическими объектами периодического действия.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в систему, содержащую наблюдатель состояния, блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, второй блок суммирования, блок задержки, последовательно соединенные второй умножитель и объект регулирования, согласно изобретению, дополнительно введен интегратор и третий блок суммирования, при этом выход объекта регулирования соединен со вторым входом наблюдателя состояния, 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 соединен со вторым входом третьего блока суммирования и входом блока задержки, первый вход третьего блока суммирования подключен к выходу интегратора, вход которого соединен с выходом первого умножителя, выход третьего блока суммирования подключен к первому входу второго умножителя, выход второго умножителя подключен к входу объекта регулирования и к первому входу наблюдателя состояния.

За счет введения интегратора и третьего блока суммирования обеспечивается асимптотическая устойчивость системы при управлении априорно неопределенными неустойчивыми объектами в периодических режимах.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема системы; фиг.2 иллюстрирует блок-схему наблюдателя состояния. Система содержит объект регулирования 1, наблюдатель состояния 2, блок задания коэффициентов 3, первый блок суммирования 4, первый умножитель 5, второй блок суммирования 6, блок задержки 7, интегратор 8, третий блок суммирования 9, второй умножитель 10, y, u - соответственно скалярный выход и управляющее воздействие объекта регулирования, - значения внутренних состояний объекта регулирования (производных скалярного выхода y).

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+Т), b(t+Т) - соответственно нестационарные матрица состояния (неустойчивая) и вектор управления, с Т-периодически меняющимися коэффициентами;

- матрица состояния наблюдателя;

А₀ - гурвицева матрица;

N - матрица наблюдения;

y(t) - скалярное значение выхода объекта регулирования;

* - символ транспонирования;

, L^*=(1,0,…,0) - стационарные векторы;

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

где χ_пер(t) - настраиваемый коэффициент контура управления;

χ_роб(t) - робастная часть регулятора (3)

- некоторый n-мерный вектор блока задания коэффициентов 3, такой что полином - Гурвицев;

s - комплексная переменная.

Используя критерий гиперустойчивости В.М.Попова, можно показать, что асимптотическая устойчивость в рассматриваемой системе управления обеспечивается за счет реализации алгоритмов контура (3) в виде:

где γ₀, γ₁=const>0.

Система функционирует следующим образом.

Сигнал y с выхода объекта регулирования 1 поступает на второй вход наблюдателя состояния 2 (структурная схема представлена на фиг.2), на первый вход которого поступает сигнал управления u. Сигнал со второго входа наблюдателя состояния 2 идет на второй вход блока сравнения 13, на первый вход которого подается выходной сигнал интегратора 12₁. Внутри блока сравнения 13 вычисляется разность подаваемых на него сигналов. Сигнал u с первого входа наблюдателя состояния 2 подается на первый вход блока суммирования 11_n(n - размерность вектора состояния объекта регулирования 1), на второй вход блока суммирования 11n поступает выходной сигнал блока сравнений 13 с соответствующим коэффициентом. На остальные n входов блока суммирования 11_n идут сигналы с выходов интеграторов 12_i (i=n, n-1, …, 1) с соответствующими коэффициентами. Выходные сигналы интеграторов 12_i, соответствующие оценкам недоступных переменных состояния , поступают, во-первых, на соответствующие выходы наблюдателя состояния 2 и, во-вторых, на первые входы блоков суммирования 11_j (j=n-1, …, 1). На вторые входы блоков суммирования 11_j идут сигналы с выхода блока сравнения 13 с соответствующими коэффициентами. Сигналы с выходов наблюдателя состояния 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 10. На первый вход второго блока суммирования 6 с соответствующим коэффициентом 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 второй вход третьего блока суммирования 9 и на вход блока задержки 7. На первый вход третьего блока суммирования 9 с соответствующим коэффициентом поступает сигнал с выхода интегратора 8, на вход которого подается сигнал с выхода первого умножителя 5. Выходной сигнал третьего блока суммирования 9 идет на первый вход второго умножителя 10. Сигнал с выхода второго умножителя 10, соответствующий сигналу скалярного управляющего воздействия u поступает на вход объекта регулирования 1, а также на первый вход наблюдателя состояния 2.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей системы, а именно - обеспечении ее работоспособности и асимптотической устойчивости при управлении периодическими режимами априорно неопределенных неустойчивых динамических объектов.

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

Комбинированная адаптивная система управления для нестационарных динамических объектов с наблюдателем, содержащая наблюдатель состояния, блок задания коэффициентов, первый и второй блоки суммирования, первый и второй умножители, блок задержки, объект регулирования, выход которого соединен со вторым входом наблюдателя состояния, 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, отличающаяся тем, что дополнительно введены интегратор и третий блок суммирования, при этом первый вход второго блока суммирования подключен к выходу первого умножителя, второй вход связан с выходом блока задержки, выход второго блока суммирования соединен со вторым входом третьего блока суммирования и входом блока задержки, первый вход третьего блока суммирования подключен к выходу интегратора, вход которого соединен с выходом первого умножителя, выход третьего блока суммирования подключен к первому входу второго умножителя, выход второго умножителя подключен к входу объекта регулирования и к первому входу наблюдателя состояния.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления астатическими объектами с запаздыванием. .

Автоматический регулятор напряжения синхронного генератора // 2465717

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.

Программно-управляемый позиционный электропривод с улучшенными характеристиками на базе инерционного преобразователя при упругом валопроводе // 2464696

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

Адаптивная система управления // 2461037

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.

Адаптивная система слежения для объектов с запаздыванием по состоянию, управлению и нейтрального типа // 2460111

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

Адаптивная система для регулирования и стабилизации физических величин // 2457529

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.

Электропривод манипулятора // 2454696

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

Электропривод манипулятора // 2454695

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

Электропривод манипулятора // 2453893

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Электропривод манипулятора // 2453892

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

Комбинированная робастная система управления для нестационарных динамических объектов // 2475798

Изобретение относится к системам управления динамическими объектами

Способ и устройство измерения для определения состояния электрического воспламенителя горелки газовой турбины, а также устройство зажигания для горелки газовой турбины // 2477509

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

Способ управления движением динамического объекта по пространственной траектории // 2480805

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

Способ анализа функционирования газовой турбины // 2480806

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

Адаптивная система для объекта с запаздыванием // 2482533

Изобретение относится к электронной технике и автоматике

Способ оценки состояний силовой электронной системы // 2484516

Изобретение относится к области способов оценки в технике регулирования

Система автоматического регулирования // 2495469

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.

Адаптивная система терминального управления // 2500009

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.

Модифицированный интеллектуальный контроллер с нечеткими правилами // 2504002

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.

Самонастраивающееся устройство для устранения статической ошибки в автоматических системах стабилизации динамических объектов // 2505847

Устройство относится к области средств автоматизации и может использоваться в системах управления технологическими процессами и объектами в химической промышленности, теплотехнике, энергетике. Технический результат - повышение точности управления в системах стабилизации с предлагаемым устройством в условиях действия как сигнальных, так и параметрических возмущающих воздействий на объект. Устройство содержит сумматор, интегратор и усилитель. Устройство автоматически устраняет статическую ошибку при его использовании в системах стабилизации динамических объектов путем масштабирования задающего воздействия. Пример конкретного выполнения регулятора реализован на пневматических элементах УСЭППА. 4 ил.