Адаптивная система управления астатическим объектом с запаздыванием

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2513847:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)

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, а не его производные. Технический результат заключается в обеспечении устойчивости и хорошего качества работы системы управления при действии на астатический объект с запаздыванием по управлению аддитивного, незатухающего, ограниченного по модулю возмущения. Для этого система содержит объект регулирования, задатчик, три интегратора, пять сумматоров, один блок задания коэффициентов, два умножителя. 3 ил.

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

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 адаптивного регулятора, состоящей из четвертого сумматора, блока задания коэффициентов, третьего интегратора, при этом выход задатчика соединен с первым суммирующим входом первого сумматора и с первым входом адаптивного регулятора, который связан со вторым входом первого умножителя и со вторым входом второго умножителя; второй вычитающий вход первого сумматора связан с выходом объекта регулирования, выход первого сумматора связан со вторым входом адаптивного регулятора, который связан с первым входом первого умножителя; выход адаптивного регулятора связан с входом объекта регулирования и с первым суммирующим входом второго сумматора, выход второго сумматора соединен с входом первого интегратора, выход первого интегратора связан со вторым вычитающим входом второго сумматора и третьим вычитающим входом первого сумматора; выход второго интегратора связан с первым суммирующим входом третьего сумматора, выход третьего сумматора соединен с первым входом второго умножителя, выход второго умножителя соединен с входом блока линейной части адаптивного регулятора; вход линейной части адаптивного регулятора соединен с первым суммирующим входом четвертого сумматора, выход четвертого сумматора соединен с блоком задания коэффициентов, выход блока задания коэффициентов соединен с третьим интегратором и является выходом адаптивного регулятора, выход третьего интегратора соединен со вторым вычитающим входом четвертого сумматора, дополнительно вводится пятый сумматор, при этом выход первого умножителя связан с первым суммирующим входом пятого сумматора, второй вычитающий вход пятого сумматора связан с выходом третьего сумматора, выход пятого сумматора связан одновременно с входом второго интегратора и вторым суммирующим входом третьего сумматора.

Вводя в систему пятый сумматор, получают в ней 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. Адаптивный регулятор 3 состоит из линейной части 7, второго умножителя 8, третьего сумматора 9, второго интегратора 10, пятого сумматора 11, первого умножителя 12. Линейная часть адаптивного регулятора 7 состоит из четвертого сумматора 13, блока задания коэффициентов 14, третьего интегратора 15.

Объект регулирования описывается передаточной функцией вида

$W_{o} (p) = \frac{R (p) \cdot e^{- p \cdot τ}}{Q (p) \cdot p}, (1)$

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

Адаптивный регулятор состоит из линейной и нелинейной части

$u (t) = g (t) \cdot W_{L} (p), (2)$

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

$W_{L} (p) = \frac{K \cdot p}{T p + 1}, (3)$

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

Выход нелинейной части g(t) формируется следующим образом

$g (t) = c (t) \cdot r, (4)$

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

$c (t) = (c_{И} (t) + c_{П} (t)), (5)$

где c_И(t), c_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 как

${\begin{matrix} \frac{d c_{И} (t)}{d t} = h_{1} \cdot θ (t), \\ c_{П} (t) = h_{2} \cdot θ (t), \end{matrix} (6)$

где h₁ и h₂>0 - постоянные числа, определяющие настройки процесса адаптации; θ(t) - выход элемента, выполняющего операции

$θ (t) = e (t) \cdot r - Δ \cdot c (t), (7)$

где e(t) - выход второго сумматора 2; Δ=const>0.

Система функционирует следующим образом.

Выходной сигнал U₁=r задатчика 1 входного сигнала поступает на первый 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 которое может действовать аддитивное, ограниченное по модулю, но незатухающее возмущение f(t), удовлетворяющее условиям

${‖ f (t) ‖}^{2} \leq E_{0}, E_{0} = c o n s t > 0, (8)$

а также на первый суммирующий вход второго сумматора 6, на второй вычитающий вход которого поступает сигнал U₅=X₁ с выхода интегратора 5. Во втором сумматоре 6 формируется сигнал $U_{6} = {\dot{X}}_{1} = u - μ \cdot X_{1}$ , 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=е с соответствующими коэффициентами U₂=r-y-β·Х₁, 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 первый суммирующий вход пятого сумматора 11, сигнал U₁₁=θ(t) с выхода пятого сумматора поступает одновременно на вход второго интегратора 10 и на второй суммирующий вход третьего сумматора 9, первый суммирующий вход третьего сумматора 9 соединен с выходом второго интегратора 10. Таким образом, третий сумматор 9 осуществляет алгебраическое сложение двух сигналов с соответствующими коэффициентами $U_{9} = U_{10} + U_{11} = c (t) = h_{1} \cdot \int θ (t) d t + h_{2} \cdot θ (t)$ . Выход третьего сумматора 9 соединен с первым входом второго умножителя 8 и вторым вычитающим пятого сумматора 11, 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 блока задания коэффициентов 14, в блоке задания коэффициентов 14 происходит умножение сигнала, поступающего с выхода четвертого сумматора 13 на коэффициент К/Т. Выход блока задания коэффициентов 14 является выходом блока линейной части регулятора 7 и выходом адаптивного регулятора 3, т.е. формирует сигнал U₃=u.

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, блоком задания коэффициентов, третьим интегратором, при этом выход задатчика соединен с первым суммирующим входом первого сумматора и с первым входом адаптивного регулятора, первый вход адаптивного регулятора связан со вторым входом первого умножителя и со вторым входом второго умножителя; второй вычитающий вход первого сумматора связан с выходом объекта регулирования, выход первого сумматора связан со вторым входом адаптивного регулятора, второй вход адаптивного регулятора связан с первым входом первого умножителя; выход адаптивного регулятора соединен с входом объекта регулирования и первым суммирующим входом второго сумматора, выход второго сумматора соединен с входом первого интегратора, выход первого интегратора соединен со вторым вычитающим входом второго сумматора и с третьим вычитающим входом первого сумматора; выход второго интегратора соединен с первым суммирующим входом третьего сумматора, выход третьего сумматора соединен с первым входом второго умножителя, выход второго умножителя соединен с входом блока линейной части адаптивного регулятора, вход блока линейной части адаптивного регулятора связан с первым суммирующим входом четвертого сумматора, выход четвертого сумматора соединен с блоком задания коэффициентов, выход блока задания коэффициентов соединен с третьим интегратором и является выходом адаптивного регулятора, выход третьего интегратора соединен со вторым вычитающим входом четвертого сумматора, отличающаяся тем, что дополнительно вводится пятый сумматор, при этом выход первого умножителя связан с первым суммирующим входом пятого сумматора, второй вычитающий вход пятого сумматора соединен с выходом третьего сумматора, выход пятого сумматора одновременно связан с входом второго интегратора и со вторым суммирующим входом третьего сумматора.

Устройство относится к области средств автоматизации и может использоваться в системах управления технологическими процессами и объектами в химической промышленности, теплотехнике, энергетике.

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.

Адаптивная система терминального управления // 2500009

Изобретение относится к области автоматического управления. Технический результат - повышение устойчивости работы системы управления.

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.

Способ оценки состояний силовой электронной системы // 2484516

Изобретение относится к области способов оценки в технике регулирования. .

Адаптивная система для объекта с запаздыванием // 2482533

Изобретение относится к электронной технике и автоматике. .

Способ анализа функционирования газовой турбины // 2480806

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

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 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.

Комбинированная робастная система управления для нестационарных динамических объектов // 2475798

Изобретение относится к системам управления динамическими объектами. .

Способ и устройство автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения // 2522032

Изобретение относится к способу и устройству автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения. Технический результат - упрощение реализации, расширение области применения. Устройство 1 автоматической регулировки сконфигурировано с возможностью приема входного сигнала отклика объекта 4 управления в системе 2 управления с обратной связью, перед которой расположен блок 5 управления FF. Ступенчатый отклик на ступенчатую целевую величину Х получают в состоянии, в котором блок 5 управления FF выключен, и степень избыточного отклика на ступенчатое воздействие α вычисляют из максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие, соответствующего максимальной величине ступенчатого отклика, и значения предоставленной ступенчатой целевой величины. Время возрастания ступенчатого отклика вычисляют из времени от момента, когда предоставлена ступенчатая целевая величина, до момента, когда достигнут максимум избыточного отклика на ступенчатое воздействие. Подают команду в блок 5 управления FF, чтобы вывести многошаговый ступенчатый сигнал S, составленный из ступенчатого сигнала первого шага, который равен (1-(α/(1+α))1/n), умноженному на входную ступенчатую величину Х, и следующего ступенчатого сигнала, приращение которого уменьшается в α/(1+α)1/n раз после каждого истечения времени возрастания ступенчатого отклика. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к способу и устройству автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика. Технический результат - упрощение реализации, расширение области применения. Устройство 1 автоматической регулировки сконфигурировано с возможностью приема входного сигнала отклика объекта 4 управления в системе 2 управления с обратной связью, перед которой расположен блок 5 управления FF. Ступенчатый отклик на ступенчатую целевую величину Х получают в состоянии, в котором блок 5 управления FF выключен, и степень избыточного отклика на ступенчатое воздействие α вычисляют из максимума избыточного отклика на ступенчатое воздействие, соответствующего максимальной величине ступенчатого отклика, и значения предоставленной ступенчатой целевой величины. Время возрастания ступенчатого отклика T1 вычисляют из времени от момента, когда предоставляется ступенчатая целевая величина, до момента, когда достигается максимум избыточного отклика на ступенчатое воздействие. Подают команду в блок 5 управления FF, чтобы вывести сигнал, полученный с помощью применения задержки первого порядка коэффициента (величине, обратной постоянной времени) log(α/(1+α))/T1 к входной ступенчатой целевой величине Х. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство для формирования программных сигналов управления пространственным движением динамических объектов // 2522855

Устройство относится к вычислительной технике, а именно к области автоматического управления динамическими объектами. Техническим результатом является обеспечение максимально возможной скорости движения динамических объектов по заданной пространственной траектории без превышения предельно допустимой величины его отклонения от указанной траектории. Устройство для формирования программных сигналов управления пространственным движением динамических объектов содержит сумматоры, интеграторы, блоки умножения и деления, блоки извлечения корня, квадраторы, функциональные преобразователи, задатчики сигнала, следящие системы, навигационную систему. 1 ил.

Самонастраивающийся электропривод // 2522857

Изобретение относится к электроприводам и может быть использовано при создании их систем управления. Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании дополнительного контура самонастройки, в котором формируется максимально возможное значение частоты задающего сигнала и максимально возможная скорость работы электропривода без превышения допустимого значения динамической ошибки управления при текущем значении амплитуды гармонического входного сигнала. Для этого предложен самонастраивающийся электропривод, который содержит последовательно соединенные сумматоры, корректирующее устройство, усилитель, электродвигатель с редуктором, на выходном валу которого установлен датчик положения, квадратор, блоки деления и блоки умножения, источник постоянного сигнала, интегратор, синусный функциональный преобразователь, задатчик амплитуды, блок извлечения квадратного корня, релейный элемент. 2 ил.

Самонастраивающийся электропривод // 2522858

Изобретение относится к электроприводам и может быть использовано при создании их систем управления. Технический результат заключается в обеспечении максимально возможной скорости работы электропривода при одновременном изменении и амплитуды задающего гармонического сигнала, и его суммарного момента инерции без снижения заданной динамической точности. Технический результат достигается за счет самонастраивающегося электропривода, который содержит последовательно соединенные сумматоры, корректирующее устройство, усилитель, электродвигатель с редуктором, на выходном валу которого установлен датчик положения, квадраторы, блоки деления и блоки умножения, интеграторы, синусный функциональный преобразователь, задатчик амплитуды, блоки извлечения квадратного корня, источники постоянного сигнала, датчик тока электродвигателя, выпрямители, датчик скорости, элемент выборки-хранения, релейный элемент. 2 ил.

Устройство для формирования программных сигналов управления пространственным движением динамических объектов // 2523186

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в формировании контура автоматического выбора максимально возможной скорости движения динамического объекта вдоль заданной пространственной траектории и соответствующих программных сигналов этого движения (с использованием полученного значения максимально возможной скорости), при которых отклонение динамического объекта от указанной траектории не превышает допустимой величины. Устройство для формирования программных сигналов управления пространственным движением динамических объектов содержит сумматоры, блоки умножения и деления, блоки извлечения корня, квадраторы, функциональные преобразователи, задатчики сигнала, следящие системы, навигационную систему. 1 ил.

Устройство для формирования программных сигналов управления пространственным движением динамических объектов // 2523187

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в формировании двух специальных контуров - контура автоматического выбора максимально возможной скорости движения динамического объекта вдоль заданной пространственной траектории и контура коррекции программных сигналов движения, обеспечивающего заданную точность движения динамического объекта вдоль указанной траектории. Устройство для формирования программных сигналов управления пространственным движением динамических объектов содержит сумматоры, блоки умножения и деления, блоки извлечения корня, квадраторы, функциональные преобразователи, задатчики сигнала, следящие системы, навигационную систему. 1 ил.

Комбинированная робастная система управления для априорно неопределенных динамических объектов периодического действия с наблюдателем // 2528155

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано в системах управления априорно неопределенными нестационарными динамическими объектами периодического действия с недоступными непосредственному измерению переменными состояния. Технический результат - обеспечение устойчивости при управлении априорно неопределенными неустойчивыми скалярными объектами с непериодическими внешними возмущениями. Система содержит наблюдатель состояния, блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, второй блок суммирования, блок задержки, последовательно соединенные второй умножитель и объект регулирования, третий блок суммирования. 2 ил.

Адаптивная система управления для априорно-неопределенных объектов периодического действия с запаздыванием // 2530277

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано в системах управления априорно-неопределенными нестационарными динамическими объектами с запаздыванием по состоянию в периодических режимах. Технический результат - обеспечение устойчивости системы при управлении неустойчивыми динамическими объектами, содержащими периодические коэффициенты и известное временное запаздывание по состоянию. Система содержит два блока задания коэффициентов, блок запаздывания, шесть блоков суммирования, четыре умножителя, два блока задержки, объект регулирования и интегратор. 1 ил.

Комбинированая робастная система управления для априорно неопределенных объектов периодического действия с запаздыванием // 2530278

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано в системах управления априорно неопределенными нестационарными динамическими объектами периодического действия с запаздыванием. Технический результат - обеспечение устойчивости при управлении неустойчивыми объектами с непериодическими внешними возмущениями и запаздыванием по состоянию. Система содержит два блока здания коэффициентов, блок запаздывания, шесть блоков суммирования, четыре умножителя, два блока задержки и объект регулирования. 1 ил.