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



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

 


Владельцы патента RU 2528155:

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

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.

 

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.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является адаптивная система управления для динамических объектов с периодическими коэффициентами и наблюдателем (Патент РФ №2429516, Официальный бюл. «Изобретения и полезные модели». - 2011, №26, прототип), содержащая наблюдатель состояния (НС), 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 скалярными динамическими объектами при наличии в них параметров, являющихся непериодическими функциями времени.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является расширение функциональных возможностей системы, в частности, обеспечение устойчивости при управлении априорно неопределенными неустойчивыми скалярными объектами с непериодическими внешними возмущениями.

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 вводится третий блок суммирования, при этом, выход объекта регулирования соединен с вторым входом стационарного НС, выходы которого связаны с соответствующими входами блока задания коэффициентов, выходы блока задания коэффициентов подключены к входам первого блока суммирования, выход которого соединен с первым и вторым входами первого умножителя и вторым входом второго умножителя, выход первого умножителя подключен к первому входу второго блока суммирования и к первому входу третьего блока суммирования, выход второго блока суммирования связан с вторым входом третьего блока суммирования и с входом блока задержки, выход которого соединен с вторым входом второго блока суммирования, выход третьего блока суммирования подключен к первому входу второго умножителя, выход которого связан с входом объекта регулирования и первым входом стационарного НС.

Введение дополнительного блока суммирования позволяет построить работоспособную систему управления неустойчивыми скалярными динамическими объектами периодического действия с непериодическими внешними возмущениями.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена блок схема системы управления; на фиг.2 - блок схема стационарного наблюдателя состояния. Система содержит: объект регулирования 1, стационарный НС 2, блок задания коэффициентов 3, первый блок суммирования 4, первый умножитель 5, второй блок суммирования 6, третий блок суммирования 7, блок задержки 8, второй умножитель 9, y, u - соответственно скалярный выход и управляющее воздействие объекта регулирования, x ¯ 1 , , x ¯ n - значения внутренних состояний объекта регулирования (производных скалярного выхода y), f - внешние возмущения объекта регулирования.

Объект регулирования описывается уравнением

d x ( t ) d t = A ( t + T ) x ( t ) + b ( t + T ) u ( t ) + f ( t ) , y ( t ) = L * x ( t ) = x 1 ( t ) .             ( 1 )

Уравнения динамики стационарного НС имеют вид

d x ¯ ( t ) d t = A ^ x ¯ ( t ) + b ^ u ( t ) + N y ( t ) , y ^ ( t ) = L * x ¯ ( t ) = x ¯ 1 ( t ) .                   (2)

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

x ¯ ( t ) - n-мерный вектор состояния наблюдателя, соответствующий оценкам недоступных переменных состояния x(t);

A ( t + T ) , b ( t + T ) - соответственно не стационарные матрица состояния (неустойчивая) и вектор управления, с T-периодически меняющимися коэффициентами;

A ^ = ( A 0 N L * ) - матрица состояния наблюдателя;

A 0 - гурвицева матрица;

N - матрица наблюдения;

f ( t ) - вектор внешних постоянно действующих возмущений, удовлетворяющий условию

f * ( t ) = [ 0, ,0, f n ( t ) ] ; f n ( t ) = | f п е р n ( t ) + f н е п е р n ( t ) | f n 2 = c o n s t > 0 ;        ( 3 )

y ( t ) - скалярное значение выхода объекта регулирования;

* - символ транспонирования;

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

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

u ( t ) = [ u п е р ( t ) + u р о б ( t ) ] ( g ¯ * x ¯ ( t ) ) ,            (4)

где u п е р ( t ) - периодическая настройка;

и u р о б ( t ) - робастная составляющая регулятора;

g ¯ * = ( g ¯ 1 , g ¯ 2 , , g ¯ n ) - некоторый n-мерный вектор блока задания коэффициентов 3, такой что полином g ¯ ( s ) = g ¯ n s n 1 + + g ¯ 2 s + g ¯ 1 - 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 (4) в виде:

u п е р ( t ) = u п е р ( t T ) γ 0 ( g ¯ * x ¯ ( t ) ) 2 ,           ( 5 )

u р о б ( t ) = γ 1 ( g ¯ * x ¯ ( t ) ) 2 ,      ( 6 )

где γ 0 , γ 1 = 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 12, на первый вход которого подается выходной сигнал интегратора 111. Внутри блока сравнения 12 вычисляется разность подаваемых на него сигналов. Сигнал и с первого входа наблюдателя состояния 2 подается на первый вход блока суммирования 10n (n - размерность вектора состояния объекта регулирования 1), на второй вход блока суммирования 10n поступает выходной сигнал блока сравнений 12 с соответствующим коэффициентом. На остальные n входов блока суммирования 10n идут сигналы с выходов интеграторов 11 i ( i = n , n 1, ,1 ) с соответствующими коэффициентами. Выходные сигналы интеграторов 11i, соответствующие оценкам недоступных переменных состояния ( x ¯ 1 , , x ¯ n ) , поступают, во-первых, на соответствующие выходы наблюдателя состояния 2 и, во-вторых, на первые входы блоков суммирования 10 j ( j = n 1, ,1 ) . На вторые входы блоков суммирования 10 идут сигналы с выхода блока сравнения 12 с соответствующими коэффициентами. Выходные сигналы стационарного НС 2 поступают на соответствующие входы блока задания коэффициентов 3, внутри которого умножаются на постоянные коэффициенты gi. Сигналы с выхода блока задания коэффициентов 3 идут на входы первого блока суммирования 4, где складываются. Выходной сигнал первого блока суммирования 4 подается на первый и второй входы первого умножителя 5, а также на второй вход второго умножителя 9. Сигнал с выхода первого умножителя 5 поступает с соответствующими коэффициентами на первый вход второго блока суммирования 6 и на первый вход третьего блока суммирования 7. Выходной сигнал второго блока суммирования 6 одновременно идет на второй вход третьего блока суммирования 7 и на вход блока задержки 8, сигнал с выхода которого подается на второй вход второго блока суммирования 6. Выходной сигнал третьего блока суммирования 7 идет на первый вход второго умножителя 9, сигнал с выхода которого одновременно подается на вход объекта регулирования 1 и на первый вход стационарного НС 2.

Технический результат заключается в обеспечении устойчивости системы при управлении неустойчивыми априорно неопределенными скалярными динамическими объектами с непериодическими внешними возмущениями.

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

Комбинированная робастная система управления для априорно неопределенных динамических объектов периодического действия с наблюдателем, содержащая наблюдатель состояния (НС), блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, второй блок суммирования, блок задержки, последовательно соединенные второй умножитель и объект регулирования, отличающаяся тем, что в систему дополнительно вводится третий блок суммирования, при этом выход объекта регулирования соединен с вторым входом стационарного НС, выходы которого связаны с соответствующими входами блока задания коэффициентов, выходы блока задания коэффициентов подключены к входам первого блока суммирования, выход которого соединен с первым и вторым входами первого умножителя и вторым входом второго умножителя, выход первого умножителя подключен к первому входу второго блока суммирования и к первому входу третьего блока суммирования, выход второго блока суммирования связан с вторым входом третьего блока суммирования и с входом блока задержки, выход которого соединен с вторым входом второго блока суммирования, выход третьего блока суммирования подключен к первому входу второго умножителя, выход которого связан с входом объекта регулирования и первым входом стационарного НС.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.

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.

Изобретение относится к способу и устройству автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика. Технический результат - упрощение реализации, расширение области применения.

Изобретение относится к способу и устройству автоматической регулировки составляющей прямой связи для подавления избыточного отклика на ступенчатое воздействие во время ступенчатого слежения.

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.

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

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.

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.

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.

Изобретение относится к области средств автоматизации и может использоваться в системах управления технологическими процессами в химической промышленности, теплотехнике, энергетике. Технический результат - обеспечение автоматической стабилизации амплитуды автоколебаний регулируемой координаты на заданном уровне в условиях неопределенности параметров объекта и среды. Устройство относится к классу релейных регуляторов с переменным гистерезисом. Оно содержит индикатор экстремумов, нуль-орган, релейный блок, сумматоры, блок вычисления среднего значения сигнала, два интегратора, блок вычисления модуля и задатчик. 3 ил.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, управления коммутацией и сигнализации состояния трехфазной электрической сети, а именно к многофункциональным многотарифным приборам учета электрической энергии. Техническим результатом является повышение надежности коммуникационного аппарата. В интеллектуальном устройстве управления коммутационными аппаратами электрической сети к микроконтроллеру дополнительно подключен блок реле, запитанный от блока питания и резервного источника питания и подающий команды клеммам управления коммутационным аппаратом, позволяющим производить, используя дополнительное оборудование (электропривод, электромагнитную катушку), управление контактами коммутационного аппарата, и к независимым клеммам управления резерва, позволяющим произвести включение резерва или запуск генератора, а к аналого-цифровому преобразователю подключен дополнительный блок датчиков напряжения, снимающий параметры после контактов коммутационного аппарата, в энергонезависимой памяти содержится второй дополнительный регистр памяти, содержащий параметры работы блока реле в случае нештатной ситуации. 1 ил.

Изобретение относится к области систем автоматического управления. Технический результат заключается в повышении быстродействия системы управления. Это достигается тем, что предложена система управления наведением инерционного объекта, содержащая последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласования, сумматор, последовательно соединенные усилитель мощности, исполнительный элемент, выход которого механически связан с объектом управления, датчик скорости, вход которого механически связан с исполнительным элементом, датчик положения, вход которого механически связан с объектом управления, а выход - со вторым входом измерителя рассогласования, нуль-орган, вход которого соединен с выходом измерителя рассогласования, пороговое устройство, элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом нуль-органа и выходом порогового устройства, первый блок коммутации, первый вход которого соединен с выходом измерителя рассогласования, третий управляющий вход соединен с выходом элемента ИЛИ, интегратор, вход которого соединен с выходом первого блока коммутации, а выход соединен со вторым входом первого блока коммутации и третьим входом сумматора, при этом в нее введены второй блок коммутации, первый вход которого соединен с выходом сумматора, второй управляющий вход соединен с выходом нуль-органа, а выход соединен с входом усилителя мощности, нелинейное корректирующее звено с переменной крутизной, вход которого соединен с выходом датчика скорости, а выход соединен со вторым входом сумматора и входом порогового устройства. 4 ил.

Изобретение относится к системам управления. Технический результат заключается в обеспечении асимптотической устойчивости системы. Для этого предложена адаптивная система управления с самонастройкой динамического корректора для априорно неопределенных объектов с запаздыванием по состоянию, включающая первый умножитель, интегратор, второй умножитель, функциональный блок, последовательный динамический корректор и объект регулирования, выход которого соединен с первым и вторым входами первого умножителя, с вторым входом второго умножителя, выход первого умножителя подключен к входу первого интегратора, выход которого соединен с первым входом второго умножителя и входом функционального блока, выход функционального блока подключен ко второму входу последовательного динамического корректора, выход которого соединен с входом объекта регулирования, при этом в систему дополнительно введены блок задержки, третий и четвертый умножители, второй интегратор и блок суммирования, при этом вход блока задержки подключен к выходу объекта регулирования, а выход блока задержки подключен к обоим входам третьего умножителя и второму входу четвертого умножителя, выход третьего умножителя соединен с входом второго интегратора, выход которого подключен к первому входу четвертого умножителя, выход четвертого умножителя соединен с вторым входом блока суммирования, первый вход которого подключен к выходу второго умножителя, выход блока суммирования соединен с первым входом последовательного динамического корректора. 3 ил.

Изобретение относится к электронной технике и автоматике и может использоваться в цифровых и аналоговых автоматических системах управления, регулирования и стабилизации различных физических величин (температуры, давления, производительности, скорости и т.д.) с обратной связью, применяемых в различных отраслях промышленности и в научных исследованиях для управления объектами управления, склонными к колебаниям. Система с обратной связью содержит последовательно включенные объект управления, вычитающее устройство по отрицательному входу, регулятор и компенсирующее звено. Причем положительный вход вычитающего устройства является входом системы, выход объекта управления является выходом системы, при этом в нее введены дополнительный регулятор, коммутирующее устройство и анализатор входного сигнала. Первый вход коммутирующего устройства соединен с выходом компенсирующего звена, второй его вход соединен через дополнительный регулятор с выходом вычитающего устройства, третий его вход является управляющим и соединен через анализатор входного сигнала с входом системы, а выход коммутирующего устройства соединен со входом объекта управления. Коммутирующее устройство содержит формирователь единичного сигнала, вычитающее устройство, два умножителя сигналов и сумматор, причем, выход вычитающего устройства соединен с входом первого умножителя сигналов, положительный вход вычитающего устройства соединен с выходом формирователя единичного сигнала, отрицательный вход вычитающего устройства соединен выходом второго умножителя сигналов и является управляющим входом этого коммутирующего устройства, вторые входы умножителей сигналов являются входами этого коммутирующего устройства, выходы этих умножителей сигналов соединены с входами сумматора, а выход сумматора является выходом коммутирующего устройства. Технический результат заключается в повышении статической и динамической точности при управлении объектами управления, склонными к колебаниям. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к системе с двойным шестеренчатым приводом и способу управления, связанному с ней, и, в частности, изобретение относится к упреждающему демпфированию колебаний в системе с двойным шестеренчатым приводом с переменной скоростью. Технический результат - уменьшение нежелательных крутильных колебаний вдоль валов двигателей. Система управления для управления электрической машиной содержит компонент регулятора, принимающий два сигнала, из которых получают первый сигнал управления; первый компонент фильтра, принимающий первый сигнал, из которого получают второй сигнал управления; второй компонент фильтра, принимающий третий сигнал; первый выходной компонент, объединяющий первый и второй сигналы управления для получения первого выходного сигнала управления для подачи в первую электрическую машину и второй выходной компонент, принимающий первый и третий сигналы управления для получения второго выходного сигнала управления с целью подачи во вторую электрическую машину. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано в системах автоматического управления априорно неопределенными нестационарными динамическими объектами периодического действия. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей системы, в частности обеспечении более точной настройки параметров регулятора, что позволит сформировать качественный сигнал управления. Результат достигается за счет того, что система содержит блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, второй блок суммирования, блок задержки, третий блок суммирования, второй умножитель и объект регулирования. При этом согласно изобретению, исключается блок усиления и дополнительно вводятся интегратор и третий умножитель, при этом выходы объекта регулирования соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, выходы которого подключены к входам первого блока суммирования, выход первого блока суммирования связан с первым и вторым входами первого умножителя и вторым входом второго умножителя, выход первого умножителя соединен с первым входом второго блока суммирования и вторым входом третьего блока суммирования, выход второго блока суммирования одновременно связан с входом интегратора, вторым входом третьего умножителя, а также входом блока задержки, выход которого подключен к второму входу второго блока суммирования, выход интегратора соединен с первым входом третьего умножителя, выход которого связан с первым входом третьего блока суммирования, выход третьего блока суммирования подключен к первому входу второго умножителя, выход которого соединен с входом объекта регулирования. 1 ил.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления для скалярных объектов, параметры которых - неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины. Технический результат - обеспечение хорошего качества работы в случае наличия у объекта с относительным порядком передаточной функции, равным n, запаздывания по управлению и состоянию при условии отсутствия информации о векторе переменных состояния. Система содержит объект регулирования, наблюдатель переменных состояния, блоки запаздывания, блоки задания коэффициентов, сумматоры, умножители, интеграторы, блок задающего воздействия. При этом предполагается, что объект обладает известными запаздываниями по управлению и состоянию и имеет относительный порядок передаточной функции, равный n. 2 ил.
Наверх