Адаптивная система управления с самонастройкой динамического корректора для априорно неопределенных объектов с запаздыванием по состоянию

Авторы патента:

Еремин Евгений Леонидович (RU)

Шеленок Евгений Анатольевич (RU)

Чепак Лариса Владимировна (RU)

G05B13/02 - электрические

Владельцы патента RU 2538295:

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

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 технической кибернетике и может быть использовано при построении адаптивных систем управления априорно неопределенными линейными динамическими объектами с запаздывающим состоянием и относительным порядком передаточной функции, большим единицы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является адаптивная система управления для априорно неопределенных объектов с самонастройкой динамического корректора (Патент РФ №2488155, Официальный бюл. «Изобретения и полезные модели». - 2013, №20, прототип), содержащая первый умножитель, интегратор, второй умножитель, функциональный блок, последовательный динамический корректор, объект регулирования, при этом выход объекта регулирования соединен с первым и вторым входами первого умножителя и с вторым входом второго умножителя, выход первого умножителя подключен к входу интегратора, выход которого соединен с входом функционального блока и первым входом второго умножителя, выход второго умножителя подключен к первому входу последовательного динамического корректора, второй вход которого соединен с выходом функционального блока, выход динамического корректора подключен к входу объекта регулирования.

Недостатком данной системы является потеря устойчивости в случае управления априорно неопределенными линейными скалярными динамическими объектами с запаздыванием по состоянию.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей системы, т.е. обеспечение ее асимптотической устойчивости при управлении априорно неопределенными линейными динамическими объектами, которые содержат известное временное запаздывание по состоянию.

Сущность изобретения заключается в том, что в адаптивную систему управления для априорно неопределенных объектов с самонастройкой динамического корректора, включающую 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, 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.

На чертеже (фиг.1) представлена блок-схема системы; на фиг.2 изображена блок-схема функционального блока; фиг.3 иллюстрирует блок-схему последовательного динамического корректора.

Система (фиг.1) содержит: объект регулирования 1, первый умножитель 2, первый интегратор 3, второй умножитель 4, функциональный блок 5, последовательный динамический корректор 6, блок задержки 14, третий умножитель 15, второй интегратор 16, четвертый умножитель 17, блок суммирования 18, y - выходной сигнал объекта регулирования, χ₁, χ₂ - коэффициенты настройки, - настраиваемый коэффициент динамического корректора, u - сигнал управления, - выходной сигнал последовательного динамического корректора.

Объект регулирования (ОР) имеет относительный порядок ρ=(n-m)>1 и описывается с помощью передаточной функции

где s - комплексная переменная;

α(s) - гурвицев полином степени m;

β(s) - квазиполином степени n с произвольным расположением корней;

- постоянные числа;

ξ - набор неизвестных параметров, принадлежащих некоторому известному множеству Ξ;

τ - известное временное запаздывание.

Последовательный динамический корректор (ПДК) состоит из k (k=ρ-1=(n-m)-1) последовательно соединенных быстродействующих упругих звеньев, каждое из которых описывается дифференциальным уравнением

где u(t), - соответственно входной и выходной сигналы упругого звена;

T>0 - постоянная времени;

- коэффициент, настаиваемый в соответствии с алгоритмом

где ψ₀, ψ₁>1 - некоторые числа;

χ₁(t) - первый настраиваемый коэффициент адаптивного управления, заданного соотношением

где χ₂(t) - второй настраиваемый коэффициент закона управления;

y(t) - скалярный выход объекта регулирования (1);

y(t-τ) - выход объекта регулирования (1) с учетом времени запаздывания.

С помощью критерия гиперустойчивости В.М. Попова можно показать, что реализация алгоритмов настройки коэффициентов адаптивного регулятора (4) в виде

где h₁>0, h₂>0 - числа; обеспечит асимптотическую устойчивость рассматриваемой системы управления.

Система функционирует следующим образом.

Скалярный сигнал y с выхода объекта регулирования 1 подается на оба входа первого умножителя 2, на второй вход второго умножителя 4, а также на вход блока задержки 14, выходной сигнал первого умножителя 2 с соответствующим коэффициентом идет на вход первого интегратора 3, выходной сигнал которого (χ₁) одновременно поступает на первый вход второго умножителя 4 и на вход функционального блока (ФБ) 5, сигнал с выхода второго умножителя 4 идет на первый вход блока суммирования 18. Выходной сигнал блока задержки 14 поступает на первый и второй входы третьего умножителя 15 и на второй вход четвертого умножителя 17, сигнал с выхода третьего умножителя 15 с соответствующим коэффициентом подается на вход второго интегратора 16, выходной сигнал которого (χ₂) поступает на первый вход четвертого умножителя 17, сигнал с выхода четвертого умножителя 17 идет на второй вход блока суммирования 18.

Входной сигнал χ₁ ФБ 5 (структурная схема представлена на фиг.2) поступает на вход блока выделения модуля 7, сигнал с выхода которого с соответствующим коэффициентом идет на первый вход блока суммирования 8, на второй вход блока суммирования 8 подается постоянный сигнал ψ₀ c выхода задающего блока 9, сигнал с выхода блока суммирования 8 поступает на выход ФБ 5.

Сигнал u с выхода блока суммирования 18 подается на первый вход ПДК 6, на второй вход которого поступает сигнал с выхода ФБ 5. Сигнал с первого входа ПДК 6 (структурная схема представлена на фиг.3) идет на первый вход блока суммирования 10₁, сигнал со второго входа ПДК 6 одновременно подается на вторые входы умножителей 11_h (h=1, 2, …, k), на первые входы которых поступают сигналы с выходов блоков суммирования 10_h, выходные сигналы умножителей 11_h одновременно поступают на входы интеграторов 12_h и с соответствующими коэффициентами на вторые входы блоков суммирования 13_h, выходные сигналы интеграторов 12_h поступают на первые входы блоков суммирования 13_h и на вторые входы блоков суммирования 10_h, сигналы с выходов блоков суммирования 13_r (r=1, 2, …, k-1) поступают на первые входы блоков суммирования 10_f (f=2, 3, …, k), выходной сигнал блока суммирования 13_k подается на выход ПДК 6, сигнал с выхода ПДК 6 поступает на вход объекта регулирования 1.

Технический результат заключается в обеспечении асимптотической устойчивости системы при управлении априорно неопределенными линейными скалярными динамическими объектами с известным временным запаздыванием по состоянию.

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

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, отличающаяся тем, что 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.

Изобретение относится к области систем автоматического управления. Технический результат заключается в повышении быстродействия системы управления.

Интеллектуальное устройство управления коммутационными аппаратами электрической сети // 2534926

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, управления коммутацией и сигнализации состояния трехфазной электрической сети, а именно к многофункциональным многотарифным приборам учета электрической энергии.

Адаптивный релейный регулятор // 2531865

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

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.

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.

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

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 // 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.

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.

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.

Система с обратной связью // 2540461

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.

Система с двойным шестеренчатым приводом // 2540828

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.

Адаптивно-робастная система управления для априорно неопределенных нестационарных динамических объектов // 2540848

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.

Адаптивная система управления с наблюдателем переменных состояния для объекта с запаздываниями // 2541097

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.

Система с обратной связью // 2541684

Адаптивная система управления // 2541848

Изобретение относится к адаптивным системам управления и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности. Технический результат - повышение точности и устойчивости системы. Система содержит пять задатчиков, шесть сумматоров, два регулятора, объект управления, два блока временной задержки с фиксированным и перестраиваемым запаздыванием, блок прогнозирования с перестраиваемым интервалом прогноза, корректирующий фильтр с перестраиваемым интервалом прогноза, два формирователя сигналов уровней ограничения, три блока усреднения на скользящем интервале времени, три блока умножения, блок деления. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Интеллектуальная система оперативного управления сложными организованными мультиагентными объектами // 2541893

Изобретение относится к автоматизированному управлению, в частности к управлению группой (командой, коллективом) интеллектуальных агентов различного назначения, и может быть использовано для построения систем управления сложными организованными мультиагентными объектами (МА-объектами). Техническим результатом является повышение результативности действующего мультиагентного объекта за счет оперативного диагностирования и своевременного принятия мер при намечающихся расстройствах функционирования МА-объекта. Интеллектуальная система содержит объект управления (действующий собственный МА-объект), действующий МА-объект противника (как объект мониторинга), блок задания целевых параметров состояния МА-объекта, блок измерения текущих значений общих целевых параметров состояния МА-объекта, блок задания индивидуальных параметров состояния интеллектуальных агентов, блок измерения текущих значений индивидуальных параметров состояния интеллектуальных агентов, блок регистрации и оценки ошибок действующих интеллектуальных агентов, блок измерения текущих значений доступных целевых параметров состояния МА-объекта противника, три робастных фильтра, три блока сравнения, блок совпадения сигналов, блок оценки текущего состояния МА-объекта, блок экстраполяции, блок пороговых элементов, информационно-управляющий блок, исполнительный орган. 1 ил.

Самонастраивающийся электропривод // 2542904

Изобретение относится к электроприводам и может быть использовано при создании систем управления. Техническим результатом является повышение скорости работы электропривода без превышения заданной динамической ошибки при текущей амплитуде входного гармонического сигнала и с учетом индуктивности его якорной цепи. Самонастраивающийся электропривод содержит последовательно соединенные сумматоры, устройство для корректировки величины ошибки электропривода, усилитель, электродвигатель с редуктором, на выходном валу которого установлен датчик положения, квадратор, блоки деления и блоки умножения, источники постоянного сигнала, интегратор, синусный функциональный преобразователь, задатчик амплитуды, блок извлечения квадратного корня. 2 ил.

Система регулирования объекта с рециклом // 2542910

Изобретение относится к автоматическому управлению. Технический результат - расширение функциональных возможностей и обеспечение работоспособности системы регулирования объекта с рециклом при смене режимов технологического процесса. Это достигается тем, что в систему регулирования для объектов с рециклом, содержащую объект управления, последовательно соединенные делитель потока и первый датчик, последовательно соединенные первый блок рецикла объекта управления и второй блок запаздывания, второй датчик, модель объекта управления, включающую последовательно соединенные первый блок вычитания, модель блока первого канала управления, третий сумматор, второй блок вычитания, регулирующий блок, последовательно соединенные экстраполятор и первый исполнительный блок, первый задатчик, введены третий блок вычитания, последовательно соединенные второй блок рецикла объекта управления и третий блок запаздывания, последовательно соединенные обратная модель блока первого канала управления и третий блок задержки, последовательно соединенные блок вычисления модуля сигнала, фильтр низких частот, ключ, четвертый блок вычитания, второй регулирующий блок и второй исполнительный блок, последовательно соединенные второй задатчик и компаратор, третий задатчик, блок расчета коэффициентов, включающий последовательно соединенные четвертый задатчик, первый блок умножения и четвертый сумматор, пятый задатчик, последовательно соединенные шестой задатчик, пятый блок вычитания, второй блок умножения и пятый сумматор, последовательно соединенные седьмой задатчик и третий блок умножения, последовательно соединенные восьмой задатчик, четвертый блок умножения, шестой блок вычитания, интегратор, пятый блок умножения и шестой сумматор, девятый-двенадцатый задатчики. 3 ил., 1 табл.

Устройство управления объектом со свободным выбором поведения // 2555234

Изобретение относится к области цифровой вычислительной техники и может быть использовано в автоматических и автоматизированных системах управления объектами с терминальным управлением. Технический результат - повышение точности оценивания и снижение вычислительной сложности алгоритма управления маневрирующим объектом. Указанный технический результат достигается за счет устройства управления объектом со свободным выбором поведения, которое содержит следующие блоки: блок хранения констант; первый, второй, третий блоки формирования модуля; блок возведения числа в степень (-1); первый, второй, третий, четвертый, пятый блоки формирования произведения; первый, второй блок формирования интегрирования; блок формирования отрицательного значения числа; блок формирования производной; блок формирования деления; первый, второй блоки формирования разности; блок формирования знака числа. Указанный технический результат достигается за счет постановки задачи в форме оптимизационной и ее решение без использования инвариантного погружения. 1 ил.