Адаптивно-робастная система управления для априорно неопределенных нестационарных динамических объектов

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2540848:

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

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.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является комбинированная система управления для априорно неопределенных нестационарных динамических объектов (Патент РФ на ПМ №100644, Официальный бюл. «Изобретения и полезные модели». - 2010, №35, прототип), содержащая блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, второй блок суммирования, блок усиления, блок задержки, третий блок суммирования, второй умножитель и объект регулирования, выходы которого соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, выходы блока задания коэффициентов связаны с входами первого блока суммирования, выход которого подключен к первому и второму входам первого умножителя и второму входу второго умножителя, выход первого умножителя связан с первым входом второго блока суммирования и входом блока усиления, выход второго блока суммирования подключен к первому входу третьего блока суммирования и к входу блока задержки, выход которого соединен с вторым входом второго блока суммирования, второй вход третьего блока суммирования соединен с выходом блока усиления, выход третьего блока суммирования связан с первым входом второго умножителя, выход которого подключен к входу объекта регулирования.

Однако недостатком данной системы является формирование в первоначальный момент функционирования управляющего сигнала большой амплитуды, что не всегда оказывается эффективным.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является расширение функциональных возможностей системы, в частности обеспечение более точной настройки параметров регулятора, что позволит сформировать качественный сигнал управления.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что из системы, содержащей блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, второй блок суммирования, блок усиления, блок задержки, третий блок суммирования, второй умножитель и объект регулирования, 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 входом 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.

Исключение из системы блока усиления и введение в нее интегратора и дополнительного умножителя позволяет построить систему управления априорно неопределенными нестационарными динамическими объектами периодического действия, в которой, в сравнении с прототипом, обеспечивается более точная настройка параметров регулятора и формируется более качественный сигнал управления.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена блок-схема системы управления. Система содержит: объект регулирования 1, блок задания коэффициентов 2, первый блок суммирования 3, первый умножитель 4, второй умножитель 5, второй блок суммирования 6, третий блок суммирования 7, блок задержки 8, интегратор 9, третий умножитель 10, u - управляющее воздействие, y₁,…, y_m - выходные сигналы объекта регулирования, f - внешние возмущения.

Объект регулирования описывается уравнением

$\frac{d x (t)}{d t} = A (t + T) x (t) + b (t + T) u (t) + f (t), y (t) = L^{*} x (t),$

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

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

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

f*(t)=[0,…,0,f_n(t)];

$f_{n} (t) = {| f}_{п е р_{n}} (t) + f_{н е п е р_{n}} (t) | \leq f_{n}^{2} = c o n s t > 0; (2)$

f_n - некоторая положительная константа.

y(t) - m-мерный вектор выхода объекта регулирования;

L - матрица выхода;

* - символ транспонирования;

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

$u (t) = - [k (t) χ_{п е р} (t) + χ_{р о б} (t)] (α_{0}^{*} y (t)), (3)$

где k(t), χ_пер(t) - настраиваемые коэффициенты контура управления;

χ_роб(t) - робастная часть регулятора;

α₀ - m-мерный вектор коэффициентов блока задания коэффициентов выбираемый из условия: $α_{0}^{*} α (λ)$ - гурвицев полином степени (n - 1) с положительными коэффициентами; α(λ) - числитель передаточной функции объекта регулирования (1), (2);

s - комплексная переменная.

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

$\frac{d k (t)}{d t} = - γ_{0} χ_{п е р} (t),$

$χ_{п е р} (t) = χ_{п е р} (t - T) - γ_{1} {(a_{0}^{*} y (t))}^{2}, (4)$

$χ_{р о б} (t) = - γ_{2} {(α_{0}^{*} y (t))}^{2},$

где γ₀, γ₁, γ₂=const>0.

Система функционирует следующим образом.

Сигналы с выходов объекта регулирования 1 поступают на соответствующие входы блока задания коэффициентов 2, внутри которого происходит умножение i-го сигнала на постоянный коэффициент α_i, i-1,…,n. Выходные сигналы блока задания коэффициентов 2 идут на входы первого блока суммирования 3, где складываются. Сигнал с выхода первого блока суммирования 3 подается на первый и второй входы первого умножителя 4 и на второй вход второго умножителя 5. Выходной сигнал первого умножителя 4 с соответствующими коэффициентами идет на первый вход второго блока суммирования 6 и на второй вход третьего блока суммирования 7. Сигнал с выхода второго блока суммирования 6 поступает на второй вход третьего умножителя 10, вход блока задержки 8, а также с соответствующим коэффициентом на вход интегратора 9. Выходной сигнал блока задержки 8 подается на второй вход второго блока суммирования 6. Сигнал с выхода интегратора 9 идет на первый вход третьего умножителя 10. Выходной сигнал третьего умножителя 10 подается на первый вход третьего блока суммирования 7, сигнал с выхода которого идет на первый вход второго умножителя 5. Выходной сигнал второго умножителя 5 поступает на вход объекта регулирования 1.

Технический результат заключается в обеспечении более точной настройки параметров регулятора, позволяющей добиться формирования более качественного сигнала управления.

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

Адаптивно-робастная система управления для априорно неопределенных нестационарных динамических объектов, содержащая блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, второй блок суммирования, блок задержки, третий блок суммирования, второй умножитель и объект регулирования, отличающаяся тем, что из системы 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 входом 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.

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.

Система с обратной связью // 2540461

Адаптивная система управления с самонастройкой динамического корректора для априорно неопределенных объектов с запаздыванием по состоянию // 2538295

Изобретение относится к системам управления. Технический результат заключается в обеспечении асимптотической устойчивости системы.

Система управления наведением инерционного объекта // 2537256

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.

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

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 и регулятор, причем положительный вход вычитающего устройства является входом системы с обратной связью. Выход объекта управления является выходом системы с обратной связью. Также введены переключатель знака сигнала и анализатор ошибки. Причем переключатель знака сигнала включен между выходом регулятора и входом объекта управления, а анализатор ошибки включен между выходом вычитающего устройства и управляющим входом переключателя знака сигнала. Анализатор ошибки содержит последовательно включенные умножитель сигналов и пороговое устройство, а также дифференцирующее звено, включенное между первым и вторым входами умножителя сигналов. Технический результат заключается в повышении динамической точности при управлении объектами управления, склонными к колебаниям. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

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.

Устройство пеленгации источника лазерного излучения // 2561877

Устройство пеленгации источников лазерного излучения относится к области оптико-электронного приборостроения, а более конкретно к устройствам обнаружения и пеленгации источников лазерного излучения для систем защиты подвижных объектов военной техники. Устройство содержит приемную оптическую систему, оптически связанный с ней многоэлементный фотоприемник, n каналов обработки сигналов, каждый из которых состоит из предусилителя, порогового устройства и двухвходовой схемы «ИЛИ», ждущий мультивибратор, n формирователей сигналов контроля, каждый из которых содержит двухвходовую схему «И», аналоговый ключ, схему нормирования длительности импульса и стабилизированный источник напряжения. Достигаемый технический результат - обеспечение проверки правильности обработки выходных сигналов фотоприемника в эксплуатации без использования источника излучения, находящегося в поле зрения устройства. 1 ил.

Самонастраивающийся электропривод манипулятора // 2562400

Изобретение относится к робототехнике. Технический результат - компенсация вредных переменных моментных воздействий на электропривод при движении манипулятора. Для этого в электропривод манипулятора дополнительно введены последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходу тринадцатого блока умножения и через четвертый косинусный функциональный преобразователь - к выходу третьего датчика положения, и семнадцатый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу десятого сумматора, последовательно соединенные дифференциатор и восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестнадцатого блока умножения, а выход - к пятому входу десятого сумматора, последовательно соединенные пятый синусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу третьего датчика положения, девятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу тринадцатого блока умножения, двадцатый блок умножения и двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, а выход - к шестому входу десятого сумматора, последовательно соединенные двадцать второй блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а второй - к выходу тринадцатого сумматора, двадцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, двадцать четвертый блок умножения, выход которого подключен к седьмому входу десятого сумматора, а второй вход - к выходу двадцать пятого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, а второй - к выходу четвертого датчика ускорения, входу дифференциатора и вторым входам семнадцатого и двадцатого блоков умножения. 2 ил.

Самонастраивающийся электропривод манипулятора // 2562403

Изобретение относится к робототехнике. Технический результат - компенсация переменных воздействий на электропривод. Для этого в электропривод дополнительно введены последовательно соединенные третий датчик положения, девятый косинусный функциональный преобразователь, двадцать седьмой, двадцать восьмой и двадцать девятый блоки умножения, причем выход последнего подключен к седьмому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные десятый синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, тридцатый блок умножения, второй вход которого подключен к второму входу двадцать седьмого блока умножения и к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, тридцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, восемнадцатый сумматор, тридцать второй блок умножения, девятнадцатый сумматор и тридцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к второму входу двадцать восьмого блока умножения и выходу пятого сумматора, а выход - к девятому входу третьего сумматора, последовательно соединенные одиннадцатый синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу четырнадцатого сумматора, тридцать четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого косинусного функционального преобразователя, и тридцать пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора, а выход - к второму входу восемнадцатого сумматора, последовательно соединенные четвертый датчик ускорения, второй дифференциатор и тридцать шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двадцать седьмого блока умножения, а выход - к второму входу девятнадцатого сумматора, причем вторые входы двадцать девятого и тридцать второго блоков умножения подключены к выходу четвертого датчика ускорения. 2 ил.