Самонастраивающаяся система управления с градиентной адаптацией регулятора состояния



Самонастраивающаяся система управления с градиентной адаптацией регулятора состояния
Самонастраивающаяся система управления с градиентной адаптацией регулятора состояния

 


Владельцы патента RU 2574283:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области систем автоматического управления электромеханическими объектами, в частности объектами с неконтролируемыми возмущениями и неизвестными переменными параметрами. Технический результат, заключающийся в уменьшении времени переходного процесса и увеличении запаса устойчивости конечной системы управления, достигается за счет того, что сигнал, пропорциональный вектору состояния объекта управления, поступает на регулятор состояния, коэффициенты которого перестраиваются методом наименьших квадратов, сводя к минимуму разность между эталонной и измеренной координатами. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области систем автоматического управления электромеханическими объектами, в частности объектами с неконтролируемыми возмущениями и неизвестными переменными параметрами.

Известна Самонастраивающаяся система управления для астатических объектов с запаздыванием по управлению (патент на изобретение №2437137 RU), содержащая объект управления, сумматоры, блок задания коэффициентов - регулятор состояния. Недостатки известного устройства - большое время переходного процесса и неустойчивость итоговой системы управления.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемой системы является Параметрически адаптивная электромеханическая следящая система высокой динамической точности (Крутько П.Д. Обратные задачи динамики в теории автоматического управления. Лекция №9, с. 192. - М.: Машиностроение, 2004), содержащая входной сумматор и интегратор, блок эталонной модели, регулятор состояния, блок коэффициента усиления, объект управления.

Недостатками данной системы являются большое время переходного процесса и неустойчивость итоговой системы управления в случае высокого значения рассогласования между измеренной координатой объекта управления и желаемой координатой, формируемой блоком эталонной модели. Данные недостатки связаны с использованием интегратора после входного сумматора, вычисляющего величину ошибки между эталонной и измеренной координатами. Третьим недостатком данной системы является зависимость структуры системы управления от абсолютного порядка объекта управления, то есть количество сигналов, поступающих в регулятор состояния, равно абсолютному порядку объекта управления.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи расширения функциональных возможностей заявляемой системы путем построения унифицированной и независимой от объекта управления структуры системы управления.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в уменьшении времени переходного процесса и увеличении запаса устойчивости конечной системы управления.

Существо заявляемого изобретения поясняется Фиг. 1 и 2.

На Фиг. 1 приведена структурная схема прототипа, Фиг. 2 содержит структурную схему заявляемой системы.

Прототип (Фиг. 1) содержит входной сумматор 1, объект управления 2, блок эталонной модели 3, регулятор состояния 4, интегратор 5 и блок коэффициента усиления 6.

Заявляемая система (Фиг. 2) содержит входной сумматор 1, объект управления 2, блок эталонной модели 3, регулятор состояния 4 и отличается от прототипа тем, что содержит дополнительно выходной сумматор 7 и блок алгоритма настройки 8. При этом выход входного сумматора 1 подключен к входам объекта управления 2 и блока эталонной модели 3, выходы которых подключены соответственно к отрицательному и положительному входам выходного сумматора 7, выход которого через блок алгоритма настройки 8 соединен с функциональным входом регулятора состояния 4. Выход регулятора состояния 4 подключен к отрицательному входу входного сумматора 1. Кроме того, объект управления 2 имеет от одного до N выходов состояния, которые подключены к соответствующим от одного до N входам регулятора состояния 4. Регулятор состояния 4 выполнен в виде адаптивного линейного сумматора.

В электромеханических следящих системах, как правило, полностью доступен для измерения полный вектор состояния (ток, скорость, угол вращения вала) объекта управления. В заявляемой системе сигнал, пропорциональный вектору состояния объекта управления 2, поступает на регулятор состояния 4, представляющий собой адаптивный линейный сумматор, коэффициенты которого перестраиваются методом наименьших квадратов, через блок алгоритма настройки 8, сводя к минимуму разность между эталонной и измеренной координатами (Уидроу Б. Адаптивная обработка сигналов: Пер. с англ. /Под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Радио и связь, 1988).

Функционирует заявляемая система управления следующим образом: управляющее воздействие «и» через входной сумматор 1 подается на объект управления 2 и блок эталонной модели 3. Измеренный сигнал, пропорциональный вектору состояния объекта управления 2, поступает на входы регулятора состояния 4, функциональный выход регулятора состояния 4 соединен с отрицательным входом входного сумматора 1 и вычитается из управляющего воздействия «и», тем самым производя регулирование состояния объекта управления; величина отклонения между измеренным выходом объекта управления 2 и выходом блока эталонной модели 3 формируется выходным сумматором 7 и подается на блок алгоритма настройки 8, который методом наименьших квадратов производит градиентную адаптацию регулятора состояния 4, другими словами, настраивает весовые коэффициенты регулятора состояния 4 (адаптивного линейного сумматора), сводя к минимуму данное отклонение объекта управления от эталонной модели, обеспечивающей желаемую динамику системы управления в целом.

Входной сумматор 1 и выходной сумматор 7 могут быть реализованы на операционных усилителях AD8571, подключенных в схему суммирования. Объектом управления 2 может быть любой электромеханический преобразователь (сервопривод с измеряемыми током, скоростью и положением), блок эталонной модели 3 может быть выполнен на микроконтроллере ADUC841 с программным обеспечением, реализующим численным методом дифференциальное уравнение динамики эталонной модели. Регулятор состояния 4 может быть выполнен на микроконтроллере ADUC7026 (на входы встроенного АЦП приходят измеренные сигналы тока, скорости и координаты сервопривода, с выхода встроенного ЦАП идет итоговый сигнал управления на входной сумматор 1) с управляющей программой, реализующей алгоритм блока алгоритма настройки 8. Блок алгоритма настройки 8 также может быть выполнен на микроконтроллере ADUC7026 (на вход встроенного АЦП приходит сигнал от выходного сумматора 7, равный ошибке рассогласования, через встроенный блок SPI подается управляющий сигнал на микроконтроллер регулятора состояния 4) с управляющей программой, реализующей алгоритм дельта-коррекции метода наименьших квадратов.

Заявляемая система, в частности, для объекта управления третьего порядка обеспечивает уменьшение времени переходного процесса на 30%, увеличение запаса устойчивости на 70%, а также позволяет унифицировать структуру системы управления.

В заключение необходимо отметить, что преимущества заявляемого изобретения наиболее ощутимы по сравнению с прототипом, когда неизвестны не только параметры объекта управления, но и сама структура объекта управления. Наиболее предпочтительным применением самонастраивающейся системы управления с градиентной адаптацией регулятора состояния являются прецизионные электромеханические системы воспроизведения движения.

1. Самонастраивающаяся система управления с градиентной адаптацией регулятора состояния, содержащая входной сумматор, объект управления, блок эталонной модели, регулятор состояния, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит выходной сумматор и блок алгоритма настройки, причем выход входного сумматора подключен к входам объекта управления и блока эталонной модели, выходы которых подключены соответственно к отрицательному и положительному входам выходного сумматора, выход которого через блок алгоритма настройки соединен с функциональным входом регулятора состояния, выход которого подключен к отрицательному входу входного сумматора, кроме того, от одного до N выходов состояния объекта управления подключены к соответствующим от одного до N входам регулятора состояния.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что регулятор состояния выполнен в виде адаптивного линейного сумматора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к способу автоматической настройки, по меньшей мере, одного из нескольких участвующих в процессе уборки рабочих органов самоходной уборочной машины.

Изобретение относится к системам управления и контроля за функционированием оборудования систем жизнеобеспечения и защиты в заданных режимах специальных объектов и предназначена для системы жизнеобеспечения специальных объектов Министерства обороны Российской Федерации.

Изобретение относится к робототехнике. Технический результат - компенсация переменных воздействий на электропривод.

Изобретение относится к робототехнике. Технический результат - компенсация вредных переменных моментных воздействий на электропривод при движении манипулятора.

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.

Изобретение относится к области цифровой вычислительной техники и может быть использовано в автоматических и автоматизированных системах управления объектами с терминальным управлением.

Изобретение относится к автоматическому управлению. Технический результат - расширение функциональных возможностей и обеспечение работоспособности системы регулирования объекта с рециклом при смене режимов технологического процесса.

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.

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).

Изобретение относится к адаптивным системам управления и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для выбора оптимального по точности режима работы электрического двигателя. Технический результат - увеличение точности управления за счет применения эффективного математического метода решения обратных задач. Устройство содержит: блок хранения констант; первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый блок произведения; блок возведения в степень (-1); первый, второй, третий, четвертый блок сложения; первый, второй, третий блок модуля; блок деления; блок формирования знака выражения; первый, второй, третий блок инверсии; первый, второй блок интегрирования; блок производной; блок вычитания. 1 ил.

Изобретение относится к управлению производственным процессом с использованием экономической целевой функции. Технический результат - оптимизация управления процессом при наличии возмущений. Система и способ для координации усовершенствованного управления технологическим процессом и оптимизации в реальном времени производственного процесса принимают данные процесса и экономические данные, соответствующие производственному процессу, которым будут управлять и который будут оптимизировать. На основании данных процесса, экономических данных и модели нелинейного устойчивого состояния процесса экономическую целевую функцию вычисляют с помощью модели оптимизации в реальном времени. Нелинейная аппроксимация с уменьшенным порядком экономической целевой функции вычисляется после этого с помощью модуля оптимизации в реальном времени и передается в модуль усовершенствованного управления технологическим процессом. Модуль усовершенствованного управления технологическим процессом использует нелинейную аппроксимацию с уменьшенным порядком экономической целевой функции для управления производственным процессом в направлении ограниченного экономического оптимума. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании электроприводов манипуляторов. Техническим результатом является обеспечение инвариантности динамических свойств электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его моментных нагрузочных характеристик. Самонастраивающийся электропривод манипулятора управляет обобщенной координатой q2 манипулятора, конструкция которого позволяет осуществлять горизонтальное прямолинейное перемещение (координата q4) и три вращательных движения (координаты q1, q2 и q3), при этом формируют дополнительный сигнал управления, подаваемый на вход электропривода, который обеспечивает получение моментного воздействия, необходимого для обеспечения полной инвариантности его показателей качества к непрерывно изменяющимся параметрам нагрузки. 2 ил.

Изобретение относится к области самонастраивающихся систем управления электроприводами. Способ самонастройки заключается в том, что в течение определенного интервала времени подают случайно сгенерированное управляющее задание на вход электропривода или предварительно построенной его модели. Производится замер тока, напряжения якоря, скорости на валу двигателя и запись данных параметров в персональный компьютер, или ЭВМ, или микропроцессорное устройство. Оптимизируют при помощи программно реализованного модифицированного генетического алгоритма коэффициенты ПИ-регуляторов контуров регулирования системы управления электроприводом. Модифицированный генетический алгоритм осуществляет поиск оптимума в пространстве поиска коэффициентов ПИ-регуляторов для достижения требуемых переходных процессов согласно критериям качества для электропривода, заданных в технологическом процессе. При этом полученные коэффициенты ПИ-регуляторов подставляют в систему управления электроприводом. Технический результат изобретения состоит в повышении точности самонастройки системы управления электроприводом. 4 ил.

Изобретение относится к области управления сложными объектами, которые не удается представить математической моделью в виде систем линейных дифференциальных уравнений, и быстродействующими технологическими процессами и касается нефтехимической, машиностроительной и нефтеперерабатывающей промышленностей. Технический результат - повышение быстродействия и точности управления. Адаптивный интеллектуальный логический регулятор, работающий в условиях нечетко заданной информации, состоит из фаззификатора, блока логического вывода, дефаззификатора, исполнительного органа, объекта управления, датчика обратной связи, ПИД-регулятора, сумматора, блока базы правил подстройки коэффициентов ПИД-регулятора, блока адаптации коэффициентов ПИД-регулятора и блока идентификации технологического процесса. 3 ил.

Изобретение относится к способу управления подводным объектом. Для перемещения подводного объекта по вертикали со стороны судна изменяют длину первой из двух частей механической связи между объектом и судном, поддерживая усилие, равное весу подводного объекта в воде, осуществляют дополнительное перемещение со стороны подводного объекта изменением длины второй части механической связи, ограниченное допустимыми значениями. Формируют вторую составляющую усилия во второй части механической связи на основе разности измеренной скорости вертикального перемещения объекта и заданной скорости судовой лебедки, а также на основе отклонения натяжения каната от значения, соответствующего весу подводного объекта при достижении подводным объектом заданной глубины погружения. Обеспечивается точность стабилизации подводного объекта в условиях морской качки. 6 ил.

Изобретение относится к управлению подводными объектами с использованием судовых спускоподъемных устройств. Устройство для управления подводным объектом содержит на судне-носителе лебедку, задатчик среднего значения длины каната, задатчик скорости лебедки, управляющий блок, электропривод лебедки, токосъемник и барабан лебедки. На подвижном объекте имеется амортизирующая лебедка барабаном, управляющий блок, электропривод лебедки, измерительный преобразователь длины каната, вычислительные блоки, сравнивающее устройство, преобразователь скорости вертикального перемещения подводного объекта, переключатель и датчик отклонения натяжения каната. На тросе установлено замковое соединение. Барабаны соединены посредством кабель-троса. Повышается точность стабилизации положения подводного объекта. 6 ил.

Изобретение относится к самонастраивающейся системе управления электроприводом. Самонастраивающийся электропривод содержит последовательно соединенные первый сумматор, корректирующее устройство, усилитель, электродвигатель, связанный непосредственно с датчиком скорости и через редуктор - с датчиком положения. Выход датчика положения подключен к первому входу первого сумматора. Второй вход сумматора соединен с входом устройства. Второй сумматор, первый интегратор, третий сумматор и второй интегратор последовательно соединены. При этом первый вход второго сумматора соединен с выходом датчика скорости. Второй вход третьего сумматора подключен к выходу датчика положения, а выход - ко второму входу второго сумматора и входу второго интегратора. Выход второго интегратора соединен с третьим входом первого сумматора. Технический результат заключатся в обеспечении работоспособности электропривода при дефектах датчика положения. 1 ил.
Наверх