Устройство для определения параметров линейных динамических объектов

 

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«««6845)5

Со«оэ Советских COQH&AIICTXVOCKXX

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 1 1.05,77 (21) 2484524/18-24 т (51)М. К1.

С 05 В 2 3/02 с присоединением заявки И— (23) Приоритет

Государственный коватет

СССР вв делам нзабрвтеннй н откр«кткй

Опубликовано 0,а 09 79 Бюллетень Ла33

Дата опубликования описания 08.09.79 (53) УДК 62-50 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. И. Костюк, A. Н, Сильвестров и Ю. В. Яценко

Киевский ордена Ленина политехнический институг им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической ре вол юц н и (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ЛИНЕИНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для оце««K«« f«араметров линейных динами «еских объектов в режиме их нормальной эксплуатации.

Известны устройства для определения парах егров линейных д «памичсских объектов jl J и L2), содержа«цие настраиваемые модели. Общим недостатком этих устройств является зависимость устойчивости процесса настройки от ширины полосы входного сигнала> на;«и «ия в нем линейно независимых производных при настройке большого числа параметров.

По технической сущности наиба««L близко к изобретению устройство для определения параметров линейных динамических объектов, содержащее две модели, входы которых связаны с соответствующими входами устройства, выходы— с соответствующими входами блока формирования ошибки настройки, выходы блока формирования сигналов настройки подключены к настроечным входам соответствующих моделей )3) .

Недостаток этого устройс-.тва состоит в том, что для обеспечения устоичивости процесса настройки при одновременной настройке большого числа параметров требуется широкополосный сигнал с большим числом л«;пейна независимых производных. Из-за взаимосвязи болыного числа параметров в процессе настройки процесс затягивается и при узкополосном входном сигнале может оказат«:ся неустойчивым.

Целью изобретения является по«зышение устойчивости настройки уст «ойствт«.

Эта цель достигается тем, «ro в устройство введены два 6.«oKë формирования мат риц, первые и вторьи входы которых соединены с сиг.« «««,««ыми по функциям чувствительности «ы ходами соответствующих моделей, pl,. îäb« — с соответствующими входам««блока формирования сигналов настройки, уi«ð««вляющий вход первого блока форм««рова««««я матриц —,15 — 14 с, 1з ... + р

F (ð) 1О!

5 по настраиваемым на50 раметрам, Выходы узла 4 связаны со входами узла сглаживания 5„представляющего собой набор линейных фильтров, выходы узла 5 подключены к входам узла 6 фор55 мирования матриц, предс гавляющего собой шифратор для формирования в определенном порядке на выходах парных сглаженных произведений функций чувс1 вительности. Узел 7 трянспонирования

3 I é подключен к выходу блока формирования ошибки настройки. ! 1ервый блок формирования матриц содержит последовательно соединенные узел перемножения и узел формирования матриц, выход которого соединен с выходом блока, сигнальные входы узла пере,множения связаны соответственно с первым и вторым, а управляющий вход - с третьим входом блока.

Второй блок формирования матриц содержит последовательно соединенные узел формирования парных произведений, узел сглаживания, первый узел формирования матриц, узел транспонирования матриц, узел определения алгебраических дополнений и второй узел формирования матриц, выход которого связан с выходом, а входы узла формирования парных произведений — с соответствующими входами блока.

В связи с этим становится возможным ня выходе блока формирования сигналов настройки получить диагональную матрицу сигналов настройки параметров параметрически настраиваемых моделей, т. е. исключить взаимосвязь параметров в процессе настройки. Кроме того, структура вводимых блоков и связей их элементов обеспечивает независимость процесса настройки большого числа параметров от ширины спектра входного сигнала, величиной которой определяется лишь скорость H&cTpoAKH, Широкополосный входной сигнал обеспечивает высокую скорость настройки параметров. Применение двух моделей позволяет упростить контур самонастройки.

Ня чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит модели 1 и 2, блок 3 формирования матриц, узел 4 формирования парных произведений, узел сглаживания 5, узел 6 формирования I faTриц, узел 7 транспонирования матриц, узел 8 определения алгебраических дополнений, узел 9 формирования матриц, блок 1 О формирования сигналов настройки, блок 11 формирования матриц, узел перемножения 12, блок 13 формирования ошибки настройки, узел 14 формирования матриц.

Модели 1 (параллельная) и 2(последовательная) представляют собой линейные фильтры, описываемые операторами, причем где Р— оператор дифференцирования;

С) — g — переменные параметры после1 К довятельной модели, принимак щие значения в допустимых пределdх в зяIIисимQcòè от режима работы с хеl fы; 3 — — пе1 еменные параметры парало

ЛЕЛЬНОй МОПЕЛИ, ИЗМЕНЯЮП1ИЕся аналогично;

F (Р1 — оператор фильтра с-. постоя»HbIMII пара метра ми fl порядком men. nag. !

1од, яряметрическим входом модс.лей имеется в виду схема управления параметрами, жестко соединенная с каждым параметром модели, состоящая из интегратора с бесконечной памятью и управ— ляемого сопротивления на выходе fIIITI t рятора. Сигнальные по функциям чувст25 вительности в.1ходы моделей преgcTBB ляют собой точки съема потенциалов в модели без нарушения процессов, протекающих в схеме. Число выходов по функциям чувствительности постоянно для кяж

30 дой модели и ряв о числу настраиваемых параметров, т. е. и+ < и k для наряллел.,ной и последовательной моделей соответственно.

Блок 3 формирования матриц (коэффи35 циентов усиления в контуре самонастройки) содержит узел 4 формирования парных произведений, состоящий из набора (.1 1 -1 ) умножителей. Этот узел форми40 ру пр из" д """ "д а м ае а

БП; да дС ; д Ь1 (!, - 1,2,..., k; 1=Ц,1,..., Ц) (3E — функции чувствитель45 Л и 6 ности последовательной и параллельной моделей

1 и 2 соответственно

i") 5. 1,11:"1

НЫЛ >!«Ы;.«I t>YOl >,!И I-ОДКЛЮ «ЕН К СИГI!3 fbI! ЫМ f;О ф ""H ÊÖ)IЯ" l 3 F>C Т t>ИТС >«Ь>IОС. ГИ ВЫ УО» дам моде,«ей., а уы«равляк шим входом — к

t3l! KîHó блока 1, 1 фо(>мирова:I f!«QLI«ff>êè настройки, входы;сото(ol о полклк. !ены к .

ОООтвс тствукндим выходам моделей 1 и

Узел 1 (с(>о()ми(>ов1ния матриц представля»T cобой !ДифрlTор.

11а 13ходы КIОде)!«3Й 1, — пОс тупа!От

Входной и выходной cHI 1 ылы объекта 1 5.

СHI палы с в«,«ходов мо !Олей >f 1 «итаются

В б;!оке 1:1 )>o(>hftf!>Qf>:>пня î.IIHGKH наст>>ОЙки, cH! I!Hil с е>ы хода KQTo(>oi G flocTу

lI7oT ны У:!1.": i!Hh I.I!Ié 0YQ;1 У:длы пеРемно30 же «ия 12, г 10 ««с()» Iio>KF!»Tcя с сигналаhfI» про:«орцион!.п,««ъ!х.:1 ..". нк; иям чу вствигел«,но.ти к>ждсй Hз .иолс »и; из получен20!

11,«Х ПРОИ:3ВОДЕН)i Й а О(>х! )> Уы>Т>;; > «IITPHÖß B у:37е 1:1. Cиг««ал!>1,, Оп,з; и;!Оныл«,ные фун35 кциям:!уе>ствите;«11!ос ги моделей, перемножа>ется F3 узл» 1 форми(oth ltll я парiIbIY произведений, сl !1«1жиплк;тся В узле с глыживан;!я >, из н««х фо(>мируется матрица уз«ом (>. 11: ылгебраи «еских дополнений к !е iefi1;ih« транспоцированной матрицы, полу !енной с помошью узла 7 транспонирования матриц) которые определяются с помои;!>t i узлы .. определения

С алгебраических до;!ол и ний, формируется

15 новая матрица B узле ). «3 с>локе 10 формирования сH ны 1013 Hëñò(3oéKè производится перемножсние матриць« коэффициентов усиления контуры -.амонастройки на матрицу, формируемую блоком 11. Результатом умножения является диагональная

h

55 спектра вхогп!огс с Ii нала. При широкополосном входном с«!гнале, содержашем большое количество линейно независимых составляк>ших, обеспечивается езысокая ском:>T()HIF II(>ottcò7I> I>tt-> с:Обой шифрыто(,.

Входы кото(о«о llo:«кегю «сны к выходам у:.. 1: )>О((:»:: («,. -,. д ко Входам у;«л:1 д . оп(»:lелF HH алгебраических попон!«они Й к элем»и гам х!ат(>иц, который п(слеты!для»3 собой Bbl÷Hc!IHTå!Iü.

1 >то(>Ой v!3»it фО(>hl ill>QFI«ll! H Я м ) Гри ц пОд

К. «к IC II 13ХО(lами К EIbf XO. 1 3Ì > здIFI 8 Оп(>ел ilBIIHII ыл«.с бран «вских до««а«пений к злеМенТ 3! 1 ht!IT@HI!., а fiblYOF«7 1«! — К вХОдам

10 б! 1ОК!> 1 0 фо(>h lit>OF3F>>««» « Il I !!илОВ t«OCT(>ОЙ— ки, состоя!пегo из умножителей.

Гзлок 1 1 формирования матриц содержит узел перемножения 1 . ., представляюший cGбой набор 113.+ (3 т1 умножителей, который си-15 ров, Б этом случае ь. P яс Cfa

Хд (Р) 1 3 > (Р) =—

Р а р+е д> — и Ос T Оян н ы Й I l а р ы м е т (3 «1> !1. 11> т—

1 ДЕ > ра;

С!о,Ь, — настРаиваемые паРамет(>ы последовательной и параллельной моделей соотг>етство!Гно; ае 8е = — Дь + — » аь а

: де Я. — ошибка наСтройки.

Градиентный метод настройки парам»l рОВ С>-.дЕ>а ИЗ уСЛОВИя МИНИМИЗацнн КВадрати «но«.о функционала имеет «ид

Дд =-Л Е вЂ”, (3) й

1 дф.

Af=àO, 6 1= Ü,;

Л вЂ” вектор Koo!>f>«>IIEIII»tt1 та усиления контур«1 с а". Iон.1«.. TI>OIIКИ > Iе(3 та обозна «ает опе(aE1èfo сглаж«!В«3ния.

Подставив (2) в (я), получим ы Ь де дя

Дс1 — hcfo

О 1 д, аС«, 4 1(4„дЬ,„ (де де 13г. де

Д Ь =-Л вЂ” — Дс! + — ° — 4ц «j

0 п (3a. 04. 0 %, дОО или в матричной форме

ДдА = — ЛЛ Д где Д - матрица коэ (>фициентов усиления в контуре самонастройки.

Тогда д! « яя (2я

4Л СЗП (6) где д . Bz oz да

1 "= д= " да> да да, д> дд

42 Ь. я. рость настройки параметров 3а счет бол1,— ших коэффициентов усиления контуров самонастройки.

Рассмотрим в ка «естве примера работу устройства по настройке двух парамет684515 а матрица, составленная из алгебраических дополнений к элементам матрицы, сформированной в узле 6, будет иметь вид (ь ) 2 4 )(2.4 Д

С122 — QI2

Pr 221

Если матрицу A рице М, то цолучим см. уравнение (5) дожить в спектр.

В этом случае выбрать равной матзакон настройкив виде

- 24 о 11 <" 21 22 (э)

20 вид я1" т

8)(= (1g) 25 оператор объекта зо

Тогда, обозначив сигнал на Выходе объекта через Х, получим

-= — -х ) д .» 1 дно р+ о (12)

35 да (Ь ао

1 — Qifl(MQ4Ц1) 45

Тогда

5О формула изобретения (14), а.22 он- @12 2| 0

Лс (В)

О „022- 2Е 02 или В скалярной форме

Йа (= (@22О К 12 21) где G - определитель Грамма.

Допустим, что входной сигнал имеет

Подставив (1 О ), (1 1 ) в (1 2 ), получим, QJ (> т М с i

О

М ° )

Йм с ьсов, /2(w t c I w>w ц"

Подставив (14 ) в (Р ), полу им () (I —

1ОО

1 что ведет к увеличению числителя выражения (16), т. е. растет скорость настройки параметров, Наоборот, при уменьпении полосы частот входного сигнала составляющиещ уменьшаются, что ведет к уменьшению 4, т. е. скорость настройки падае1.

Описанное устройство позволяет автоматически изменять скорость настройки параметров модели в зависимости от частотных характеристик Входного сигнала, содержания в нем линейно. независимых производных, автоматически прекращать процесс настройки при отсутствии во входном сигнале достаточного числа линейно независимых производных. Это обеспечивает устойчивость процесса независимой настройки параметров модели при любых частотных характеристиках входного сигнала, повысить точность определения характеристик объекта по мере расширения спектра входного сигнала.

Использование изобретения позволит строить автоматические системы идентификации динамических объектов, например летательных аппаратов, используя их при создании адаптивных систем управления летательными аппаратами.

1. Устройство для определения параметров линейных динамических объектов, содержащее две модели, входы которых связаны с соответствующими входами устройства, выходы — с соответствующими входами блоха формирования ошибки настрОйки, ВыхОды блОка фОрмирОВания сигналов настройки подключены к кастро68451

9 ечным входам соответствующих моделей, отличающееся тем,что,с целью повышения устойчивости настройки устройства, в него введены два блока формирования матриц, первые и вторые входы которых соединены с сигнальными по функциям чувствительности выходами соответствующих моделей, а выходы — с соответствующими входами блока формирования сигналов настройки, управляющий о вход первого блока формирования матриц подключен к выходу блока формирования ошибки настройки.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а - ю щ е е с я тем, что первый блок формирования матриц содержит последовательно соединенные узел перемножения и узел формирования матриц, выход которого соединен с выходом блока, сигнально ные входы узла перемножения связаны соответственно с первым и вторым, а управляющий вход - с третьим входом блока.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т— личаюшееся тем,чтовторой блок формирования матриц содержит последовательно соединенные узел формирования парных произведений, узел сглаживания, первый узел формирования матриц, узел транспонирования матриц, узел о»ределения алгебраических дополнений и второй узел формирования матриц, выход которого связан с выходом, а входы узла формирования парных произведений - с соответствующими входами блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 361456, кл. (j 05 Б 17/02, 08. 09,6 9.

2. Авторское свидетельство СССР

No 473992, кл. 5 05 В 23/02, 23.04. 73.

Ь. Майей М. К. Wamaqk В.Р, Адар1 ve гподеРл af time va iabEe systems ! .

Ä "Äïé màt ï апд Соп лой "„1969,% 3, Р.15.

Составитель B. Васильев

Редактор Т. Орловская Техред H. Бабурка Корректор Л, Ливрйнц

Заказ 5286/41 Тираж 1015 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4