АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК G05B13/02 

Изобретение относится к дискретным адаптивным системам управления и может быть использовано для управления, например, летательными аппаратами с неопределенной внутренней структурой.

Известны различные адаптивные системы управления, например [1] общим недостатком которых является ограниченность применения, сложность реализации и малая эффективность по точности и динамической устойчивости.

Известна адаптивная система управления [2] содержащая датчик, элемент сравнения, квантователь сигнала ошибки, блок определения формы сигнала, коммутатор, n корректирующих элементов, формирователь управляющего воздействия, исполнительное устройство и объект управления.

Эта система позволяет управлять объектами с заранее неопределенной внутренней структурой при условии, что все производные от сигнала ошибки, необходимые для n корректирующих элементов, как-то получены и известны.

При этом точность работы системы во многом зависит от точности измерения производных с помощью соответствующих датчиков или косвенных методов определения.

Применение датчиков приводит к снижению надежности и аппаратурному усложнению системы, а известные косвенные методы, основанные на различных способах дифференцирования, к малой точности и трудностям реализации.

Целью изобретения является повышение точности регулирования.

Эта цель достигается тем, что в систему введен блок идентификации производных от сигнала ошибки, входы которого подключены к разностным выходам блока определения формы сигнала, а выходы через коммутатор к входам корректирующих элементов.

На фиг. 1 приведена блок-схема адаптивной системы, на фиг.2 структура скорректированного коммутатора.

Система содержит датчик 1, элемент сравнения 2, квантователь 3 сигнала ошибки, управляющий элемент типа реле 4, блок из ключей 5, делитель 6 частоты, генератор 7 тактовых импульсов, блок 8 определения формы сигнала ошибки на интервале времени Т_o nT_c, коммутатор 9, n корректирующих элементов 10, объединяющий сумматор 11 в виде аналоговой схемы ИЛИ, формирователь 12 управляющего воздействия, исполнительное устройство 13, объект 14 управления и вновь введенный блок 15 идентификации производных от сигнала ошибки ε/(t).

Выход квантователя 3 соединен с входами коммутатора 9 и блока определения формы сигнала, управляющие выходы которого через замыкающиеся контакты блока ключей 5 с управляющими элементами типа реле коммутатора 9, а разностные выходы с входами блока 15 идентификации производных, выходы которого через дополнительно введенные замыкающиеся контакты коммутатора 9, замыкающиеся через интервалы времени Т_o nТ, подключаются к корректирующим элементам 10, выходы которых через объединяющий сумматор 11, формирователь 12, исполнительное устройство 13 подключены к управляющему входу объекта управления 14, регулируемый выход которого Х_д соединен с датчиком 1, а выход датчика и программное значение Х_пр подключены к сравнивающему устройству 2, выход которого соединен с входом квантователя 3, работающего с периодом .

Генератор 7 тактовых импульсов вырабатывает короткие управляющие импульсы с периодом Т, которые поступают на управляющий элемент 4 типа реле, из замыкающего контакта которого образован квантователь 3, и делитель частоты 6 (в виде счетчика), который формирует управляющие сигналы с периодом Т_o nТ для блока ключей 5.

Блок 8 определения формы сигнала реализует последовательно следующие соотношения:

где ε(KT) X_пр(кт) Х_д(кт) сигнал ошибки;
Т_o nТ период времени определения формы сигнала и воздействия управления;
Т Т_o/n период квантования сигнала по времени;
n порядок аппроксимации сигнала на интервале Т_o и проверяет логические условия

где 0 ≅ ε_i < ε_iдоп.
и выдает сигналы о порядке аппроксимирующего полинома на интервале Т_o. Идентификатор производных 15 по разностям сигнала ошибки (1), поступающих в него с блока 8, реализует следующие соотношения для n≅4:

Эти зависимости получены в результате теоретических исследований и по ним точно определяются значения производных по значению n.

В отличие от прототипа разностные сигналы (1) ошибки Δε, Δ²ε, используются дополнительно и поступают на вход идентификатора 15, в котором формируются производные (2) в зависимости от полученного порядка n сигнала, поступающего с блока 8 определения его формы в конце каждого интервала, равного Т_o. По этому сигналу через дополнительно введенные замыкающиеся контакты реле Р1, Р2, Р3, Р4 (аналоговые ключи) коммутатора 9 (фиг.2) сигнал ошибки e(KT) и производные поступают на определенные корректирующие элементы 10. Эти корректирующие элементы выбираются так, чтобы обеспечить требуемое качество управления постоянным, линейным и параболически изменяющимся сигналами ε(t) на интервале времени Т_o, например, по алгоритмам вида:


где а₀, а₁, а₂, a₃, а₄ статические коэффициенты передачи объекта управления, равные старшей производной от ε(t) в моменты времени t kT_o, k 1, 2, 3.

значение сигнала ошибки и ее производных в конце каждого интервала времени Т_o.

Приведенные алгоритмы управления (3) получены путем решения задачи синтеза по критерию минимума дискретных шагов (быстродействия) переходных процессов.

При небольших периодах Т_o обычно n≅4.

В приведенном примере динамика объекта управления локально представляется элементарными звеньями, для каждого из которых применимы алгоритмы (3) корректирующих элементов 10, для реализации которых требуются сигнал ошибки ε(KT) и производные в конце каждого интервала Т_o в зависимости от порядка n (формы) ε(t).

Сумматор 11 объединяет выходы с корректирующих блоков на вход формирователя 12, который формирует, например, кусочно-постоянное или другое по форме эквивалентное управление на периоде Т_o. Это управление через исполнительное устройство 13 воздействует на объект 14 так, чтобы ошибка ε(t) уменьшилась до минимальных значений, а система в целом была бы устойчивее.

Адаптивная система управления работает следующим образом. Под воздействием внешнего возмущения F и других факторов появляется сигнал ошибки ε(t) на выходе сравнивающего устройства 2, который через квантователь 3 поступает в блок 8, в котором по дискретным значениям ε(KT), ε[(K-1)T]•ε[(K-2)T], ... , вычисляются разности (1), проверяются логические условия и на этой основе определяется форма сигнала на интервале времени Т_o. Информация о форме изменения ε(t) на интервале Т_o представляется в виде одиночных сигналов на выходах блока 8, соответствующих n 0, 1, 2, 3. Один из этих сигналов поступает на вход коммутатора 9 через каждые Т_o(. Разностные сигналы (1) через каждые Т_c поступают на вход блока 15 идентификации производных, в котором формируются производные по зависимостям (2). В конце каждого периода Т_o через замыкающиеся контактные группы коммутатора 9 сигнал ошибки ε(KT) и ее производные для полученного значения n подключаются к соответствующему корректирующему элементу 10 и тем формируется требуемое управление U(kТ_o) по одной из зависимости вида (3). Это управление поступает на формирователь 12, а с него на исполнительное устройство 13 и далее на объект управления 14. Под воздействием управления ошибка ε(KT)=X_пр(KT)-K_д(KT) уменьшается и тем повышается точность движения относительно Х_пр.

Введение блока идентификации производных от сигнала ошибки, рационально использующего имеющиеся разности Δε, Δ²ε, Δ³ε, ... в блоке определения формы сигнала и реализующего точные соотношения (3) для значений n≅4 приводит к повышению точности работы адаптивной системы управления объектами с заранее неопределенной структурой, имеющими один вход по управлению и один выход по регулируемой переменной. При этом исключается применение дополнительных датчиков непосредственного измерения производных в виде скоростей и ускорений, что приводит к упрощению системы и повышению надежности.

Использование: в дискретных адаптивных системах управления. Сущность изобретения: в базовую систему введен блок 15 идентификации производных от сигнала ошибки, входы которого подключены к разностным выходам блока 8 определения формы сигнала, а выходы через коммутатор 9 - к входам корректирующих элементов 10. 2 ил.

Адаптивная система управления, содержащая последовательно соединенные датчик, элемент сравнения, другой вход которого является входом системы, квантователь, блок определения формы сигнала, блок из n ключей, выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора, выходы которого подключены соответственно к входам n корректирующих элементов, соединенных выходами с входами сумматора, выход которого подключен через последовательно соединенные формирователь управляющего воздействия, исполнительное устройство и объект управления к входу датчика, выход квантователя соединен с соответствующей группой информационных входов коммутатора, а также генератор тактовых импульсов, выход которого через реле подключен к управляющему входу квантователя, а через делитель частоты к тактовому входу блока из n ключей, отличающаяся тем, что в нее введен блок идентификации производных от сигнала ошибки, входы которого подключены к разностным выходам блока определения формы сигнала, а выходы к соответствующим группам информационных входов коммутатора.