САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ ПО УПРАВЛЕНИЮ Российский патент 2006 года по МПК G05B13/02 

Описание патента на изобретение RU2281541C1

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления объектами, параметры которых - неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины, а измерению доступен только выходной сигнал объекта, но не его производные.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является самонастраивающаяся система управления для объектов с запаздыванием по управлению [Патент RU 2210800, МКИ 7 G 05 В 13/02, 2003], содержащая объект регулирования, первый блок задания коэффициентов, первый сумматор, первый умножитель, первый интегратор, второй умножитель, второй сумматор, второй интегратор, второй блок задания коэффициентов, третий сумматор, третий умножитель, третий интегратор, четвертый умножитель, четвертый сумматор, блок задержки на величину τ, при этом выходы объекта регулирования соединены с соответствующими входами первого блока задания коэффициентов, входы первого сумматора подключены к соответствующим выходам первого блока задания коэффициентов, первый вход второго сумматора подключен к выходу четвертого сумматора, второй вход второго сумматора подключен к выходу блока задержки, третий вход второго сумматора связан с выходом второго блока задания коэффициентов, выход второго сумматора подключен к входу второго интегратора, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора и к входу второго блока задания коэффициентов, второй вход третьего сумматора связан с выходом первого сумматора, выход третьего сумматора соединен со вторым входом первого умножителя и c первым входом третьего умножителя, второй вход третьего умножителя подключен к выходу первого сумматора, выход третьего умножителя подключен к входу третьего интегратора, выход третьего интегратора соединен с первым входом четвертого умножителя, второй вход четвертого умножителя связан с выходом первого сумматора, выход четвертого умножителя связан со вторым входом четвертого сумматора, а первый вход четвертого сумматора связан с выходом второго умножителя, выход четвертого сумматора подключен к входу блока задержки, входу объекта регулирования и к первому входу второго сумматора, выход блока задержки подключен к второму входу второго сумматора, второму входу второго умножителя и к первому входу первого умножителя.

Недостатком этой системы является невозможность ее работы с объектами, у которых измерению доступен только выходной сигнал объекта, но не его производные.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей системы, т.е. обеспечение возможности управления объектами, у которых измерению доступен только выходной сигнал, но не его производные.

Сущность изобретения состоит в том, что в систему, содержащую объект регулирования, первый блок задания коэффициентов, первый сумматор, первый умножитель, первый интегратор, второй умножитель, второй сумматор, второй интегратор, второй блок задания коэффициентов, третий сумматор, третий умножитель, третий интегратор, четвертый умножитель, четвертый сумматор, блок задержки на величину τ, входы первого сумматора подключены к соответствующим выходам первого блока задания коэффициентов, второй вход второго сумматора подключен к выходу блока задержки, третий вход второго сумматора связан с выходом второго блока задания коэффициентов, выход второго сумматора подключен к входу второго интегратора, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора и к входу второго блока задания коэффициентов, второй вход третьего сумматора связан с выходом первого сумматора, выход третьего сумматора соединен со вторым входом первого умножителя и с первым входом третьего умножителя, второй вход третьего умножителя подключен к выходу первого сумматора, выход третьего умножителя подключен к входу третьего интегратора, выход третьего интегратора соединен с первым входом четвертого умножителя, второй вход четвертого умножителя связан с выходом первого сумматора, выход четвертого умножителя связан со вторым входом четвертого сумматора, а первый вход четвертого сумматора связан с выходом второго умножителя, выход четвертого сумматора подключен к входу блока задержки и объекта регулирования и к первому входу второго сумматора, выход блока задержки подключен ко второму входу второго сумматора, второму входу второго умножителя и к первому входу первого умножителя, дополнительно введен фильтр переменных состояния, при этом выход объекта управления подается на фильтр переменных состояния, выходы фильтра переменных состояния подаются на соответствующие входы первого блока задания коэффициентов.

Вводя в систему фильтр переменных состояния, получают в системе новую функцию, которая заключается в том, что теперь система может работать с объектами, у которых измерению доступен только выходной сигнал, но не его производные.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемой системы; на фиг.2 - схема блока фильтра переменных состояния; на фиг.3 - схема звена фильтра переменных состояния.

Система содержит объект регулирования 1, первый блок задания коэффициентов 2, первый сумматор 3, первый умножитель 4, первый интегратор 5, второй умножитель 6, второй сумматор 7, второй интегратор 8, второй блок задания коэффициентов 9, третий сумматор 10, третий умножитель 11, третий интегратор 12, четвертый умножитель 13, четвертый сумматор 14, блок задержки 15, фильтр переменных состояния 16.

Объект регулирования описывается уравнением

где ρ=d/dt, - оператор дифференцирования, φ(t)∈R - скалярный выход объекта, τ=const>0 - известное постоянное запаздывание, α(р), ω(р) - соответственно числитель и знаменатель передаточной функции объекта управления, degω(р)=n - порядок полинома знаменателя передаточной функции объекта управления, degα(р)=m - порядок полинома числителя передаточной функции объекта управления, u(t)∈R - скалярное управляющее воздействие, удовлетворяющее уравнению

где y(t) - m-мерный вектор отфильтрованных значений выхода объекта регулирования, α0 - m-мерный вектор коэффициентов,

α0*α(λ) - гурвицевый квазиполином степени n-1 с положительным старшим коэффициентом (α(λ) - числитель передаточной функции объекта регулирования).

Отфильтрованные выходные координаты объекта получаются с помощью фильтра переменных состояния, который состоит из одинаковых, последовательно соединенных звеньев, имеющих следующее описание

где i=2...m - число используемых звеньев, yi-1(t) - выход предыдущего звена, у1(t)=φ(t) - первое значение вектора отфильтрованных выходных координат объекта.

В качестве звена 3 используются динамические звенья, имеющие передаточную функцию вида

где T1>0, T2>0 - постоянные времени, Т1≫Т2.

С помощью критерия гиперустойчивости Попова можно показать, что асимптотическую устойчивость системе будут обеспечивать следующие алгоритмы настройки

где β>0 - число, γ>0 - число, z(t) - выход дополнительного контура, динамика которого описывается уравнением

где а0>0 - число.

Система функционирует следующим образом.

Сигнал U1=φ с выхода объекта регулирования 1 поступает на фильтр переменных состояния 16, сигнал U16=y с выходов фильтра переменных состояния 16 поступают на соответствующие входы блока задания коэффициентов 2. В блоке задания коэффициентов 2 происходит умножение отфильтрованного сигнала выхода объекта регулирования 1 yi на постоянный коэффициент вектора α0. Сигналы с выходов блока задания коэффициентов 2 поступают на соответствующие входы блока суммирования 3. Сигнал U30*·y с выхода блока суммирования 3 приходит на второй вход третьего сумматора 10, на второй вход третьего умножителя 11 и на второй вход четвертого умножителя 13, сигнал U10=ν с выхода третьего сумматора 10 подается на второй вход первого умножителя 4 и на первый вход третьего умножителя 11, сигнал U4=γ·u(t-τ)·ν с выхода первого умножителя 4 поступает на вход первого интегратора 5, сигнал U5=k с выхода первого интегратора 5 поступает на первый вход второго умножителя 6, сигнал U6=k·u(t-τ) с выхода второго умножителя 6 подается на первый вход четвертого сумматора 14, сигнал U11=β·α*0·γ·ν с выхода третьего умножителя 11 поступает на вход третьего интегратора 12, сигнал U12=χ с выхода третьего интегратора 12 поступает на первый вход четвертого умножителя 13, сигнал U13=χ·(α0*·γ) с выхода четвертого умножителя 13 подается на второй вход четвертого сумматора 14, сигнал U14=u с выхода четвертого сумматора 14 идет на вход объекта регулирования 1, на первый вход второго сумматора 7 и на вход блока задержки 15, сигнал U15=u(t-τ) с выхода блока задержки 15 идет на второй вход второго сумматора 7, на первый вход первого умножителя 4 и на второй вход второго умножителя 6, сигнал с выхода второго сумматора 7 подается на вход второго интегратора 8, сигнал U8=z с выхода второго интегратора 8 подается на первый вход третьего сумматора 10 и на вход второго блока задания коэффициентов 9, сигнал U90·z с выхода второго блока задания коэффициентов 9 поступает на третий вход второго сумматора 7.

Функциональная схема фильтра переменных состояния представлена на фиг.2; функциональная схема звена , из которых состоит фильтр переменных состояния, представлена на фиг.3.

Первый суммирующий вход пятого сумматора 17 (для i-го звена) связан с выходом предыдущего звена yi-1 (или в случае первого звена y1=φ), выход пятого сумматора 17 связан с входом четвертого интегратора 18, первый вход пятого сумматора 19 связан с выходом четвертого интегратора 13, второй вход шестого сумматора 19 связан с выходом предыдущего звена yi-1 (или в случае первого звена y1=φ), на выходе шестого сумматора 19 формируется сигнал yi, который является одновременно выходом фильтра переменных состояния и входом следующего звена .

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

Похожие патенты RU2281541C1

название год авторы номер документа
САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ АСТАТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ ПО УПРАВЛЕНИЮ 2005
  • Еремин Евгений Леонидович
  • Теличенко Денис Алексеевич
RU2282883C1
САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ ПО УПРАВЛЕНИЮ 2001
  • Еремин Е.Л.
  • Ильина Л.В.
RU2210800C2
САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ АСТАТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ ПО УПРАВЛЕНИЮ 2010
  • Еремин Евгений Леонидович
  • Косицын Василий Юрьевич
  • Рыбалёв Андрей Николаевич
  • Теличенко Денис Алексеевич
RU2437137C2
САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ ПО УПРАВЛЕНИЮ 2010
  • Еремин Евгений Леонидович
  • Косицын Василий Юрьевич
  • Рыбалёв Андрей Николаевич
  • Теличенко Денис Алексеевич
RU2437136C2
САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ ПО УПРАВЛЕНИЮ 2010
  • Ерёмин Евгений Леонидович
  • Чепак Лариса Владимировна
RU2427869C1
РОБАСТНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ ПО УПРАВЛЕНИЮ 2009
  • Ерёмин Евгений Леонидович
  • Теличенко Денис Алексеевич
  • Охотников Сергей Саянович
RU2402798C1
АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА СЛЕЖЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ ПО УПРАВЛЕНИЮ 2005
  • Еремин Евгений Леонидович
  • Теличенко Денис Алексеевич
RU2294005C1
АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ АПРИОРНО-НЕОПРЕДЕЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ 2013
  • Еремин Евгений Леонидович
  • Чепак Лариса Владимировна
  • Шеленок Евгений Анатольевич
RU2530277C1
СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ АПРИОРНО-НЕОПРЕДЕЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ ПО УПРАВЛЕНИЮ 2011
  • Еремин Евгений Леонидович
  • Чепак Лариса Владимировна
RU2449337C1
АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ С ПЕРИОДИЧЕСКИМИ КОЭФФИЦИЕНТАМИ 2010
  • Ерёмин Евгений Леонидович
  • Шеленок Евгений Анатольевич
RU2427870C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 281 541 C1

Реферат патента 2006 года САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ ПО УПРАВЛЕНИЮ

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления объектами с известным запаздыванием, параметры которых - неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины, а измерению доступен только выходной сигнал объекта. Технический результат заключается в обеспечении возможности управления объектами, у которых измерению доступен только выходной сигнал объекта, но не его производные. Самонастраивающаяся система содержит объект регулирования, два блока задания коэффициентов, четыре сумматора, четыре умножителя, три интегратора, блок задержки, фильтр переменных состояния. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 281 541 C1

Самонастраивающаяся система управления для объектов с запаздыванием по управлению, содержащая объект регулирования, первый блок задания коэффициентов, первый сумматор, первый умножитель, первый интегратор, второй умножитель, второй сумматор, второй интегратор, второй блок задания коэффициентов, третий сумматор, третий умножитель, третий интегратор, четвертый умножитель, четвертый сумматор, блок задержки, входы первого сумматора подключены к соответствующим выходам первого блока задания коэффициентов, второй вход второго сумматора подключен к выходу блока задержки, третий вход второго сумматора связан с выходом второго блока задания коэффициентов, выход второго сумматора подключен к входу второго интегратора, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора и к входу второго блока задания коэффициентов, второй вход третьего сумматора связан с выходом первого сумматора, выход третьего сумматора соединен с вторым входом первого умножителя и с первым входом третьего умножителя, второй вход третьего умножителя подключен к выходу первого сумматора, выход третьего умножителя подключен к входу третьего интегратора, выход третьего интегратора соединен с первым входом четвертого умножителя, второй вход четвертого умножителя связан с выходом первого сумматора, выход четвертого умножителя связан с вторым входом четвертого сумматора, а первый вход четвертого сумматора связан с выходом второго умножителя, выход четвертого сумматора подключен к входу блока задержки, входу объекта регулирования и к первому входу второго сумматора, выход блока задержки подключен к второму входу второго сумматора, второму входу второго умножителя и к первому входу первого умножителя, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введен фильтр переменных состояния, при этом выход объекта управления поступает на фильтр переменных состояния, выходы фильтра переменных состояния подаются на соответствующие входы первого блока задания коэффициентов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2281541C1

САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ ПО УПРАВЛЕНИЮ 2001
  • Еремин Е.Л.
  • Ильина Л.В.
RU2210800C2
RU 2058577 C1, 20.04.1996
РОБАСТНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ 2002
  • Еремин Е.Л.
  • Самохвалова С.Г.
  • Семичевская Н.П.
RU2222040C1
Самонастраивающаяся система управления 1982
  • Еремин Евгений Леонидович
  • Крывчак Александр Павлович
  • Цыкунов Александр Михайлович
SU1105860A1
Адаптивная система управления 1988
  • Цыкунов Александр Михайлович
  • Еремин Евгений Леонидович
  • Михайлов Вадим Львович
SU1578696A2
Способ подготовки к работе прокатных валков 1983
  • Полухин Владимир Петрович
  • Ефименко Сергей Петрович
  • Николаев Владимир Алексеевич
  • Белевитин Владимир Анатольевич
  • Пилюшенко Виталий Лаврентьевич
  • Отерин Давид Абрамович
  • Голубчик Рудольф Михайлович
  • Попов Григорий Михайлович
  • Радюкевич Леонид Владимирович
  • Панков Михаил Иванович
SU1135508A1
US 5301101 А, 04.05.1994
СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ВУЛКАНИЗОВАННЫХ РЕЗИН К МЕТАЛЛУ 2006
  • Каблов Виктор Федорович
  • Шиповский Иван Яковлевич
  • Бондаренко Сергей Николаевич
  • Горяйнов Игорь Юрьевич
  • Кейбал Наталья Александровна
RU2307857C1
Способ окисления боковых цепей ароматических углеводородов и их производных в кислоты и альдегиды 1921
  • Каминский П.И.
SU58A1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ЯЧЕЙКЕ 0
SU180669A1
Бесколесный шариковый ход для железнодорожных вагонов 1917
  • Латышев И.И.
SU97A1

RU 2 281 541 C1

Авторы

Ерёмин Евгений Леонидович

Теличенко Денис Алексеевич

Даты

2006-08-10Публикация

2005-05-26Подача