Адаптивная система управления с фильтр-корректором для динамических объектов с периодическими коэффициентами Российский патент 2017 года по МПК G05B13/00 

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано при построении адаптивных систем управления линейными динамическими объектами периодического действия с относительным порядком передаточной функции, большим единицы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является адаптивная система управления для динамических объектов с периодическими коэффициентами (Патент РФ №2427870, Официальный бюл. «Изобретения и полезные модели». - 2011, №24, прототип), содержащая объект регулирования, блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, последовательный фильтр-компенсатор (ПФК), первый умножитель, второй блок суммирования, блок задержки, второй умножитель, при этом выходы объекта регулирования соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, выходы блока задания коэффициентов подключены к входам первого блока суммирования, выход которого соединен с первым и вторым входами первого умножителя и вторым входом второго умножителя, выход первого умножителя подключен к первому входу второго блока суммирования, выход второго блок суммирования соединен с первым входом второго умножителя, а также входом блока задержки, выход которого подключен к второму входу второго блока суммирования, выход второго умножителя соединен с входом объекта регулирования.

Недостатком данной системы является невозможность точной компенсации нестационарных изменений внутренних коэффициентов объектов управления с целью обеспечения высокого качества работы системы.

Задачей, на решение которой направленно заявленное изобретение, является расширение функциональных возможностей системы, т.е. обеспечение точной компенсации нестационарных изменений внутренних коэффициентов объекта регулирования, за счет получения и использования оценок его переменных состояния.

Сущность изобретения состоит в том, что в адаптивную систему управления с фильтр-корректором (ФК) для динамических объектов с периодическими коэффициентами, содержащую объект регулирования, блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, введены: фильтр-корректор (ФК), n первых умножителей, n вторых умножителей, n вторых блоков суммирования, n блоков задержки (n - размерность вектора состояния объекта регулирования) и третий блок суммирования, при этом выходы объекта регулирования подключены к соответствующим входам блока задания коэффициентов, выходы блока задания коэффициентов соединены с соответствующими входами первого блока суммирования, выход первого блока суммирования подключен к входу четвертого блока суммирования ФК, выход которого соединен с входом n-1 интегратора ФК и является последним n-м выходом ФК, выход j интегратора ФК (j=n-1, n-2, …, 2) связан с входом последующего j-1 интегратора ФК с соответствующим коэффициентом, с k-м (k=2, 3, n-1) входом четвертого блока суммирования ФК, а также является j-м выходом ФК, а выход первого интегратора ФК с соответствующим коэффициентом связан с последним n-м входом четвертого блока суммирования ФК, а также является первым выходом ФК, каждый из n выходов которого соединен с первым и вторым входами соответствующего i-го (i=1, 2, n) первого умножителя и вторым входом i-го второго умножителя, выход каждого i-го первого умножителя подключен к первому входу i-го второго блока суммирования, выход которого одновременно соединен с первым входом i-го второго умножителя и входом i-го блока задержки, выход i-го блока задержки подключен ко второму входу i-го второго блока суммирования, выход каждого i-го второго умножителя соединен с соответствующим входом третьего блока суммирования, выход которого подключен к входу объекта регулирования.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена блок-схема системы управления; на фиг. 2 представлена блок-схема ФК. Система содержит: объект регулирования 1; блок задания коэффициентов 2; первый блок суммирования 3; ФК 4; первые умножители 5₁, …, 5_n; вторые блоки суммирования 6₁, …, 6_n; блоки задержки 7₁, …, 7_n; вторые умножители 8₁, …, 8_n; третий блок суммирования 9; четвертый блок суммирования ФК 10; интеграторы ФК 11₁, …, 11_n-1; х_1ФК, …, х_nФК - выходные сигналы фильтр-корректора; у₁, …, у_m - выходные сигналы объекта регулирования; u - входной сигнал объекта регулирования.

Объект регулирования описывается уравнением:

где x(t) - n-мерный вектор состояния;

A(t+T), b(t+T) - соответственно нестационарные матрица и вектор, элементы которых являются T-периодическими функциями времени;

y(t) - вектор выходных координат объекта;

* - символ транспонирования;

L - вектор, формирующий выход объекта;

u(t) - управляющее воздействие, удовлетворяющее соотношению:

где χ(t) - вектор настраиваемых параметров контура адаптации; x_ФК(t) - вектор оценок переменных состояния объекта регулирования (1), полученных с помощью ФК

где А_ФК - матрица в форме Фробениуса; b_ФК, b_ФК - стационарные векторы.

С помощью критерия гиперустойчивости В.М. Попова можно показать, что реализация алгоритмов самонастройки коэффициентов вектора χ(t) регулятора (2) в виде

где γ_0i - некоторые постоянные положительные величины; обеспечит точную компенсацию изменений внутренних параметров объекта регулирования и устойчивость системы управления.

Система функционирует следующим образом.

Сигналы y₁, …, y_m с выхода объекта регулирования 1 подаются на входы блока задания коэффициентов 2, внутри которого происходит их умножение на постоянный коэффициент, выходные сигналы блока задания коэффициентов 2 поступают на соответствующие входы первого блока суммирования 3, сигнал с выхода которого идет на вход ФК 4. Сигнал с входа ФК 4 (структурная схема представлена на фиг. 2) поступает на первый вход четвертого блока суммирования ФК 10, выходной х_nФК сигнал четвертого блока суммирования ФК 10 одновременно подается на вход интегратора ФК 11_n-1 и на последний выход ФК 4, сигналы х_jФК с выходов интеграторов ФК 11_j-1(j=n-1, n-2, …, 2) поступают на вход последующего интегратора ФК 11_j-1 с соответствующим коэффициентом, на k-й (k=2, 3, …, n-1) вход четвертого блока суммирования ФК 10, а также на соответствующий j-й выход ФК 4, выходной сигнал х_1ФК интегратора ФК 11₁ подается с соответствующим коэффициентом на последний n-й вход четвертого блока суммирования 10, а также на первый выход ФК 4. Выходные сигналы x_1ФК, …, х_nФК ФК 4 одновременно поступают на первый и второй входы первых умножителей 5₁, …, 5_n и на вторые входы вторых умножителей 8₁, …, 8_n, сигналы с выходов первых умножителей 5₁, …, 5_n с соответствующими коэффициентами γ_0i идут на первые входы вторых блоков суммирования 6₁, …, 6_n, выходные сигналы которых подаются на первые входы вторых умножителей 8₁, …, 8_n и на входы блоков задержки 7₁, …, 7_n, сигналы с выходов блоков задержки 7₁, …, 7_n идут на вторые входы вторых блоков суммирования 6₁, …, 6_n, выходные сигналы вторых умножителей 8₁, …, 8_n поступают на соответствующие входы третьего блока суммирования 9, сигнал с выхода которого подается на вход объекта регулирования 1.

Таким образом, введением в систему, содержащую объект регулирования, блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, последовательный фильтр-компенсатор (ПФК), первый умножитель, второй блок суммирования, блок задержки, второй умножитель, вместо ПФК - фильтр-корректора (ФК), вместо первого и второго умножителей, второго блока суммирования, блока задержки - n первых умножителей, n вторых умножителей, n вторых блоков суммирования, n блоков задержки (n - размерность вектора состояния объекта регулирования) и третий блок суммирования, обеспечивается точная компенсация нестационарных изменений внутренних коэффициентов объекта с использованием в контуре регулирования оценок его переменных состояния.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей системы, а именно - обеспечение точной компенсации нестационарных Т-периодических изменений внутренних коэффициентов объекта за счет получения и использования в контуре управления оценок его переменных состояния.

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

Комбинированная адаптивная система управления с фильтр-корректором (ФК) для динамических объектов с периодическими коэффициентами содержит объект регулирования, блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, ФК, n первых умножителей, n вторых умножителей, n вторых блоков суммирования, n блоков задержки, третий блок суммирования, соединенные определенным образом. ФК содержит четвертый блок суммирования, интегратор, соединенные определенным образом. Обеспечивается точная компенсация нестационарных изменений внутренних коэффициентов объекта. 2 ил.

Адаптивная система управления с фильтр-корректором для динамических объектов с периодическими коэффициентами, содержащая объект регулирования, блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, отличающаяся тем, что введены: фильтр-корректор (ФК), n первых умножителей, n вторых умножителей, n вторых блоков суммирования, n блоков задержки (n - размерность вектора состояния объекта регулирования) и третий блок суммирования, при этом выходы объекта регулирования подключены к соответствующим входам блока задания коэффициентов, выходы блока задания коэффициентов соединены с соответствующими входами первого блока суммирования, выход первого блока суммирования подключен к входу четвертого блока суммирования ФК, выход которого соединен с входом n-1 интегратора ФК и является последним n-м выходом ФК; выход j интегратора ФК (j=n-1, n-2, …, 2) связан с входом последующего j-1 интегратора ФК с соответствующим коэффициентом, с k-м (k=2, 3, …, n-1) входом четвертого блока суммирования ФК, а также является j-м выходом ФК, а выход первого интегратора ФК с соответствующим коэффициентом связан с последним n-м входом четвертого блока суммирования ФК, а также является первым выходом ФК, каждый из n выходов которого соединен с первым и вторым входами соответствующего i-го (i=1, 2, …, n) первого умножителя и вторым входом i-го второго умножителя, выход каждого i-го первого умножителя подключен к первому входу i-го второго блока суммирования, выход которого одновременно соединен с первым входом i-го второго умножителя и входом i-го блока задержки, выход i-го блока задержки подключен ко второму входу i-го второго блока суммирования, выход каждого i-го второго умножителя соединен с соответствующим входом третьего блока суммирования, выход которого подключен к входу объекта регулирования.