Дифференциальная система идентификации Советский патент 1980 года по МПК G05B13/02 

1

Изобретение относится к области дифференциальных систем экстремальното управления. Оно может найти применение при идентификации линейных объектов, передаточные функции которых не имеют нулей, и коэффициенты уравнения которых приблизительно на порядок отличаются друг от друга, при условии, что априори заданы порядок структуры индентифицируемого объекта, верхняя и нижняя границы допустимых значений козффициентов его уравнения и выполнены условия асимптотической сходимости процесса поиска параметров моделей.

Известны системы идентификации, содержащие настраиваемую модель, блок сравнения, вычислитель критерия идентификации и исполнительное устройство, которое осуществляет изменение параметров модели. В качестве критерия идентификации в таких системах обь1чно применяется некоторый функционал, в общем случае завис51щий от входного сигнала, выходных сигналов модели и объекта, параметров модели и времени, а модель имеет фиксированную структуру, которая выбирается исходя

ИЗ априорных сведений об идентифицируемом объекте 1),2 и (З).

Однако в зтих системах структура модели оказывает большое влияние на точность и скорость настройки параметров модели. Точность системы в значительной степени зависит от адекватности. выбранной структуры модели структуре объекта, а скорость настройки параметров модели (быстродействие системы) в знaчитeл нoй степени определяется взаимосвязью сутцествующей между ними. При неортогональных параметрах каждый параметр необходимо регулировать несколько раз, применяя итеративные процедуры настройки. Указанные .обстоятельства значительно снижают то (ность и быстродействие известных систем.

Наиболее близкой по технической сущности к предложенной является дифференциальная система идентификацин, содержащая интегратор, вход которого подк1ючен ко входу объекта, а выход - ко входам первой и второй моделей объекта, выходы которых подключет1ы к первым входам соответственно первого и второго блоков сравнения, вторые входы которых подклю3чеНы к выходу объекта, а выходы - соответственно к первому и второму входам блока настройки параметров моделей, выходы которо го соединены с соответствующими управляющими входами первой и второй моделей объекта 4j. Однако для этой системы характерны низки точность и быстродействие. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия системы. Это достигается тем, что в системе выходы объекта, первой и второй моделей объекта подключены соответственно к третьему, четвертому и пятому входам блока настройки параметров моделей. Функциональная схема системы представлена на фиг. 1; функциональная схема ij-ro элемета блока настройки параметров моделей представлена на фиг. 2; принципиальная схема усилителя ПОСТОЯННОГОтока представлена на фиг. 3; переходнъте процессы выходных сигналов объек та и моделей объекта и пр.оцессы настройки па раметров моделей объекта при ступенчатом, линейном, квадратичном и гармоническом вход ных воздействиях представлены на фиг. 4-8. Система состоит из объекта I, первой и вто рой моделей 2, 3, первого и второго блоков сравнения 4,5, интегратора 6 и блока настройки параметров моделей 7. В состав блока настройки параметров 7, изменяющего значение 2 п параметров моделей, входит п зквивалентных злементов. Каждый из п злементов блока настройки параметров моделей 7 (фиг. 2) включает в себя по два симметричных взаимосвязанных канала, состоящих из семи интеграторов 8, 9, 10, 19, 20, 27, 28, восьми множительных устройств 11, 12 13, 14, 17, 18, 25, 26, трех блоков сравнения 15, 16, 29, двух блоков выделения модуля 21, 22, двух усилителей 23, 24,( усилитель 24 в от личие от усилителя 23 обеспечивает инверсию сигнала) и нелинейного злемента 30, обеспечивающего выделение знака сигнала рассогласования между значениями соответствующих настраиваемь1х; параметров. Все элементы блока настройки параметров моделей 7, модели объекта 2 и 3, блоки сравнения 4 и 5 и интегратор 6 представляют собо устройства, реализованные на базе аналоговой вычислительной техники с использованием су. шествующего двухканального усилителя постояиного тока (УПТ), принципиальная схема которого изображена на фигЗ. В приведенной схеме УПТ канал усиления с модуляцией и демодуляцией выполнен на транзисторах 31 -40. Включение интегрального прерывателя .1 по дифференциальной схеме существенно снижает величину паразитного заряда транзисторного модулятора. Для управле1тия модулятором 31 и демодулятором 40 в УПТ применен мультивибратор 34, 35, формирующий прямоугольные импульсы с частотой 2 кГц. Высокочастотньте составляющие входного сигнала поступают через разделительшнй конденсатор на щирокополосный усилитель, собранный на транзисторах 41-47. Суммирование сигналов происходит в дифференциальном каскаде 41-42. Коррекция частотной характеристики щирокополосного усилителя осуществляется корректирующей цепочкой 48, включенной в коллекторную цепь транзисторов 41-42. Схема уПТ с коэффициентом усиления 100 и 10 работоспособна в диапазоне температур t60C при изменении питающих напряжений ±10%. Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Пусть динамика квазистационарного объекта управления I описьтается векторным дифференциальным уравнением К-Лх--f ,х(0)0, где; (t) - п - мерный вектор выходных координат объекта; (t) -n - мерный вектор входного сигнала; ( аjj ( матрица неизвестных а jj (ij.f 1, 2,..., n) параметров х)бъекта, области изменения которых а( а1| заданы. Распознавание неизвестнъ1х параметров объекта производится при помощи попарно-встречш 1Х движений соответствующих параметров двух моделей объекта 2 и 3, динамика которых описывается дифференциальными уравнениями V.bVoM,VoCO)O.V2. ., Здесь у y(t) и Z z(t) -n - мернь1е векторы выходных координат моделей; fo о (t) -n мерный вектор управления настраиваемыми моделаями ( fо (0) -0); В libijl/ и С llcijil (i,j 1..., n) матрицы настраиваемых параметров, совершающих встречные движения в областях TY1ITX УПО% bjj(O), cij(O). Причем, ajjelajj, ajj bij(0),cij(0). Изменение параметров моделей объекта 2 и 3 осуществляется блоком настройки параметров моделей 7, который организует встречное движение параметров bjj и cjj ( ij 1,2,...n) по следующему закону аь../m-Ki ib jX.)VoiV2 r i CJCj./olt /dt.K..|c..x.-b.,.-a UignCb.j-Cjp. Здесь Kjj - коэффициент пропорциональности, определяющий скорость настройки ij пары параметров моделей; р при bjj Cij; sign (bij-cjj) jo при bij Cij; и при bij cjj: XQJ - координаты вектора xo являющегося решением o, Xo(0)0. Яоскольку парамет .b;j и Cij должны совер,пать попарно-встреч ные движения, в результате которых обеспе чивается встреча bij и cij в точке (ij 12,...,n), удовлетворяюшей условию Ytf ZQ Хр начальные значения bij(O) и Cjj (0) выберем в соответствии со следующи выражениями )а-;.д.с,(0., Sp« i-7r-Np;s ° r-.o. f {ot)v()b(n,tpw{p}(ii; ()A(p. f (). Здесь Д jj (i,j 1,..., п)-некоторые поло жительные добавки, обеспечивающие удовлетв рягельную идентификацию Для обеспечения линейной независимости законов настройки различных пар параметров моделей 2 и 3 начальные значения Ь; (0) и Cij (0) (i,J 1,/ 2,...,n) должны у довлетворять условию С (О) Ь )) Л (С (О) VO))sU.ju)AC|i 5); °,Я,,2.,...,п. Функциональная схема адатпвного идентификатора, изображенная на q,ir.l, работает следующим образом. Йа входы моделей объекта 2 и 3 поступает проинтегрированный интегратором 6 вход ной сигнал идентифицируемого объекта 1. Выходаые сигналы у и z моделей объекта 2 и 3 сравниваются в блоках 4 и 5 с выходным сигналом X объекта 1. Полученные на выходах элементов сравнений 4 и 5 сигналы рассогласований 6. и tj вместе с сигналами х, у и z поступают в блок настройки параметров моделей 7 для дальнейшего преобразования. Функциональная схема ij -го элемента блока настро ки параметров моделей 7 изображена на фи1;.2 фазовые координаты Xj , yj и zj после их интегрирования с помощью интеграторов 8, 9 и 10, перемножаются с сигналами, пропорциональными параметрам bjj и cjj моделей. Сформированные сигналы bij xoj и cjj XQJ на выходе пары множительных устройств 12, 13 и сигналы Cij ZQJ и bij Voj на выходе пары множительнъгх устройств И, 14 сравниваются между собой в блоках сравнения 15 и 16. Затем выходные сигналы bjj XQJ - cij ZQJ и cjj Xoj - bi Yoj блоков сравнения 15 и 16 пе ремножаются в множительных устройствах 17 и 18 соответственно с выходными сигналами F и , полученными путем И гтегрирования в интеграторах 19 и 20 составляющих Il Результирующие сигналы умножения по каждому каналу настройки подаются и блоки выделения модуля 21, 22, а затем усиливаются при помощи усилителей 23 и 24. Причем, сигнал, проходящий через усилитель 24, 11квертиpyeтcя.J cилeнныe сигналы интегрируются при помощи интеграторов 27 и 28. В результате на выходе ij- го элемента блока настройки параметров 7 формируются сигналы, пропорциональные настраиваемым гараметрам bfj и cjj. Эти сигналы сравниваются между собой в блоке сравнения 29. Образовавшийся сигнал рассогласования поступает на йелинейны элемент 30, который определяет его знак. Далее сигнал, опреде/яющий знак сигнала рассогласования, подаемся на входы множительных устройств 25 и 26. По«;ледние с помощью нелинейного элемента 30 обеспеч1шают встречное движение настраиваемых параметров bjj и cij, когда последние не равны по величине, и поддерживают их значения на равных уровнях после их встречи. Начальные значения параметров bij (0) и C|j (0) выставляются на интеграторах 25 и 26. Интегратор 6 применяется для сглаживания входного сигнала системы. На фиг. 4а, б, в соответственно приведены кривые переходных процессов настраиваемых моделей и объекта третьего порядка в режиме идентификации параметров aj и аз при ступенчатом воздействии и процессы настройки ftapaметров моделей 23 Ь,, с, и Ь, С;. На фиг. 5а, б, в соответственно приведены кривые переходных процессов настраиваемых моделей и объектов третьего порядка в режиме идентификации параметров aj и аз при линейном воздействии и процессы настройки параметров Ь, Cj и Ьз, Сз моделей 23На фиг. 6а, б, в соответственно приведены кривье переходных процессов настраиваемых моделей и объекта третьего порядка в режиме идентификации параметров aj и аз при квадратичном воздействии и процессы- настройки параметров bj, Cj и Ьз, Сз моделей 2,3. На фиг. 7а, б, в соответстьсинс приведены кривые переходных процессов настраиваемых моделей и объекта третьего порядка в режиме дентификации параметров aj и а при гармоническом воздействии и процессы настройки араметров bj, с. и Ьз. с-, моделей 2,.. На фиг. 8 а, б, в, г соответственно гфйвсены кривые гюреходпых процессов настраиваеых моделей и объекта тре1ъего порядка в ежиме идентификации трех парпметрои а,. 32 аз при ступенчатом возде 1ствии и принесем настройки тараметров bj bj, Ьз, с,, Cj и Сз моделей 23Формула .изобретения .Дифференциальная система идентифика ши, содержащая интегратор, вход которого подключен Kd входу объекта, а выход - ко входам первой и второй моделей объекта, выходы кото рых подключены к первым входам, соответственно первого и второго блоков сравнения, вторые входы которых подключены к выходу объекта, а выходы - соответственно к первому и второму входам блока настройки параметров моделей, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами первой и второй моделей объекта, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия системы, выходы объекта, 72 8 первой и второй моделей объекта подключены соответственно к третьему, четвертому и пятому входам блока настройки параметров моделей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Теория автоматического регулирования под ред. Солодовникова В. В., кн. 2, Мапшностроение, М., 1967, с. 138 - 142. 2.Masten М.К., Womach В.P. Adaptive modeling of time variable systems. Jnformation and Control, 1969, 15, № 3. 3.Гельфандбейн Л. A. Методы кибернетической диагностики динамических систем, Зинатке, Рига, 1967, с. 408-416. 4.Васильев В. А. Беспоисковые дифферен.циальные системы экстремального управления. В книге Самонастраивающиеся автоматические системы, Наука, 1965 (прототип).

,,

Х(0) X(Q) у , А- 200

0.5 ,,

f г.О 2,5 3,0

1,0

J5 5 В

(5

-DSlSKm

-Модель 2 -МоЗе/ibS

1-0 1.5 j:o 5-хг

огЛ

X

f.o 1,5 JD 2:5 W

(Риг. 7

728113

,y,z

2

Ji

283,313 323

.i.

yc(0)::(0)X(D)-0 K.20D,

,

-OSiSKm

-Mode/IbZ

-ffodeflbS

.0

Л a,z f х. 5оз- /Ш

УС(0)Х(0) К(0} 0