Самонастраивающаяся система управления Советский патент 1982 года по МПК G05B13/02 

(5А) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к автоматическому управлению объектами с параметрическими возмущениями и ненаблюдаемыми аддитивными внешними возмущениями и может быть использовано, в частности в роботостроении в системах управления рабочими органами манипуляционных роботов и в металлообра батывающей промышленности в системах управления приводами главного движения металлорежущих станков и приводами прокатных станов. Известна самонастраивающаяся система управления, содержащая устройство идентификации и последовательно ,со единенные регулятор и объект управления, подключенный выходом к входу регулятора и входу устройства идентификации, выход которого соединен с входом настройки регулятора l. Недостатком известной системы является невозможность использования ее при наличии ненаблюдаемых внешних воз мущениях, ТЭК как устройство идентификации системы предназначено для идентификации только объектов с наблюдаемыми внешними возмущениями. Известна самонастраивающаяся система управления с сигнальной самонастройкой, содержащая эталонную модель и последовательно соединенные первый сравнивающий элемент, нелинейный элемент, объект управления, второй сравнивающий элемент и | егулятор, Нодключенный выходом к первому входу первого сравнивающего элемента, второй вход которого соединен с выходом объекта управления, а третий вход с эталонной модели, подключеннрй выходок кр второму входу второго сравнивающего элемента 2. .. Недостатками- данной известной системы являются неудовлетворительная степень инвариантности системы при широком диапазоне изменения параметров объекта управления и сложность задачи обеспечения устойчивости системы при больших скоростях изменения входных сигналов, что характерно для объектов управления указанных выше областей применения. Наиболее близким к предлагаемой техническим решением является система управления с переменной структуро содержащая модель объекта управления последовательно соединенные сумматор объект управления, сравнивающий элемент, вычислитель отклонения фазовых координат, первый релейный элемент, первый умножитель и последовательно соединенные второй релейный элемент и второй умножитель, причем вход вто рого релейного элемента соединен с в ходом сравнивающего элемента, второй вход которого подключен к выходу МО-дели объекта управления 31. Недостатком известной системы является относительная сложность его структуры и как следствие, неудовлет ворительная надежность. С целью повышения надежности само настраивающейся системы управления, она содержит усилитель, вход которог соединен с выходом второго умножител а выход - со вторым входом первого умножителя, подключенного выходом к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с входом модели объекта управления, второй вход второго умножителя соединен с выходом сравнивающего элемента. На чертеже изображена блок-схема системы. Система содержит модель объекта управления 1, сумматор 2, объект управления 3 сравнивающий элемент k, вычислитель отклонения фазовых координат 5 первый релейный элемент 6, Первый умножитель 7 второй релейный элемент 8, второй умножитель 9 и усилитель 10. Система работает следующим образом . Входной сигнал воздействует на вход модели 1 и через сумматор 2 на вход объекта управления 3. При отсутствии параметрических возмущений в объекте управшёния 3 и внешних возмущений, действующих на него, на выходе сравнивающего элемента сигнал равен нулю. В противном случае выходной сигнал сравнивающего элемента k, равный ошибке регулирования, поступает на вход вычислителя о клонения фазовых координат 5 второго релейного элемента 8 и второго умножителя 9. При этом на выходе вто рого релейного элемента 8 появляется сигнал, определяющий знак сигнала шибки, а на быходе второго умно)хителя Э - сигнал, пропорциональный модулю ошибки, который после усиления усилителем 10поступает на второй вход первого умножителя 7. Для придания этому сигналу нужного знака служит цепь из последовательно соединенных вычислителя 5 элемента 6 и умножителя 7- В этой цепи с помощью вычислителя отклонения фазовых координат 5 вычисляется отклонение точки, изображающей вектор ошибки регулирб ания в фазовом пространстве, от плоскости скольжения. Сигнал, пропорциональный этому отклонению, с вывода вычислителя отклонения фазовых , координат 5 поступает на вход первого релейного элемента 6, на выходе которого образуются сигнал знака отклонения вектора ошибки регулирования от гиперплоскости г.кольжения. В результате перемножения в первом умножителе 7 выходных сигналов усилителя 10 и первого релейного элемента 6 на первом входе сумматора 2 формируется дополнительное разрывное управление V, которое за счет выбора соответствующего коэффициента усилителя 10 обеспечивает выполнение в системе неравенства:, (см. чертеж) (, r b -boWln-a WF гЧо U)4( Vo)t вектор состояния объекта управления; непрерывное управление на входе системы; вектор ошибки между вектором состояния оббекта управления и вектором состояния его модели; вектор внешних возмущений;стационарная матрица модели объекта управления; нестационарная матрица объекта управления; 80tt)- мерный вектор-столбец передачи управлений и объектом управления; )(i). нестационарная матрица передачи возмущений объектом управления;Ч(6д-0)- левое и правое значение око ло точки Q кусочно-однозна ) ной нелинейной функции f () реализующей дополнительное разрывное управление V ; (JQ иг соответственно координаты п верхности скольжения и постоянный п-мерный векторстолбец, входящий в уравнение гиперплоскости d , onределяю цей поверхность скол жения j , ° 2) Т - символ транспонирования. Выполнение неравенства U) означа ет, что точка, изображающая вектор ошибки, ё находится на плоскости скольжения о т.е. справедливы соотношения (2 ). В качестве фукнции (б) допустимо использовать только функции из множества, которое должно быть ограниченно сверху и снизу, замкнуто/и выпукло. Инвариантность систе1г1ы к параметрическим возмущениям в объекте управ ления и к внешним возмущениям вектора ошибки системы к нулю, обеспечива ется выбором гиперплоскости скольжения в виде 6о 0. .. При аддитивном характере внешних |}|енаблюдаемых возмущений j когда матрица D(t) имеет вид Го О...О D(t) I (3) Ld,(t),drt(t)...dA(t); подобный выбор позволяет во время скольжения определить отношение изоб ражающей точки от поверхности скольжения в виде , .e, (U и придать системе с нестационарным объектом управления при действии нестационарных внешних возмущений свой ства.-стационарной линейной систе ш, инвариантной к внешним ненаблюдаемым возмущениям, вектор ошибки которой описывается системой линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами где е J. е , е,,... О 1 ОО R О О 1...О (5) --1ГЧ Более простая структура предлагаемой системы по сравнению с известной повышает ее надежность. Формула изобретения Самонастраивающаяся система управления, содержащая модель объекта управления, последовательно соединенные сумматор, объект управления, сравнивающий элемент, вычислитель отклонения фазовых координат, первый ре лейный элемент, первый умножитель и последовательно соединенные второй релёйный элемент и второй умножитель, причем вход второго репейного эле-, мента соединен с выходом сравнивающего элемента, второй вход которого подключен к выходу модели объекта управления, отли чающаяся тем, что, с целью повышения надежности системы, содержит усилитель, вход которого соединен с выходом второго умножителя, а выход - с вторым входом первого умножителя, подключенного выходом к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с входом модели объекта управления, второй вход второго умножителя соединен с выходом сравнивающего элемента. ; Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кузовков Н,Т. Модельное управление и наблюдающие устройства., М., Машиностроение, 1976, РИС. 6-6. 2.Громыко В.Д., Санковский Е.А. Самонастраивающиеся системы с моделью. М., Энергия, 197, рис. 3.Young K.-K.D. Design of Variable structure Model-Following Control Systems. - IEEE Transactions on Automation on Automatic Control, 1978, V, 23, H 6,,PP T-Q79-1083 1(прототип).