Адаптивная система управления

(51)5 С 05 В 13/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ПЮТ СССР К АВТОРСКОМУ С 8 ИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт проблем управления(57) Изобретение относится к автоматическому управлению и может бытьиспользовано в системах управленияМстационарными технологическимипроцессами. Цель изобретения - созда 2ние системы управления, где вместо сложного блока инвертирования матрицы используются простые блоки переключения 1012, синхронизатор 13 и блок идентификации 4, Это позволяет повысить динамическую точность системы. В зависимости от сигналов синхронизатора устройства переключения подключают к входу блока идентификации 4 выходы измерителей управляющего воздействия 1 и выходного сигнала объекта управления 3, или блоков формирования 6,7. За счет этих переключений идентификация объекта управления и обращение матрицы адаптируемос- . ти производится с помощью одного и того же блока. 1 ил,у(1 с) = СхОс) где А матрица следующего вида О О.уа а,35 х - вектор состояния объекта управления размерами и; Б - сигнал управления; В, С - матрицы параметров следующего видаС = О О О,40В = ГЬ,Ь,КоэфФициенты а Ь; в процессе .эксплуатации могут изменяться в широких пределах. При этом на номиналь ном (расчетном, эталонном) режиме,который может иметь место, например, при пуске системы, параметры объектауправления имеют значения а; = а Ь 1 = Ьа,50Объект управления может быть описан также передаточной функцией нида Ыо(г) = С(1 г - А) В где г - оператор сдвига.Передаточная функция объекта управления на расчетном (эталонном) режиме имеет вид Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано при автоматическом управлении технологическими процес 5 сами с нестационарными параметрами.Цель изобретения - повьппение динамической точности системы.На чертеже изображена структурная схема адаптивной системы управления.Система содержит блок 1 измерения , управляющего воздействия, объект 2 ,управления, измеритель 3 выходного ;сигнала объекта управления, блок 4 идентификации, ПИД-регулятор 5 с перестраиваемыми параметрами, первый 6 и, второй 7 блоки формирования, блок 8 эталонных параметров, блок 9 умно 1 жения матриц, первый 10, второй 11 и третий 12 блоки перекЛючения и синхрониэатор 13.Система работает следующим образом.Линейный объект 2 управления может быть описан следующим разностным уравнением 25 хОс+1)=Ах(1 с) .+ ВП(1 с), 11(г) = С(1 г - А) В,(3) Для обеспечения желаемых характеристик системе управления управление объектом осуществляется с помощью ПИД- регулятора 5 с перестраиваемыми параметрами. Он имеет передаточную функпию вида(4) где С, - параметры регулятора;г - оператор сдвига,Желаемые динамические характеристики системы задаются посредством определения эталонной системы, образованной объектом управления с переда" точной функцией (3), управление которым осуществляется эталонным регулятором зМя (г) = . Ср 1 г(5) где С; - параметры эталонного ПИДрегулятора.Целью адаптивного управления является обеспечение инвариантности передаточной функции системы к параметрическим возмущениям объекта управления за счет подстройки параметров ПИД-регулятора. При этом задача состоит в обеспечении соотношения. Мо(г)Чужее (г)- И(г)Ъс 1 рее(г) (6)Используя разложение Леверье соотношение (6) можно привести к видуТ( Г г арСА В)йеС (1-А) С;г "=( С ,)1: 1Поскольку (7) выполняется при ра 1-. венстве коэффициентов при одинаковых степенях г в левой и правой его частях,то ему можно поставить в соответствие систему линейных уравнений вида5 1553954 где С - матрица настраиваемых параметров регулятора вида бСостав элементов блоков формирования и имеющие место связи между элементами в них обеспечивают формирование блоками 6 и 7 матричных сигналовЬ , Ь из сигналов, соответствующихидентифицированным параметрам (поступают из блока идентификации 4) и эталонным параметрам (поступающим изблока эталонных параметров 8), Послетого как матричные сигналы Ь и Ь См,м Мсформированыопределение сигналов,соответствующих настраиваемым параметрам блока вычисления сигнала адаптивного управления 5, сводится к решению уравнения (8) относительно мат- н С - С,.С,:. С,1Ь,Ь- матрицы адаптируемости вида Ь Ье ЬЬи О О О Ь, ЬЬе.Ь 0 ОЬЬе Ь е - Ь ел и7(8 а) рицы С, Оно является линеиным и для11 брешения в предлагаемой системе испольЬрЕЕ а Ь . амМ н %-н еп-ч-зуются процедуры, реализующие алгоъ ,1 20 ритм идентификации в блоке 4 иденти"где С - матрица эталоннь парамет- фикации. В блоке 4 может быть испольров регулятора видазован любой алгоритм, гарантирующийтС=С;ССмм: ме; всостоятельность оценок при идентификации линейного объекта управления, илиФормирование мат и а аптр ц даптируемости 25 при решении линейной системы управлеосуществляется как и в с с еФи системе-про- ний (метод максимального правдоподототипе, в первом 6 и вто ом 7 блокаром 7 блоках бия, рекуррентный метод наименьшихформирования. Они каккак известно, состо- квадратов, алгоритмы, построенные наят из пе вого и вто огор и орого регистров основе метода наискорейшего спускациклического сдвига, 2 и+2. первых 3 О и т д ) Так б , би т.д, , аким о разом, блок идентии-входовых с мато овд ум. р , где и -порядок фикации в предлагаемой системе исобъекта управления (2 и + 2)и вто"у р , ( )и вто" пользуется для решения двух задач : арых сумматоров, (2 и + 2)и пе вых и) первых и задачи идентификации параметров линей(2 и + 2)и вторых блоков умножения ного объекта управления; определениеПричем выходы первых сумматоров каж"Э решении линейного уравнения (8).дый из и входов которых присоединен Порядок выполнения задач а и бк выходу соответствующего второго регламентируется синхронизатором 13сумматора, присоединен к выходным и блоками 10,11 и 12 переключения,клеммам блока формирования и к вход-., Во время цикла идентификации ца выхоным клеммам первого регистра цикли ды первого 1 О и второго 11 блоков печеского сдвига, Выход последнего при- реключения (на первый и второй входы,соединен к соответствующим входам. . блока 4 идентификации) поступают сиг-".клеммам блока формирования и к входу налы с выхода блока 1 измерения 1второго регистра циклического сдви- управляющего воздействия и измерига, выход которого присоединен к соот 45 теля 3 выходного сигнала объекта 2ветствующнм выходным клеммам блока управления соответственно, Включенному состоянию канала передачи информаго из вторых сумматоров присоединены цни от входа к выходу соответствуюсоответствующие последовательно вклю- щего переключателя соответствует логиченные первый и второй блоки умноже ческая единица, включенному состояния Причем первые входы первого и нию - логический ноль,вто ого блоковр локов умножения присоедине- В указанном положении блоков перены к соответствующим клеммам первого ключения передачи информации с третьвхода блока формирования, а второй их входов первого и второго блоковвход первого блока умножения - к 55 переключения к их входам нет. Передавыходу второго блока умножения, вто- чи информации на первый выход третьрой вход которого присоединен к соот-его блока переключения нет, поэтомуветствующей клемме второго входа бло- изменения сигнала на параметрическомка фо ми ован я входе объекта 2 управления не проис1553954 Корректор В, Гирняк Заказ 733 Тираж 662 Подписное ИНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул, Гагарина, 101 ходит - настройки параметров остаются прежними,В системе происходит идентификация параметров объекта 2 управления,вЫчисление матриц 1 и ЬС,5По прошествии требуемого числа циклов идентификации сигйал на выходесИнхронизатора изменяется, что привопит к изменению характеристик блоков10,11 и 12 переключения, Первый и второй блоки переключения начинают приэтом передавать информацию с их треть-.входов, Следовательно, на первыйвторой входы блока идентификациипоступают сигналы 1. и 1,С. На выходе же блока идентификации будутсигналы, соответствующие оценкам реений уравнения 8, Третий блок переключения также изменяет свои свойОтва - теперь идентификация с егот.входа поступает на первый выход, следовательно, решения Сй) уравнения:(8) поступают на параметрические входы ПИД-регулятора 5. 25По завершению цикла подстройкивновь начинается цикл идентификациипараметров объекта 2 управления, итак далее,Таким образом, обеспечивается ре. - 30уррентное решение уравнения настройи,8 и идентификация параметровсубъекта 2 управления.В отличие от системы-прототипа впредлагаемой системе не требуетсяосуществления операции инвертироваьия матриц, что позволяет существен 1 о снизить объем машинной памяти, занимаемой системой управления, Крометого, снижается время вычисления матрицы С, В предлагаемой системе, особенно при управлении объектами больи 1 ой размерности, удается существенНо снизить погрешности вычисленияПараметров блока вычисления параметров сигнала адаптивного управления,Основным источником которой в системе-прототипе является операция инвер.,ирования матриц. Сказанное в полНой мере относится к микропроцессор-Ной технике, где погрешности вычислеСоставитель АРедактор Н. Киштулинец Техред И.Вере ния усугубляются ограниченностью разрядной сетки.В силу существенного уменьшенияпогрешности вычислений оценок параметров С удается значительно повысить динамическую точность адаптивной системы управления.Формула изобретенияАдаптивная система управления,содержащая ПИД-регулятор, выход которого связан с входами блока измерения управляющего воздействия и объекта управления, выход которого черезизмеритель выходного сигнала объек-,та управления соединен с первым входом ПИД-регулятора, блок эталонныхпараметров, первый выход которого 4соединен с первыми входами первогои второго блоков формирования, а втойрой выход - с первым вхоДом блока умноже-,ния матриц, второй вход блока умноженияматриц подключен к выходу второго блока формирования, а такжеблок ицентификации, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения динамической точности системы,в нее введены первый, второй, третийблоки переключения и синхронизатор,выход синхронизатора подключен к первым входам первого, второго и третьего блоков переключения, второй входпервого блока переключения связанс выходом блока измерения управляющего воздействия, а третий вход - свыходом блока умножения матриц, а выход первого блока переключения связанс первым входом блока идентификации,второй вход которого связан с выходом второго блока переключения, авыход блока идентификации соединечс вторым входом третьего блока переключения, второй вход второго блокапереключения подключен к выходу измерителя выходного сигнала объектауправления, а третий вход - к выходупервого блока формирования, первыйвыход третьего переключателя соединен с входом ПИД-регулятора, а второй выход - с входами первого и второго блоков формирования,Лащев