Устройство для контроля динамических систем

(54) У МИЧЕСК (57) И ТРОИСТВО ДЛЯИХ СИСТЕМобретение ои может быте систем ав НТРО А осится к автоиспользовано приматического уп" тике аай СЬ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К А ВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетР 769496, кл, С 05 В 2Авторское свидетельУ 1034018, кл. С 05 В равления. Цель изобретения - расширение функциональных возможностейустройства за счет контроля динамических нелинейных систем. Устройствосодержит генератор 1 тест-сигналов,амплитудно-импульсный модулятор 2,блоки 3, 11 вычитания, управляемыеусилители 4, 15, функциональные преобразователи 5, 10, сумматоры 6, 12,элементы 7, 14 задержки, задатчики8 значений вторых производных оценки и 9 коэффициентов усиления и пороговый элемент 13, Путем разложениянелинейной функции в ряд Тейлора ивычисления на этой основе прогнозируемых оценок состояния устройствообеспечивает контроль нелинейныхдинамических систем, 1 ил.Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в научных исследованиях и при контролесистем автоматического управления,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей устройства за счет контроля нелинейных динамических систем,Сущность изобретения заключаетсяв том, что текущая оценка состояниядинамической системы я (К+1) получена по результатам статистической обработки избыточного количества изме".рений Еа Поэтому следует полагать1(К+1) условным математическим ожиееданиемКК(Кк 1) = 11(К(Кк 1)1 К= 11 (1,(К+1)1где яо(К+ 1) " априорное значение случайного состояния динамической системы;11( ) - операция по определенаоматематического ожидания.Поэтому априорное значение состояния динамической системы следует искать в виде математического ожида ния оценки, полученной на предыдущем шаге. Для нелинейных динамических системгде. 11- нелинейная вектор-Функция;ь 1",К) - оценка состояния динамимческой системы на К-м шаге оценивания,Го гда;де я (К) 1) - математическое ожиданиеЩвектора я(К+ 1),Операция определения латематического ожидания обычным путем недает результата, так как(ке 1): к 1 т(к" (к К 11 ка(к)1,Достаточно точный результат можно получить, разлагая функцию йц(К) в ряд Тейлора относительно значения(К) и ограничиваясь с приемлемой 11)для практики точностью первыми тремя членами видаК,К = Р 1 оК (К)1. - -е -- АК .Г, 1 ЭГ (К)а(К) где =,1 - размерность вектора состояния;1 д - разность между оценкой вектора состояния и математическим ожиданием его апри О орного значения.Данное разложение для функцииЙц(К) проведено в непрерывном времени с фиксацией ее значений для моментов времени К.5 Вычислим математическое ожиданиедля (1).При этом учтем условия1. И 1 К (К) (к (К)1(,так кактщ(К) - детерминированная вектор функцияГр(К 1". 3 й Гя (К)к р,а- - к 1 К 1: -- - ИЬК 1=3 (К) Т . ЭК(К)в силу условия несмещенности оценок,11)(; Ь 8 = 6, - элементыаприорной ковариционной матрицы погрешности оценокеНа основании этого алгоритм вычисления априорных оценок имеет вид( 1,З К,(К)12;,;: д 1;Од, Ч Зная статистику случайного вектора состояния динамической системыя(К+ 1), можно заранее для выбранныхзначений К рассчитать величину слагаемого К(К)К(К) = ,К; -- ф -- , О",пуд2д40,э,;Значение функции У 8 (К) необходимо вычислять на основе оценок, полученных на К-м шаге.На чертеже показана функциональ 45 ная схема предлагаемого устройства.Устройство содержит генератор 1тест-сигналов, амплитудно-импульсный модулятор 2, первый блок 3 вычитания, первый управляемый усилитель4, первый функциональный преобразователь 5, гервый сумматор 6, первыйэлемент 7 задержки, задатчик 8 значений вторых производных оценки,задатчик 9 коэффициентов усиления, 55второй функциональный преобраэователь 10, второй блок 11 вычитаниявторой сумматор 2, пороговый элемент 13,. второй элемент 14 задержки второй управляемьй усилитель 15,1615677 6 Синхронизация работы решающихузлов (например, сумматоров) можетбыть обеспечена либо применениемспециальных сумматоров, не требующихдополнительных элементов, либо уста 5новкой на каждом входе (входах) узлаблока синхронизации,Функциональные преобразователи 5и 10 выполнены в виде нелинейных10элементов, например квадратора илисинусного преобразователя, в зависимости от вида математической моделидинамической системы и модели измерений.15Устройство реализует процесс получения текущих значений оценок,Оптимальная (в смысле средне-квадратичного критерия) текущая оценкасостояния 8+(К+1) описывается рекурентным соотношением у (К+ 1/К) - значение расчетных измерений, определенное поаприорным данным я (К+ 1)в функциональном преобразователе 5,К(К+ 1) - матрица передачи,Г 8+(О)Д = К(О) = ОСтимулирующее воздействие с выходда генератора 1 подается на входконтролируемой динамической системы.Иа выходе последней появляется случайный вектор состояния д(й), служащий входным сигналом модулятора:2По этому сигналу в устройстве определяются текущая оценка 1(К+1), атакже разность текущей и априорнойоценок 8(К+1), на основе которых спомощью элемента 14 задержки и усилителя 15 осуществляют управление состоянием контролируемой системы.Устройство работает следующим образом.Работа начичается с нулевого значения оценки 8 ф(0) = 0 (в элементезадержки 7 - нулевое значение сценки) Причем дф(0) = я,(0) =О. В мо"мент К=О по приходу на вход ампли К (К+1) = К)(К+1) + К(К+1) хд (к+ - у (+1)/к)-2 1, , а.,а.За тудно-импульсного модулятора 2 случайного значения сигнала д (в данном случае, при К=О это 8(1 длительностью, обеспечивающей нормальноесрабатывание элементов схемы устройства с амплитудой, соответствующейзначению д в момент К=.О. СигналЕ(К+ 1), равный Е(1), с одного из. выходов модулятора 2 поступает на входы задатчиков 8 и 9, а с .другого вы;.хода - на вход блока 3 вычитанияЗадатчик 9 обеспечивает установкукоэффициентов усиления К(К+1) усилителя 4 и ф(К,К"1) (усилителя 15 длясоответствующих значений К, При К=Оимеем К(1), 0, -1), при этом, -1) = О. С выхода задатчика 8сигнал К(К) поступает на первый вход12, при К=О, К(К)=.0. На входе вычитаемого блока 3 имеем расчетное значение сигнала у (1/0).С выхода блока 3 сигнал Е(1)- у (1/О), усиленный усилителем 4 в 25 К(1) раз, поступает на вход сумматора:6 С выхода первого элемента 7 задержки нулевое значение оценки 8(0),преобразованное в функциональном преобразователе 10 и сумматоре 12 к ви 30 дуа (1) = й(а+(0) + (0)поступает на второи вход сумматора 6и вход вычитаемого блока 11С выхода сумматора 6 сигнал оценки 35а) к ) + к(2( - у Ипоступает в элемент 7 задержки на1 такт и на вход уменьшаемого блока 4011С его выхода сигнал ) ц(1)= И (1) - аю(1) поступает на пороговый элемент 13 и на элемент 14 задержки натакт.В момент К=О,(11 (О,"1) =0 управ ление контролируемой системой неосуществляетсяСигнал 3 (1(1) сравнивается элементом 13 с заранее установленным пороговым значением Пп,). На его выходепоявляется сигнал "Объект годен"при 8(К+1)Б,юр и сигнал "Объектне годен" пРи Ь(1Опцие.В момент К=1 поступившее с выходамодулятора 2 на вход уменьшаемогоблока 3 значение сигнала Е(К+1) прйК=1, Е(К+ 1)=Е(2) обрабатывается ссигналом у(2/1), имеющимся на еговходе вычитаемого, Полученный с выхода блока 3 сигнал Е(К+1)- у(К+1/К)в данном случае при К=1, Е(2)- у (2/1), усиленный усилителем 4 в К(2) раз, подается на первый вход сумматора 6, на второй вход которого поступает из сумматора 12 априорное значение состояния динамической системы д,(2)Едф(1)+ К(1).Полученное в результате суммирования указанных величин на выходе сумматора 6 текущее значение оценки состоянияД (К+1) = д(К+1) + К(К+1) х хЕ(К+1) - у(К+1(К)1При К=1 д 11(2) = д(2) + К(2) х х 1 Е(2) - (2/1)Д поступает в элемент 7 задержки на 1 такт и на вход уменьшаемого блока 11, на вход вычитаемого которого поступает сигнал я (г) = Гф(1) + Ц 1)С выхода блока 11 сигнал Ч(2) =К(2) - д (2) поступает в элементы 13 и 14, в последнем указанное значение задерживается, а хранившееся значение Ь 1(1) передается на вход усилителя 15, Значение Ч(1)усиленное усилителем 15 при К=1 в 1(1,0) раэ, воздействует на управ ляющий вход контролируемой динами"ЗО ческой системы, приводя ее в нормальное состояние.В дальнейшем при К=2,3описанный цикл повторяетсяВ ходе контроля состояния нели нейной динамической системы используются параметры К,(17, К, определенные в результате синтеза системы.Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1 ОУстройство для контроля динамических систем, содержащее генератор тест-сигналов, амплитудно-импульсный модулятор, первый блок вычитания, два управляемых усилителя, первый сумматор, два элемента задержки, эадатчик коэффициентов усиления и пороговый элемент, выход которого явля ется выходом устройства для сигнали зации о состоянии контролируемой системы, информационный вход второго управляемого усилителя соединен с выходом второго элемента задержки,а выход связан с выходом устройствадля подачи управляющих воздействийна контролируемую систему, управляющие входы управляемых усилителей подключены к выходу задатчика коэффициентов усиления, выход первого управляемого усилителя соединен с входом первого слагаемого первого сумматора, а информационный вход - свыходом первого блока вычитания, входуменьшаемого которого связан с первым входом амплитудно-импульсного модулятора, второй выход которого подключен к входу задатчика коэффициента усиления, а вход служит входомустройства для ввода замеров с .контролируемой системы, выход генераторатест-сигналов является выходом устройства для подачи тестовых воздействий на контролируемую систему, о т-.л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возмож "ностей. устройства за счет контролянелинейных динамических систем, вустройство введены два функциональныхпреобразователя, задатчик значенийвторых производных оценки, второйблок вычитания и второй сумматор, входпервого слагаемого которого соединенс выходом второго функциональногопреобразователя, вход второго слагаемого - с выходом задатчика значений вторых производных оценки, а вы"ходс входом второго слагаемого первого сумматора и входом вычитаемоговторого блока вычитания, выход которого связан с входами порогового элемента и второго элемента задержки,вход уменьшаемого второго блока вычитания и вход первого элемента задержки подключены к выходу первогосумматора, выход первого элемента задержки соединен с входом первого ивторого функциональных преобразователей, выход первого Функциональногопреобразователя связан с входом вычитаемого первого блока вычитания,второй выходамплитудно-импульсногомодулятора подключен к входу задат-чика значений вторых производныхоценки.