Адаптивная система управления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН Н 1)05 В 13 0юьОн.,3 Я ОПИСАН ИЗОБР ЕЛЬСТВУ ВТОРСКОМ,Ф С 8 Салыга х,НСК детельство СССР15/00, 1978.тельство СССР13/02, 1978 д задержквыходуличацелью пдействи ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(54)(57) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, содержащая сумматор объекта, подключенный выходом к входам объекта управления и модели объекта управления, первый выход которой подключен через блок задержки модели к первому входу сумматора модели, выход которого соединен с вторым входом модели объекта управления, соединенной вторым выходом с первым входом сумматора ошибки идентификации, второй вход которого подключен к выходу объекта управления, а управляющий вход сумматора ошибки идентификации соединен с.первым выходом блока управления, первый вход сумматора ошибки управления соединен с выходом блока задающих воздействий и с входом блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу сумматора ошицки управления, соединенного вторым входом с выходом объекта управления, второй вход сумматора объекта подключен через блоки объекта и информационному объекта управления, о т -ю щ а я с я тем, что, с овышения точности и быстро-.я, в нее введены сдвоенный блок умножения, сдвоенный блок квадратора, сдвоенный блок сумматора, сдвоенный блок деления, сдвоенный блок масштабных коэффициентов,блок умножения и блок задания стоимости управляющих воздействий, причем выход сумматора ошибки идентификации подключен к первому входусдвоенного блока умноже.ия, второйвход которого соединен с выходомсумматора объекта и с первым вхо-,дом сдвоенного блока квадратора,подключенного первым выходом к первому входу сдвоенного блока сумматора, первый выход сдвоенного блокаумножения подключен к первому входу сдвоенного блока деления, второйвход которого соединен с первымвыходом сдвоенного блока сумматора,а третий и четвертый входы сдвоенного блока деления подключены соответственно к второму выходу сдвоенного блока сумматора и к второмувыходу сдвоенного блока умножения,третий вход которого подключен к выходу сумматора модели и к второмувходу сдвоенного блока квадратора,четвертый вход сдвоенного блокаумножения подключен к первому вхо ублока умножения и к выходу блоказадания стоимости управляющих воздействий, выход сумматора ошибкиуправления соединен с пятым входомсдвоенного блока умножения, второйвыход сдвоенного блока квадраторасоединен с вторым входом блокаумножения, педключенного выходом квторому входу сдвоенного блокасумматора, первый н второй выходысдвоенного блока деления соединенысоответственно с первым и вторымвходами сдвоенного блока масштабных коэффициентов, первый выход которого подключен к второму входу сумматора модели, а второй выход сдвоенного блока масштабных коэфФициентов подключен к первому входу сумматора объекта.Изобретение относится к автомати ке и может найти применение в системах управления нестационарными объектамиподверженными воздействию неконтролируемых возмущений.Известна самонастраивающаяся система для регулирования объектов с запаздыванием, содержащая последовательно соединенные эталонную модель, блоки сравнения, первый умножитель, первый усилитель, первый интегратор и второй умножитель, второй вход которого соединен с выходом объекта регулирования, вторым входомпервого умножителя и вторым входом блока сравнения, а входы объекта регулирования и эталонной модели объединены, а также последовательно соединенные блок задержки, третий умножитель, второй усилитель, второй интегратор, четвертый умножитель, сумматор, выход которого соединен со вторым входом объекта регулирования, а вход - с выходом четвертого умножителя, первый вход третьего умножителя соединен со вторым входом четвертого умножителя, а второй вход с выходом блока сравнения 13,Однако этой системе присущи недостаточно высокие точность и быстродействие при управлении нестационарными объектами, объясняющиеся тем, что в процессе управления не учитывается возможный дрейф параметров объекта управления.Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система автоматического управления, содержащая сумматор объекта, подключенный выходом ко входам объекта управления и модели объекта управления, первый выход которой подключен через блок задержки модели к первому входу сумматора модели, выход которого соединен со вторым входом модели объекта управления, вторым выходом соединенной с первым входом сумматора ошибки идентификации, второй вход которого подключен к выходу объекта управления, а управляющий вход сумматора ошибки идентификации соединен с первым выходом блока управления, первый вход сумматора ошибки управления соединен с выходом блока задающих воздействий и с входом блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу сумматора ошибки управления, вторым вхОдом соединенного с выходом объекта управления, и второй вход сумматора объекта подключен через блок задержки объекта к информационному выходу объекта управления 123 . Однако известной системе автоматического управления также присущи недостаточно высокие точность и быстродействие, объясняющиеся отсутствием воэможности коррекции модели по мере изменения параметров объекта управления и задающего воздействия.Целью изобретения является повышение точности и быстродействия.Указанная цель достигается тем, что в предлагаемое устройство введены сдвоенный блок умножения, сдвоенный блок квадратора, сдвоенный блок сумматора, сдвоенный блок деления, сдвоенный блок маштабных коэффициентов, блок умножения и блок задания стоимости управляющих воздействий, причем выход сумматора ошибки идентификации подключен к первому входу сдвоенного блока умножения, второй вход которого соединен с выходом сумматора объекта и первым входом сдвоенного блока квадратора, первым выходом подключенного к первому входу сдвоенного блока сумматора, первыи выход сдвоенного блока умножения подключен к первому входу сдвоенного блока деления, второй вход которого соединен с первым выходом сдвоенного блока сумматора, а третий и четвертый входы сдвоенного блока деления подключены соответственно ко второму выходу сдвоенного блока сумматора и ко второму выходу сдвоенного блока умножения,. третий вход которого подключен к выходу сумматора модели и второму входу сдвоенного блока квадратора, четвертый вход сдвоенного блока умножения подключен к первому входу блока умножения и выходу блока задания стоимости управляющих воздействий, выход сумматора ошибки управления соединен с пятым входом сдвоенного блока умножения, второй выход сдвоенного блока квадратора соединен со вторым входом блока умножения, выходом подключенного ко второму входу сдвоенного блока сумматора, первый и второй выходы сдвоенного блока деления соединены соответственно с первым и вторым входами сдвоенного блока масштабных коэффициентов, первый выход которого подключен ко второму входу сумматора модели, а второй выход сдвоенного блока масштабных коэффициентов подключен к первому входу сумматора объекта. Такое соединение элементов позволяет в процессе управления постоянно подстраивать коэффициенты модели объекта управления и тем самым учитывать дрейф параметров объекта управления и задающего воздействия.,вычисляются значения45 (квадраты евклидовых нормсоответствующих векторов), которыеподаются на входы делителя Ы и рсдвоенного блока 14 деления. На входы делимого о(. и ) сдвоенного блока 14 деления поступает инФормацияс ныходов о и Ь сдвоенного блока 11умножения, у которого первая группана основании информации, поступающейс выхода сумматора ошибки идентификации б и выхода сумматора 1 объекта,вычисляет значение ( У -)к, а втораягруппа на основании информации, поступающей с сумматора 8 ошибки управления, блока 17 задания стоимости60 управляющих воздействий и выхода сум 65 На чертеже изображена блок-схема предлагаемой адаптивной системы управления для варианта нестационарного многомерного объекта управления свходами и одним выходом.Адаптивная система управления содержит сумматор 1 объекта, объект 2 управления, модель 3 объекта управления, блок 4 задержки модели, сумматор 5 модели, сумматор б ошибки идентификации, блок 7 управления, сумматор 8 ошибки управ,ления, блок 9 задающих воздействий, блок 10 задержки объекта, сдвоенный блок 11 умножения, сдвоенный блок 12 квадратора, сдвоенный блок 13 сумматора, сдвоенный блок 14 деления, сдвоенный блок 15 масштабных коэффициентов, блок 16 умножения, блок 17 задания стоимости управляющих воздействий. Блок 7 управления по сути представ-ляет собой таймер, управляющий работой блоков б и 8.Адаптивная система управления работает следующим образом.С выхода сумматора 1 объекта входное управляющее воздействие х подается на вход объекта 2 управле" ния, вход с модели 3 объекта управления, вход о( первой группы сдвоенного блока 12 кнадратора и на вход о первой группы сдвоенного блока 11 умножения. Сдвоенные блоки соответственно квадратора 12, умножения 11, сумматора 13, деления 14 и масштабных коэффициентов 15 состоят из двух параллельно и независимо работающих групп, собранных из аналогичных модулей, например операционных усилителей, причем первая группа модулей работает в контуре, решающем задачу идентификации, а вторая группа - н контуре, решающем собственно задачу управления.Информация о входном воздействии х с выхода состояния Ь объекта 2 управления через блок 10 задержки объекта с запаздыванием на один такт работы регулятора подается на вход р сумматора 1 объекта. С выхода о объекта 2 управления снимается информация об отклике объекта э на управляющее воздействие х и подается на вторые входы з сумматора б ошибки идентификации и сумматора 8 ошибки управления. По командам, поступающим с выходов а и Ь блока 7 управления, на вход которого подается сигнал У с блока 9 задающих воздействий, сумматор б ошибки идентификации вычисляет рассогласование между откликом объекта 2 упранления и откликом модели 3 объекта управления, поступающим с ее выхода Ь на первый нход сумматора б ошибки идентификации, а сумматор 8 ошибки упранления, на вход Ы которого также подается сигнал У" с блока 9 задающих воздействий, вычисляет рассогласование между откликом объекта 2 управления и сигналом Ук блока 9 задающих воздействий.Информация об ошибках идентификации и управления подается на входы К и р перной и второй групп сдвоенного блока 11 умножения соответственно. Информация о последнем значении коэффициентов модели 3 объекта управления через выход коэффициентов а и через блок 4 задержки модели с задержкой на один такт работы регулятора подается на вход р сумматора 5 модели, который служит для настройки коэффициентов модели 3 объекта управления. Информация с выхода сумматора 5 модели поступает также на вход р второй группы сдвоенного блока 12 квадратора и на третий вход р второй группы сдвоенного блока 11 умножения. Элементы векторов входных воздействий х и коэффициентов модели С н сдвоенном блоке 12 квадратора возводятся в квадрат, после чего элемеиты к (1= 1,) подаются на вход о первой группы сдвоенного блока 13 сумматоР ра, а элементы С; (1=1,) подаются на вход р блока 16 умножения, где умножаются на величины, обратно пропорциональные стоимости управляющих воздействий 1;, которые поступают на вход К блока 16 умножения от блока 17 задания стоимости управляющих воздействий. С выхода блока 16 умножения величины б " с подаются на вход р второй группы сдвоенного блока 13 сумматора. матора 5 модели, вычисляет значение(х" -У)Э 1.с. сдвоенный блок 14 деления на основании поступающей в него информации вычисляет упранляющие воздействия, которые черезсдвоенный блок 15 масштабных коэффициентов подаются .на входы Ы сумматора 1 объекта и сумматора 5 модели, а те, в свою очередь, вычисляют оптимальные значения управляющих воздействий х и коэффициентов с 5Модели 3 объекта управления.П р и м е р. Пусть объект описывается уравнениемУЯ"-С к о,где УГь 1 - отклик объекта на в-мтактеуХ 1- ь - мерный вектор входныхвоэдействий 1сф -в - мерный вектор неизвестныхкоэффициентов объекта управления.Модель 3 объекта управления задается уравнениемУ" Я:С -л)ХЯгде 9 ГпЭ - отклик модели;20С 7 оь - мерный вектор настраиваемох коэффициентов модели,Необходимо н процессе управленияминимизировать отклонение откликаобъекта 2 управления от задающеговоздействия У .о критерию минимума суммы квадр: тсв отклонений накаждом такте работы системы. Пустьобъект 2 учравления находится в некотором исходном состоянии к 0), ав модели 3 объекта управления установлены значения коэффициентов С 01.На первом такте работы .истемыблок 7 управления по своему выходуЬ дает команду на вычисление ошибкиУПРаВЛЕНИЯ Уоо - У; )1, а ПО ВЫХОДУ 35подае.ся команда запрещения вычислений на входсумматора б ошибкиидентификации. При этом на выходесумматора б ошибки идентификациипоявляется нуль. Сдвоенный блок 12 40кнадратора, блок 1 б умножения исдвоенный блок 13 сумматора вычисй Ь,ляют величиных,. "01 исЗ, сО),45 0 которые подаются на входы делителя сдвоенного блока 14 деления. Вычислительные ошибки управления моо - у 10) с выхода сумматора 8 ошибки управления и нуль с выхода сумматора б ошибки иденти. фикации подаются на входы р иы сдвоенного блока 11 умножения,на входы сС, Ф и Р" которого подаются значения ХО), 3 " и С 103, гдес 1 0 055О 32 0О,с 1матрица стоимости управлякщих воздействий, после чего на выходе сдвоенного блока 11 умножения появляется 60 нуль, а на выходе Ь появляется век,тор (Уф- У 101 )Э "С 01, В результате операции деления на выходе с сдвоенного блока 14 деления появляется нуль, а на выходе Ь - вектор 65 У"- УГОЙГ З.егокоторый, проходя через сдвоенный блок 15 масштабных коэффициентов, преобразуется в вектор видаПосле операции суммирования нсумматорах 1 и 5 объекта и модели соответстненно на их выходах появляются сигналыФк 1):корр оо),СЦ =С 03соответственно. Таким образом, на первом такте раб).ты системы происходит уточнение управляющего воздействия при неизменных параметрах модели 3 объекта управления. На втором такте работы блок 7 управления дает команду на вычисление ошибки идентификации н блоке.б и запрет на вычисление в сумматоре 8 ошибки управления, в результате чего на его выходе появляется нуль. В результате аналогичных операций в сумматоре 5 модели вычисляется новый вектор коэфФициентов модели:лУИ- УИСИЗ=С И+Рх 1,х, Г 13ос 1а на выходе сумматора 1 объекта со"храняется управляющее воздействиех 2= х 13,Таким образом, на П -м и и+1)-м такте работы системавычисляет управляющие воздействия и скорректированныезначения коэФфициентов модели 3объекта управления в нидеХИ="Г"-"3+Рх и Э С)-1,У -У -7, В С . )-11Ц+ЛЗ=СГ 1+Р УГРОЗ ЬЗЮ :Х) с.2соответственно. Можно показать, чтоуказанные алгоритмы являются оптимальными в классе адаптивных рекуррентных процедур, минимиэирукщих рас.согласование ух - уЬ 3 при бграничениях на энергетическую нормуф с 3 Г 3 ф:дх Щ)дхоЯИспользование .адаптивной модели,подстраивающейся ), изменяющимся характеристикам объекта управления,позволяет с высокой точностью и/38ВНИИ акаэ Тираж 842 Под Государственного комитета СССР делам изобретений н открытий осква, Ж, Раушская наб., д. сное 113 5,Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная быстродействием отслеживать воэможные иэменения в объекте управления и своевременно вырабатывать корректируаицие воздействия.Ожидаемый экономический эффект от испольэования адаптивного регулятора для управления технологическими процессами типового проиэводствакальцинированной соды по сравнениюс баэовым объектом составит 120 тыс.руб. в год эа счет снижения расходов5на 1 т. соды. Снижение себестоимостиготовой продукции составит 0,15 руб/тсоды.