Адаптивная система стабилизации нестационарного дискретного объекта

(21 (22 46 значений, сумматоры, блок коррекции,блок задания, блок вычисления управляющих воздействий, исполнительноеустройство, Для достижения поставленной цели в систему введены блоккомпараторов, входы которого подключены к выходам первого блока сумматоров, а выходы соединены с первымивходами блока элементов И, выходыкоТорого соединены с управляющимивходами блока управляемых делителей,первые информационные входы которого подключены к выходам первого блока сумматоров, сумматор, первый входкоторого подключен к измерителю выходной величины, второй вход - к входу блока вычисления текущего среднего значения выходной величины, авыход соединен с информационным входом управляемого запоминающего устройства, управляемый вход которогочерез компаратор подключен к выходуизмерителя выходной величины, а выход соединен с вторыми информационными входами блока управляемых делителей. Выходы последнего через блокмасштабных усилителей соединены спервыми входами второго блока суммаыторов, выходы вторым входам ющи и к ав т памсумм торов, в через бл ств да вторым и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт им. Л.И.Брежнева(56) Ройтман Н.С., Чадеев В.М. Построение моделей процессов производ-ства. - М.: Энергия, 1975,с.161-163.Ройтман Н.С., Чадеев В.М, Стабилизация выхода нестационарного объекта и оценка степени идентичности. -В кн. Методы автоматизации систем.М,: Энергия, 1972, с.311-327(54) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИНЕСТАЦИОНАРНОГО ДИСКРЕТНОГО ОБЪЕКТА(57) Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для стабилизации выхода нестационарного, преимущественно линейного объекта, подверженного влиянию помех. Изобретениепозволяет повысить точность выходнойкоординаты объекта управления, чтодостигается совмещением режимов обучения и управления и уменьшениемвлияния помех. Система содержит измерители входных и выходных величин,блоки вычисления их текущих средних оторого подключены лока вычисления уп йствий и через бло м входам второго блокассод порогового устройк задержки подключен кблока элементов И, 1254434Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для стабилизации выхода нестационарного, преимущественно линейного объекта, подверженного влиянию помех.Цель изобретения - повышение точности стабилизации выхода нестационарного линейного объекта,Введение дополнительных блоков и связей позволяет исключить разделение во времени режимов обучения и управления, так как не имеется мо дели собственно объекта, а коэФФициенты, связывающие отклонения возмущений с требуемым для их компенсации управляющим воздействием корректируются непосредственно, так, что выходная величина статистичесКи не зависит от отклонений возмущений и на нее не влияют изменения параметров объекта управления.На Фиг. 1.изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 поясняется принцип его работы.Адаптивная система стабилизациивыхода нестационарного линейного объекта состоит из объекта 1 управления,на входе которого действуют контролируемые возмущения (входные величины) х,й 3,хм 1 х й 1 и неконтролируемые возмущения 1,Н, ,йа на выходе - (Н 1 блока 2 измерения входных величин, выходы которого соединены с входами блока 3 вычисления текущих средних значений входных величин, выходы которого соединены с первыми входами первого блока 4 сумматоров, вторые входы которого соединены с выходами блока 2 измерения входных величин. Выходы первого блока 4 сумматоров соединены с входами блока 5 компара" торов и информационными входами блока 6 вычисления управляющих воздействий. Блок 5 компараторов настраивается так, что сигнал присутствует на каком-либо его выходе в том случае, если сигнал на соответствующемвходе превьппает по абсолютной величине заданное значение отклонения возмущений о; , Выходы блока 5 компараторов подключены к первым входам блока 7 элементов И, Измеритель 8 выхоДной величины подключен к входу блока9 вычисления текущего среднего зна 1 и 3:аЬхй 3,5 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чения выходной величины, к первому входу сумматора 10 и входу компаратора 11. Выход блока 9 вычисления текущего среднего значения выходной величины соединен с вторым входом сумматора 10 и первым входом блока 12 коррекции управления, второй вход которого подключен к задатчику 13 выходной величины. Выход сумматора 10 подключен к входу управляемого запоминающего устройства (УЗУ) 14, осуществляющего запоминание отклонения выходного параметра от его текущего среднего значения, Управляющий вход УЗУ 14 подключен к выходу компаратора 11, а выход - к первым входам блока 15 управляемых делителей, вторые входы которого подключены к выходам первого блока 4 сумматоров, а управляемые входы - к выходам блока 7 элементов И. Выход компаратора 11 соединен через блок 16 задержки с вторыми входами блока 7 элементов И. Выходы . блока 15 управляемых делителей соединены со входами блока 17 масштабных усилителей с коэФФициентами, вьгходы которого подключены к первым входам второго блока 18 сумматоров. Выходы второго блока 18 сумматоров подключены к вторым входам блока 6 вычисления управляющих воздействий и через блок 19 памяти к вторым своим входам, Блок 19 памяти предназначен для запоминания результатов, поступающих с второго блока 18 сумматоров, до прихода очередного значения возмущений (до очередного шага М ). Выход блока 12 коррекции соединен с третьим входом блока б вычисления управляющих воздействий, выход которого подключен к входу исполнительного устройства 20, выход которого связан с управляющим входом объекта 1 управления.Так как для данного класса объектов колебания возмущений носят случайный характер и имеют ограниченный диапазон, то в общем случае статистическую зависимость выходной величины отконтролируемых возмущений можно выразить в дискретные моменты времени уравнением множественной регрессии. Для простоты рассмотрим одномерный объект. В этом случае уравнение регрессии имеет вид12544 зТакая зависимость представлена на фиг. 2. Из-за влияния помех, к которым относятся и неконтролируемые возмущения, зависимость между входом и выходом объекта является 5 статистической и линия 1 регрессии лишь в среднем определяет эту зависимость, На фиг, 2 Мх 3 и МУ 3математические ожидания возмущения и выходной величины соответственно, оценками которых являются нх средние значения Х и(в относительных единицах х = 1, у = 1). Для исключения влияния контролируемого возмущения на выходную величину, необ ходимо приложить такое управление, чтобы линия регрессии заняла положение 2 или максимально близкое к нему.Включение в устройство блока ком.параторов, блока элементов И, второго блока сумматоров, блока памяти, блока масштабных усилителей, блока управляемых делителей, сумматора, компаратора, УЗУ и блока задержки обеспечивает введение оперативной коррекции в коэффициенты передачи без отключения режима управления, т,е. обеспечивает совмещение режимов управления и обучения. 30 34, Х Н , по которым ведется управление. Сигналы возмущений поступают в блок 3 вычисления текущих средних значений входных величин, который вычисляется в каждом такте М их величины, например, по известной рекуррентной формуле текущего среднего, используя значения х, М н хй:;К=х;М(1-ке 1+01;Сфф, (1)где х; 8-1 - текущее среднее; значение, вычисленное напредыдущем шаге;Х;ЕЙ - измеренное значение-го входа на 8 -мшаге;ы; - весовой коэффициент,Вычисленные значения поступают в первый блок 4 сумматоров, куда с блока 2 измерения входных величин поступают измеренные значения возмущений. В первом. блоке 4 сумматоров вычисляются величины отклонений возмущенийПри малых отклонениях возмущения от среднего значения может оказаться, что знак этого отклонения противоречит физическому смыслу зависимос-З 5 ти выхода объекта от его входа за счет влияния неконтролируемых возмущений (например, точку А на фиг. 2). Тогда знак поправки коэффициента передачи может оказаться неверным, что 40 приведет к затягиванию процесса настройки этого коэффициента. Включе" ние блока компараторов позволяет свести к минимуму вероятность ложного шага за счет введения зон не чувствительности, определяемых величинами 8; (для одномерного объекта зона нечувствительности показана на фиг. 2), Величина зоны нечувствительности выбирается равной (0,5- 50 0,7) б; (где б; - среднеквадратическое отклонение-го возмущения.Устройство работает следующим образом.При поступлении контролируемых возмущений в объект 1 управления блоком 2 измерителей входных величин измеряются возмущения Хм, Х,й Эти значения запоминаются до прихода следующих сигналов.Сигналы Ьх;Н поступают в блок 6 вычисления управляющих воздействий, который вычисляет необходимое управляющее воздействие на Й -м шаге в соответствии с выражением(3)где К,й- - коэффициенты передачи,вычисленные на предыдущем шаге и поступившие в блок 3 с выхода второго блока 18 сумматоров.Так как параметры, влияющие на оптимальное значение К; изменяются достаточно медленно, то сдвиг на один шаг практически не влияет на точность управления.Вычисленная в блоке 6 по формуле (3) величина управляющего воздействия д 0Й поступает в исполнитель1254434 Ьайах;Гй 20 к;н - К;к+ Ь;н,(6) 25 3ное устройство 20, настраивающее объект управления.Коррекция коэффициентов передачи, К;и осуществляется дискретно следующим образом.Одновременно с приходом сигналов в блок 6 вычисления управляющихвоздействий, они поступают в блок 15 управляемых делителей. Измеритель 8 выходной величины измеряет выходной 10 параметрУ . СигналГМ 1 поступает в блок 9 вычисления текущего среднего значения и на первый вход сумматора 10, на второй вход которого приходит сигнал с блока 9, вычисленный в нем по формуле аналогичной формуле (1) уГМ 3 И 11(ф ау) Му Х, (4) Сумматор 10 вычисляет значение отклонения выхода от текущего среднего значения Сигнал а ГХ 3 поступает в УЗУ 14. С выхода УЗУ 14 запомненное значение отклонения выходной величины прихо" дит на вторые входы блока 15 управляемых делителей, на первых входах которого уже присутствуют сигналыьх,ГМ, ьх, ГИД уу ку,ГЙ 3Эти же сигналы присуствуют на первых входах блока 5 компараторов. На35 вторые входы блока 5 компараторовзаданы сигналы 8, , 3 определяющие зону нечувствительности.Каждый из компараторов блока 5 компараторов работает следующим образом.Если на 1 -м входе присутствует сигнал ьк; Гй, больший по абсолютному значению величины о; , то на-м 45 выходе, на первом-м входе блока 7 элементов И также появляется сигнал. На второй-й вход сигнал поСтупает с блока 1 б задержки через время, необходимое для измерения и 50 запоминания аИ 1 УЗУ 14. При наличии сигналов на двух 1 -х входах блока 7 элементов И на его-м выходе появляется сигнал, который поступает на-й вход блока 15 управ лязмых делителей и разрешает деление А ЕЙ 1 на ах; М 1 . На выходе получают результат деления: Если ах; Гнс 3, то разрешающего сигнала в 1 -й делитель блока 15 не последует и на его 1 "м выходе сигнал будет равен нулю (т,е. а; и = О). В блоке 17 масштабных усилителей, на входы которого поступают с блока 15 сигналы О, ГМ, ОИпь 1 Н они умножаются на весовые коэффициент,.,Ъ,к 1= а,к 1 у Ь,Г= па Х, Ъ щ =а поступают во второй блок 18 сумматоров, где суммируются с запомненными блоком 19 памяти значениями коэффициентов К;й, вычисленными на предыдущем шаге, т,е. где К й является новым значением 1-го коэффициента передачи.Второй член выражения (6) - поправка к предыдущему значению коэффициента передачи, учитывающая изменение характеристик процесса. Сигналы с выхода блока 4 сумматоров поступают в блок 6 вычисления управляющих воздействий. Сброс запомненного УЗУ 14 значения отклонения выходной величины Ь М 1 осуществляется следующим образом,После измерения выходной величины на выходе комнаратора 11, а значит и на управляющем входе УЗУ 14 сигнал исчезает, осуществляется сброс запомненного значения отклонения выходной величины д ГМ 1 и подготовка к запоминанию очередного значения отклонения выхода а Г М ф 1 . Измеренное значение выхода поступает также в блок 9 вычисления текущего среднего значения выходной величины, который вычисляет текущее среднее значение выходной величины по формуле (4). Значение Гй поступает на вход блока 12 коррекции управления, на другой вход которого подан задакиций сигналВ соответствии с выражени- ями) где 3 - зон. нечувствительности,в блоке 12 коррекции вычисляется коррекция управления и подается в блок6 вычисления управляющих воздействий, 10где запоминается и с приходом очередНых входных сигналов суммируется суправляющим воздействием, компенсирующим влияние возмущений, определяемых по формуле (7). Таким образом, 15суммарное управляющее воздействие 20Введением коррекции Ь 0 Н Устраняется влияние медленных дестабилизирующих факторов, не связанных с действием контролируемых возмущений.Фиксированное управляющее воздействие ь 0, (7) выбирается исходя изчувствительности исполнительного устройства, Зона нечувствительностивыбирается исходя из допуска на выходной параметр объекта,30На этом 8 -й цикл настройки заканчивается и устройство готово к новому циклу (такту). С началом (8+1) -го такта д 0, 113, рассчитанное поФормуле (7) суммируется с Ь 1)Мф 135и так далее.Таким образом, в предлагаемой системе совмещены режимы обучения и управления, она обладает высокой помехоустойчивостью вследствие включения40в схему блока 5 компараторов. Этопозволяет также существенно увеличитьскорость настройки коэффициентов передачи 1; К, так как весовые коэф. -фициенты ; могут иметь достаточнобольшое значение, порядка 0,3-0,5,тогда как в известной системе для отстройки от помех они должны приниматься равными О, 10-0, 12. Все этопозволяет с высокой точностью осу 50ществлять стабилизацию выхода нестационарного линейного объекта в условиях действия помех,Формула изобретения55 Адаптивная система стабилизациинесаационарного дискретного объекта,содержащая блок измерения входных ВЕЛИЧИН, ВЫХОДЫ КотОРОГО 110111)СРЕДСТвенно соединены с первыми входамипервого блока сумматоров и черезблок вычисления текущих средних значений входных величин - с вторымивходами первого блока сумматоров,выходы которого соединены с информационными входами блока вычисленияуправляющих воздействий, выход которого соединен с входом исполнительного устройства, измеритель выходнойвеличины, выход которого через блоквычисления текущего значения выходной величины соединен с первым входом блока коррекции управления, второй вход которого связан с выходомблока задания выходной величины, авыход соединен с входом блока вычисления управляющих воздействий, о т -л и ч а ю щ а я с я, тем, что, сцелью повьппения точности системы, внее введены блок компараторов, блокэлементов И, второй блок сумматоров,блок памяти, блок масштабных усилителей, блок управляемых делителей,сумматор, компаратор, блок задержки,управляемое запоминающее устройство,причем входы блока компараторов подключены к выходам первого блока сум -маторов, а выходы соединены с первыми входами блока элементов И, выходы которого соединены с управляющими входами блока управляемых делителей, первые информационные входыкоторого подключены к выходам первого блока сумматоров, первый входсумматора подключен к измерителю выходной величины, второй вход - к выходу блока вычисления текущего среднего значения выходной величины, авыход соединен с информационным входом управляемого запоминающего устройства, управляемьГй вход которогосоединен с выхода."1 компаратора, входкоторого подключен к выходу измерителя выходной величины, а выходуправляемого запоминающего устройства соединен с вторыми информационными входами блока управляемых дели-телей,выходы которого через блок масштабных усилителей соединены с первыми входами второго блока сумматоров, вь)ходы которого подключены квторым входам блока вычисления управляющих воздействий и через блок памяти к вторым входам второго блока сумматоров, вход блока задержки подключен к выходу компаратора, а выход -к вторым входам блока элементов И,1254434 Фиг. 2Составитель В.Пешковедактор Л.Пчелинская Техред М,.Ходаиич Корректор С.Черни аказ 4 зводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 50 Тираж ВНИИПИ Государственпо делам изобрете 3035, Москва, Ж,36 Подписноого комитета СССРий и открытийРаушская наб., д.4/5