Адаптивная система управления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 05 В 13 04 17 А .р ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ У СВИДЕТЕЛЬСТВ Н АВТОРС С, а- етУПРАВЛЕНИЯ я к автомаение при )ми технолою изобреточности ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) Солодовников В.В Шрамко ЛРасчет и проектирование самонастивающихся систем с эталонными молями. М.: Машиностроение, 1972,с.35-37.Авторское свидетельство СССРВ 11 13780, кл, С 05 В 1/02, 198(57) Изобретение относиттике и может найти примеуправлении нестационарньгическнми объектами, Цельтения является повышение устойчивости системы в условиях действия помех значительной интенсивности и изменения параметров объектауправления. Система содержит сумматоры 2,9,8,20, регуляторы 3,11,19,усилитель 4, объект 5 управления, делители 8,16, фильтры ,15, блок 10прогноза, умножитель 17, блок ограничения 12, задатчик 1 входного сигнала, формирователь 13 сигналов уро ней ограничения, формирователь 14единичного сигнала и модель 6 объекта. Самонастройка в системе осущесвляется путем минимизации прогноэи"руемой относительной ошибки коэффициента усиления канала управленияот эталона, формируемой на выходеблока прогноза 10. Система реализуекомпенсацию неконтролируемой помехина входе объекта 5. 4 ил.Изобретение относится к автоматике и может найти применение при управлении нестационарными объектамив условиях действия неконтролируемыхвозмущений в химической, нефтехимической и металлургической отрасляхпромьппленности.Целью изобретения является повышение точности и устойчивости системы в условиях действия помех значительной интенсивности и измененияпараметров объектов управления.На фиг.1 представлена структурнаясхема предлагаемой адаптивной системы управления; на фиг,2 - схема усилителя с переменным коэффициентомусиления;, на фиг.3 - схема блокапрогноза," на фиг.4 - схема фильтров.Адаптивная система управления содержит задатчик 1 входного сигнала,первый сумматор 2, первый регулятор3, усилитель 4, объект 5 управления,модель 6 объекта, первый фильтр 7,первый делитель 8, второй сумматор 9, 25блок 10 прогноза, второй регулятор11, блок 12 ограничения, формирова-.тель 13 сигналов уровня ограничения,формирователь 14 единичного сигнала,второй 15 фильтр, второй делитель 16, 30умножитель 17, третий сумматор 18,третий регулятор 19 и четвертый сумматор 20. Усилитель 4 (с переменнымкоэффициентом усиления) содержит сумматор 21 и умножитель 22.35Блок 1 О прогноза включает последовательно соединенные дифференциаторы 23 и 24, усилитель 25, сумматор26 и усилитель 27,Первый 7 и второй 15 фильтры, выполняющие усреднение сигнала на скользящем интервале времени Т, включаютблок 28 задержки, сумматор 29, ин"тегратор 30 и усилитель 31.Делители 8 и 16 сохраняют рабатоспособность при величине сигнала делителя, равной нулю, поскольку содержат цепи ограничения выходногосигнала.Выходной сигнал усилителя 4 (фиг.2) 50изменяется по уравнениюЕ-иИ) (1+дк,(е-цИ) к,(с),где ЕИ) - вьмодной сигнал усилителя 4;55К-. переменный коэффициентусиления;АК,(й) - выходной сигнал блока 12ограничения. Сигнал на выходе фильтров, 7 и 5изменяется следующим обра эом:Х =Т(Х, (9)-Х, (9-Тс 1 В(1Х,И,1 -тгде Х,(0);Х(Т) - соответственно входной и выходной сигнал фильтра, усредняющего сигнал на интервале Т,Адаптивная система управления работает следующим образом.На вход первого сумматора 2 подается сигнал Х задания для системыуправления, на другой вход которогоподается сигнал у(1) с вьмода объекта 5 управления. Выходной сигнал первого сумматора 2 через первый регулятор 3 и усилитель 4 с переменным коэффициентом усиления поступает иапервый вход сумматора 20.Выходной сигнал первого регулятора 3 БИ) поступает также на входмодели 6 объекта, выходной сигнал которой у(С) подается на вход второгофильтра 15 и вход второго делителя16. Выходной сигнал уй) объекта 5управления поступает также на входпервого фильтра 7 и вход второго делителя 16.Выходной сигнал второго делителя16, равный отношению сигнала у (й)выхода объекта 5 управления к сигналуу (С) выхода модели 6 объекта, поступаетна вход умножителя 17, на другой входкоторого поступает сигнал с выходаусилителя 4.Сигнал с выхода умножнтеля 17 подается на вход сумматора 18, на другой вход которого поступает сигналс выхода усилителя 4. На вход третьего регулятора 19 поступает сигналс вьмода сумматора 18. Выходной сигнал сумматора 20 подается на входобъекта 5 управления, на вход которого действует неконтролируемое параметрическое возмущение Е (1) и случайная помеха Е(Т). Первый 7 и второй 15 фильтры предназначены для разделения параметрического возмущения Еэ(С), являющегося, как правило, низкочастотным, и случайной высокочастотной помехи 1(С), представляющей часто эргодический процесс с нулевым математическим ожиданием.з399Выходной сигнал первого делителя, равный отношению сглаженного сигнала у(С) к сглаженному сигналу ул,(1) и являющийся мерой изменения коэффици 5 ента усиления объекта 5 управления в текущий момент времени, подается на вход сумматора 9, на другой вход которого поступает сигнал с выхода формирователя 14 единичного сигнала, 1 О равный по величине такому сигналу на выходе первого 8 делителя, который формируется при равенстве сигналов уИ) и у(1) на входах первого делителя 8, 5Выходной сигнал сумматора 9, являющийся относительной ошибкой изме-. нения коэффициента усиления объекта 5 управления, подается на вход блока 10 прогноза, предсказывающего изме нение относительной ошибки коэффициента усиления на некоторое время р вперед, которое определяется с учетом особенностей динамических характеристик объекта 5 управления, Сиг нал с выхода блока 10 прогноза подается на вход второго регулятора 11, Сигнал 1,(1) с выхода второго регулятора 11 поступает на информационный вход блока 12 ограничения, на 30 первый и второй входы которого подаются с формирователя 13 сигналов уров" ня ограничения сигналы Юз и Б ограничения выходной величины блока 12 соответственно верхней и нижней границ. Выходной сигнал блока 12 ограничения 4 К,И) подается на управляющий вход первого усилителя 4.Последовательно соединенные второй делитель 16, умножитель 1,. сумматор 18, третий регулятор 19 и сумматор 20 вместе с подключающими их связями обеспечивают компенсацию случайной помехи Е(1), действующей на входе объекта 5 управления, делая тем са мым систему управления инвариантной относительно помехи Е(С) . Введем обозначения У(р),УА,(Р). - передаточные Функции соответственно объекта 5 уп" равления и модели 6 объектаг .,50Пусть Ю(р) К(Р)ФФ(Р)э где К(Р) - переменный коэффициентусиления объекта 5 управления; 55Ке(р) - полипом и-го порядка от Р.м(Р) Кайо(Р) эгде К- коэффициент усиления модели 6 объекта - эталонное значение ко 00(5) где Т - скользящий интервал усреднения первого 7 и второго 5 ФильтровТогда для составляющей у (р) на выходе первого фильтра 7 можно запи- сать 1 у,(е)(6) Е(0)йО: 0 эффициента усиления объекта 5 управления.Выражение для изображения выходного сигнала объекта 5 управлениязапишется в следующем виде:у(Р)-К.(Р) К(Р)1(Р) ++ К(р) Р(Р)3 В,(Р)лпри Г(р)Р(р) +11 к(р) - ошибка компенсации помехиЕ(е),где К,(р) 11(р)1(р) 10(р) - иэображения в операторной форме соответственно переменного коэффициентаусиления усилителя 4, выходного сигнала первого регулятора 3, неконтролируемой помехи Е, выходного сигнала третьего регулятора 9.Выражение для выходного сигналамодели б объекта имеет виду(Р) -К 1(р) й,(Р) (2),Для сигнала на выходе первого фильтра 7 можно записать выражениеу(р) К(р) 1(Р) 1(Р)1(р(Р) + К(Р) (3)АР(Р)1, (р)/К (Р) у,(Р)+у (РЭ,где И (р) - передаточная функция пер 9вого 7 и второго 15 Фильтров.Выражение У(р) К(р) /К (р) описывает инерционное звено и-го порядка,которое можно считать фильтром. Поэтому на выходе объекта 5 управленияполучаем сглаженное значение помехиЕ(е), тогда можно записатьу (Р) =И, (р) Р (р), (4)Рассмотрим случай, когда изменения коэффициента усиления объекта 5управления значительно более низко.частотны по сравнению со случайнойпомехой Е (С), т, е. ТТ , гдеТ- и Т - времена спадания автокор креляционных функций случайной помехии параметрического возмущения Еь(Ц .Пусть интервал усреднения первогои второго 15 фильтров находится в интервале1399700 1 О,15 20 25 30 35 40 50 й(й) и, тем самым, повышается точность управления в предлагаемой сис теме управления.Рассмотрим случай, когда Т сопоставимо с Т, а также предположим, что случайная помеха Й(1) может изменяться скачком в сторону уменьшения или увеличения. В этом случае выражение (6) будетиметь значение, от, личное от нуля, зависящее от величины возмущения Е(й),и становится невозможным разделить реакцию адаптивной системы управления на случайную помеху и параметрическое возмущение Г И)В этом случае, система управления будет стремиться компенсировать внешнее возмущение наряду с контуром обратной связи, путем изменения коэффициента самонастройки К(Т). Тогда выходной сигнал второго регулятора 11 Св случае значительной величины случайной помехи Г(С) может иметь такое значение, что сигнал самонастройки ЬК (1) будетЬК,(е) = ц,И)а -1. При этом коэффициент самонастройки К И) может стать равным нулю или отрицательным, а система управления потерять устойчивость и работоспособность. Поэтому в этих целях в систему управления введен блок 12 ограничения,Назначение его состоит в том, чтобы ограничить выходной сигнал регулятора 11 значениями нижней и верхней допустимых границ.Блок 12 ограничения преобразует выходной сигнал 115(С) второго регулятора 11 следующим образом:11 И), при П П, И) П; ЬК Пню при ПсП 1при П И)П р где 0и Уа - соответственно значения нижней и верхней границ, причем 0)Введение блока 12 ограничения обеспечивает адаптивной системе управления необходимый запас устойчивости при самонастройке.Величины настроек К, и К второго регулятора 11, значения сигналов нижней 11 ц и верхней 11 а границ йКИ) а также величину интервала прогноза 1 необходимо определять при исследовании и испытании системы управления. рри действии неконтролируемых возмущений из условия экстремума выбранного критерия качества управления.Формула изобретения Ацаптивная система управления, содержашая задатчик входного сигнала, выход которого подключен к суммирующему входу первого сумматора,подключенного выходом к входу первого регулятора, объект управления, выход которого соединен с вычитающим входом первого сумматора,усилитель, модель объекта, второй регулятор, первый делитель, второй,третий и четвертый сумматоры, о т -л и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью повышения точности и устойчивости системы в условиях действия помех значительной интенсивности и изменения параметров объекта управления, в нее введены первый н второйфильтры, блок прогноза, блок ограничения, формирователь сигналов уровняограничения, Формирователь единичного сигнала, второй делитель, умножитель, третий регулятор, причем выход объекта управления соединен свходом делимого второго делителя ичерез первый Фильтр - с входом делимого первого делителя, вход делителякоторого подключен к выходу второгоФильтра, вход которого соединен свходом делителя второго делителя и свыходом модели объекта, подключенной входом к выходу первого регулятораи к информационному входу усилителя,выход которого соединен с суммирующим входом третьего сумматора, с первым входом умножителя и с первым входом четвертого сумматора, подключенного выходом к входу объекта управления,а вторым входом - к выходу третьегорегулятора, вход которого соединен свыходом третьего сумматора, вычитающий вход которого подключен к выходу умножителя, подключенного вторым входом к выходу второго делителя, выход первого делителя соединен с вычитаю 1 цим входом второго сумматора, подклю"ченного суммирующим входом к выходу формирователя единичного сигнала, авыходом через последовательно соединенные блок прогноза и второй регулятор - к информационному входу блокаограничения, первый и второй входыустановки уровня ограничения которогосоединены соответственно с первым ивторьщ выходами формирователя сигна9 1399700 10 лов уровня ограничения, выход блока ления коэФФициентом усиления усилиограничения соединен с входом управ- теля,ставитель Е.Власохред А,Кравчук дактор Ю,Середа орректор В.Бут аказ 2664/47 ВНИИПИ 1 13035 изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 866 Государств лам иэобре сква, Жного кний иРаушск Подписное митета СССР крытий наб., д, 4/