Адаптивная система управления

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 230630 (21) 2945069/13-24 И 11 М Кп з с присоединением заявки Нов(23) Приоритет -С 05 В 17/00 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(088.8) Опубликовано 07,12 В 2, Бюллетень М 45 Дата опубликования описания 07,12.82(71) Заявитель 54) АДАПТИВНАЯ СИСТЕИ УПРАВЛЕНИЯ Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение в системах автоматического управления нестационарными объектамис быстрым дрейфом характеристик приналичии неконтролируемых возмущенийна входе.Известна самонастраивающаясясистема для регулирования объектовс запаздыванием, содержащая эталонную модель, объект регулирования,блок сравнения, первый умножитель,усилитель, интегратор, второй ум-.ножитель, блок задержки, третий умножитель, второй усилитель, второй интегратор и четвертый умножитель 1 ).Недостатком этой системы являетсяневысокие точность и быстродействиепри управлении существенно нестационарными объектами,Наиболее близком по техническойсущности к предлагаемой является система автоматического управления, содержащая объект управления и модельобъекта управления, подключенныевыходами к входам первого сумматора,второй, третий, четвертый сумматорыи регулятор, первые выходы которогосоединены с соответствующими входамимодели и объекта управления 2 3. Недостатком этой системы является невысокая помехоустойчивость при произвольном законе распределения помехи и недостаточно высокое быстродействие, объясняющееся отсутствием возможности коррекции модели по мере изменения параметров объекта и задающего воздействия.Цель изобретения - повышениепомехоустойчивости и быстродействия системы при управлении нестационарными объектами,Указанная цель достигается тем, что в адаптивную систему управления, содержащую объект управления и модель объекта управления, подключенные выходами к входам первого сумматора, второй, третий, четвертый сумматоры и регулятор, первые выходы которого соединены с соответствующими входами модели и объекта управления, введены блок выпрямителей, последовательно соединенные релейный блок, первый блок умножения и первый блок деления, последовательно соединенные квадратор и второй блок умножения и последовательно соединенные блок задания весовых коэффициентов, третий блок уМножения и второй блок деления,. выходы которого соединены с соответвоздействий; Сф - тп - мерный векторнеизвестных коэффициентов объектауправления. Модель 2 может бытьзадана уравнениемТП ПП 1,п),пгде у - отклик модели; С- т - мерный вектор настраиваемых коэффициентов модели.О В общем случае отклонение выхода модели от заданного значения выходной величины можно записать следующим, образомб: у -хп=елб, ( 3) 15и- п й пб :(С"- С)Тф С вторых выходов (Ь) модели 2 (выходы коэффициентов) вычисленные значения коэффициентов С подаются навходы квадратора 10 и третьи входы.(г ) третьего блока 11 умножения. Наоснове информации, поступающей с выхода объекта 1 управления и с второго выхода (р)регулятора 6 в третьем сумматоре 12 вычисляется ошибкауправления б" = х"- У, которая подается на второй вход (р )третьего блока 11 умножения. На первые входытретьего блока 11 умножения и на первые входы (Ы ) второго блока 13 умножения с выходов блока 14 задания:весовых: коэффициентов подаются сигналы обратно пропорциональные стоимости входных воздействий - а- Наосновании поступающей информации втретьем блоке 11 умножения вычисляются величины б-а " С , а во втором,блоке 13 умножейия, вторые входы (р)которого подключены к выходам квадратора 10 - величины а "С . В четвер.том сумматоре 15, входы которогоподключены к выходам второго блока13 умножения, осуществляется суммирование.компонентов а 1 с в результате чего на его выходе появлягетсЯ скалЯРнаЯ величинаа . С, ,к,рого блока 16 деления. На входы делимого второго блока 16 деления по.дается информация с выхода третьегоблока 11 умножения, в результате.деления вычисляется корректирующеебхвоздействие по управлению рЕ. С3 1,н6которое подается на входы регуляторакоторый по первым выкодм (о), вы.числяет управления в виде1,и+ ,и+ Ф4. М "СТаким образом, квадратор 10, третий блок 11 умножения, третий сумматор 12, второй блок 13 умножения,блок 14 задания весовых коэффициентов, четвертый сумматор 15 и второйблок 16 деления образуют контур управления, минимизирующий рассогласованиемежду задающим воздействием уи выходом объекта Х.В качестве примера рассмотримследующее,Пусть объект описывается уравнеошибка идентификации; где б"=(х" -х )Тс - ошибка управления.Меру качества идентификации можно характеризовать некоторым критерием близости координат модели иобъекта р(С,Сф), являющимся функци ей от ошибки идентификации б"В практике и теории идентификациинаибольшее распространение пблучилквадратичный критерий, однако известно, что оценки коэффициентов, полу- ЗО ченные с помощью этого критерия,критичны к виду функции распределения помех. Таким образом, системаидентификации, работающая по минимуму квадратичной ошибки, не является помехоустойчивой на широком классе функций распределения помех, Применение модульного критерия вида)Ъ 1 С, С") = С"- Сп) - " пИ 1 4) 40 позволяет получить эффективные оценки для широкого класса помех.Несложно показать, что алгоритмидентификации, минимизирующий критерий (,4 ), имеет видт45 хп-Сп 1 хпСп пх 5 х э%ипиТгде зип хп:5 п т этап хд пс- за "е,п)20 50 55 65 ниемХп-С" х=2:С". х., (1)1 3 ),пфгде Т- отклик объекта на Ь-мтакте;Т- гп - мерный вектор входных О пРи 1 х.дф ЗР Х- 1 ПРИ Х сР-1 при Хп СУ . Ошибку управления ЕУ целесообразно компенсировать, исходя из минимума энергетических затрат. Если для изменения ьыходной переменной на дх требуется изменение входного вектора на дхи+1, т е,ЛУ = Сдхп+1, (ь) то соответствующая энергетическая норма будет иметь вид Т1 "и+111=д)(п+1 АдУ 1, (Т)А - матрица стоимости управляющих воздействий ( весов).Практический интерес представляет случайкогда А диагональная.Таким образом, задача нахождения оптимального закона изменения дхи,может быть сформулирована как задача минимизации нормы ( 7) при ограничениях ( б ),Введя функцию Лагранжа "ф("и+1 ")=И "и+1 П("и- и"и+4 ( ) где )( - неопределенный множитель Лагранжа, условием экстремума которой является дЬ(йХЛ)20=аУ- СДХ+1 (1 О) нетрудно получить, что искомый закон управления будет иметь нидьчд С30 где А- - матрица обратная А.Полное изменение 1-го компонента. входного вектора с учетом диагональности матрицы стоимости А запишется следующим образомуа."С,Х,:Х . " 1 1 Ппи, "а щ ---- И 12),иНесложно показать, что данный 40 алгоритм является оптимальным по быст- родействию.Таким образом, адаптивная система управления реализует следующий помехоустойчиный алгоритм управления не- стационарным объектом П = 1,П,) иС. х.С =С, +):1 Блок идентификации, реализуя первую составляющую алгоритма (13),обеспечивает слежение за изменяю- Я) щимися параметрами объекта упранлеиияС " , т.е, обеспечивает стремление к нулю 1 " . Вторая составляющая алгоритма (13) обеспечивает компенсацию ошибки управления Е .у Таким образом, обшая ошибка (3 в результате работы системы стремится к нулю с максимально нозможной скоростью.В исходном состоянии коэффициенты модели С =0 на выходах ( Ы ) регулятора б Х; о =О, выходе регулятора б ( Р) - нуль. В первый момент времени и =1, на выходахрегулято. ра б появляются управляющие воздействия хна выходах блока 14 задания весовых коэффициентов - сигналы а-" . Воздействия .х; 1 подаются на входы объекта 1 управления, модели 2, блока 4 выпрямителей, релейного блока 5. На основе реакции объект та 1 управления М и модели 2 ч 1 =0 в контуре идентификации ( блоки 2,3,4, 5,7,8,9 ) вычисляются оценки коэффициентов моделиУС 1,1=,ШХ) "1которые устанавливаются в модели 2и по ее вторым выходам ( Ъ) подаютсяна входы квадратора 10 и третьегоблока 11 умножения. По истечении времени идентификации Т на выходе (р)регулятора б появляется сигнал задающего воздействия чф , который можетбыть как постоянным, так и некоторой функцией времени, программно реализуемой регулятором б, В частномслучае задающее воздействие у" может задаваться не регулятором б, а вручную. В течение периода управления 2 н контуре управления вычисляется управляющее воздейстниеХ =Х+12 )1 т Д 1 С 11Е:аС.Ь 1По истечении периода Г 2 на выходе (9) регулятора б вновь появляется нуль, а воздействие х; подается на входы объекта управления и модели 2.Реакция объекта 1 управления у 2 и модели 2 У 2 ФО служит исходной информацией для вычисления коэффициентовФ2 , 11 5 Л51(и Х 2 11,2 е1С. х;,)1 х 1которые через время (7172) подаются на входы квадратора .10 н третьего блока 11 умножения, а на выходе (р) регулятора б.вновь поянлягтся По истечении времени 2( +72)вычисляет-, ся управляющее воздействие. Корректор Г, Огар едактор Ю,Середа аз 9358/37 ПодписноеСССР аж 914ственного комитета ретений и открытийЖ, Раушская н Тир НИИПИ Госуда по делам иэо 13635, Москв у де ППП "Патент", г, Ужгород. дл. Проектная,