Адаптивная система управления

(5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ИЯ 24(57) Изобрете тике и может управлении ди Цель изобрете ти применения ла управляющи я к автомаовано при объектами, ение обласличения чис повышение носит споль скими расши ет ув алов ие о амичияза ссиг единиц органо к автоматиано при ок 5 ада 3., блок 4 синхр тации коэФФицие блок 6 анализа раполяции, блок исполнительныхполнительных ор 10-18., блоки 19 вания управляюц низа ции нтов Функци ситуаций, б 8 датчиков нала,ок 7 экстположения к. 9 ислюча тели Формиро-. бъектами,ирение обвеличения и повышеия для ьных оргаорганов, бл ганов, пере адаптивног его сигналан л о Формированияодержат (фиг.1ного движенияадраторы 21,нкции Ляпуноваленнрго диффеа блок-сха вления,веления1 управлеи акселетр Калман ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР Изобретение относится ке и манжет быть использо управлении динамическимиЦель изобретения - ра ласти применения за счет числа управляющих сигнал ния точности их Формиров соответствующих исполнит нов.На чертеже представле ма адаптивной системы упАдаптивная система уп содержит (Фиг. 1) объект ния, блок 2 датчиков угл рометров, дискретный Фил точности их Формирования для соответ" ствующих исполнительных органов, Адаптивная система управления содержит объект 1 управления, блок 2 датчиков угла и акселерометров, дискретный фильтр Калмана 3, блок 4 синхронизации, блок 5 адаптации коэффициентов Функционала, блок 6 анализа ситуаций, блок 7 экстраполяции, блок 8 датчиков положения исполнительных органов, блок 9 исполнительных .органов, переключатели 10-18, блоки 19 адаптивного формирования управляющего сигнала, Цель изобретения достигается за счет введенияблока 8 датциков положения исполнительных органов, переключателя 18 и блоков 19 адаптивного Формирования управляющего сигнала, колицество которых нау меньше цисла исполнительныхв 1 ил Блоки 19 адаптивно управляющего сигнала блоки 20 модели свобо объекта управления, к блоки 22 вычисления Ф Беллмана, блоки 23 чи1,1где Ы - малая величина ОП 0 П = - норма матрицы 0 Р 1 О Чр+1) х м+у ) - Функции, вычисленные на основе (14) при начальном условии (хУ+,) Чг 1) хм 1 уцФ + 0 м) и Чц+1)м мх , У ц, а(04) - Функции, вычисленгде К = --Ю 1Следовательно, при реализции управления (17) вычисленные значениячастных производных необходимо подать на блок деления,Для динамических объектов коэффициенты матрицы кацества должны изменяться в соответствии с изменениемдинамических характеристик объекта,Реализация этого подхода осуществлена следующим образом. На основании(11) с.учетом (5)(8) выражение матрицы качества определяется выражением Иатрицу Г 1 Функции ЛяпуноваБеллмана можно определить из выраже- ния которое следует из (10) при учете (8). Выражения (18), (19) положены55 в основу определения матрицы качестварасширенного объекта управленияв процессе работы системы. 3ные на основе (14) при начальных условиях (х, у + о 0 ) и (х,му ц, - о 0,) соответственно,Таким образом, для вычислениячастных производных необходимо трижды решить уравнения модели свободного движения расширенного объектауправления на интервале оптимизациипри различных начальных условиях.Подставив (15) и (16) в (10) определим оптимальное дискретное управление в виде: Адаптивная система управления работает следующим образом.Ненулевые углы поворота, линейные ускорения и положения исполнительных органов (ИО) измеряются блоком 2 датчиков угла и акселерометров и блоком 8 датчиков положения исполнительных органов, сигналы с выхода которых поступают соответственно на информационный вход первого переклюцателя 10, вход запуска блока синхронизации и на информационный вход переключателя 18. Блок 4 синхронизации начинает функционировать, с его пятого выхода поступает сигнал на управляющие входы переключателей 10, 18, открывает их. Сигналы с выходов блока 2 и блока 8 поступают церез переключатели 10 и 18 на вход дискретного Фильтра Калмана 3, который переходит в режим решения и на своем выходе Формирует сигналы оценки параметров и состояний расши" ренного объекта управления. Эти сигналы поступают на информационные входы переключателей 15, 16, третий вход блока 5 адаптации коэффициентов функционала и второй вход блока экстраполяции, на первый вход которого поступают сигналы коэффициентов матрицы Г Функции Ляпунова-Беллмана для предыдущего такта формирования сигнала управления со вторых91 выходов блоков 23 численного дифференцирования блоков 19 адаптивного формирования управляющего сигнала.В блоке 7 экстраполяции Формируют ся сигналы экстраполированных значений и коэффициентов матрицы Г+, функции Ляпунова-Беллмана. Эти сигналы с выхода блока 7 экстраполяции поступают на второй вход блока 5 адаптации коэффициентов Функционала, реализующего вычисление коэффициентов матрицы качества по выражению (18). Сигналы с выхода блока 5 поступают на управляющий вход переключателя 16 информационный вход переключателя 17 и вход управления по коэффициентам Функционала блока 6 анализа ситуаций. Блок 6 формирует сигналы коэффициентов матрицы(И к 1 о еи определяет условия ее.положительной определенности, в которых заключается возможность использования управления, полученного на предыдущемтакте Формирования, в новом ее такте. В случае положительной определенности матрицы Я , на выходе блока б формируется нулевой сигнал, разрешающий использование управления, полученного на предыдущем такте, ав противоположном случае формируется единичный сигнал запретаВ случае нулевого сигнала на выходе блока бпереключатели 10, 11, 12, 13, 14, 17 разомкнуты, а блоки 20-22 находятся в исходном состоянии. В случае единичного сигнала на выходе блока 6 переключатели 1 О, 11, 12, 13, 14,17 замыкаются. При этом сигналы с выхода блока 5 адаптации коэффициентов . функционала поступают через ключ 17 на входы управления перестройкой по коэффициентам функционала качества блоков 22 вычисления Функции Ляпунова-Беллмана, Одновременно сигналы оценок состояний расширенного объекта управления с выхода дискретного Фильтра Калмана 3 через переключатель 15 поступают на информационные входы блоков 20 модели свободного движения объекта управления, а с четвертого выхода блока 4 синхрони 57552 10 На трех решениях уравнения моделисвободного движения с начальными условиями, равными оценкам углов, линейных ускорений и положений исполнительных органов и с их уменьшенными на малую постоянную величи ну значениямиСигналы с выходов блоков 22 поступают на входы соответствующих бло" ков 23 численного дифференцирования, реализующих вычисления частных производных функции Ляпунова-Беллмана по Формулам (15), (1 б). По сигналу с четвертого выхода блока 4 синхронизации, поступающему через переключатель 14 на управляющие входы переключателей 24, 25, сигналы о величинах первых. частных производных пере 5 1 О 15 20 25 30 зации через переключатель 14 поступает сигнал на входы запуска решения с номинальными начальными условиями блоков 20 модели свободного движения объекта управления, в которых производится определение вектора состояния расширенной модели при номинальных начальных условиях. Затем по сигналу с третьего выхода блока 4 синхронизации через переключатель 13 поступает сигнал на входы запуска решения с увеличенными начальными условиями блоков 20, в которых производится решение с начальными услом мвиями (ху, + о(Л ) . И наконец, по сигналу со второго выхода блока синхронизации через переключатель 12 поступает сигнал на входы запуска решения с уменьшенными начальными условиями блоков 20, в которых производится определение вектора состояния при начальных условиях (х фО 1 у - 1 Р ) . Сигналы с выходов блоков 20 полученные в результате трех решений через соответствующие квадраторы 21 поступают на информационные входы блоков 22, обеспечивающих в каждом соответственно вычисление трех значе. ний Функции Ляпунова-Беллмана менной считываются с первых выходов блоков 23 численного дифференцирования через переключатель 24 на входы11 15 делимого блоков 26 деления, а сигналы О величинах вторых частнь 1 х производных считываются со вторых выходов блока 23 через переключатель 25 на входы делителя блоков 26. В блоках 26 в соответствии с (17) вычисляется щ-сигналов оптимального дискретного управления, поступающих затем на соответствующие исполнительные органы блока. 9 исполнительных органов, возДействие которых на объект управления приводит к уменьшению его углов и линейных ускорений,Таким образом, адаптивная система управления в отличие от прототипа обеспечивает не одинаковые управляющие сигналы для всех исполнительных органов, а им соответствующие, что позволяет увеличить число управляюЩих сигналов, а также повысить точность формирования их для исполнительных органов за счет использования информации о положении исполнительных фрганов. формула изобретения20 25 формирования управляющего сигнала,соединенного входом управления коммутацией и входом запуска решения приноминальных начальных условиях с выходом пятого переключателя, входомзапуска решения при увеличенных начальных условиях и первым входом управления режимами работы - с выходомчетвертого переключателя, входом запуска решения при уменьшенных начальных условиях и вторым входом управ 7515212дискретного фильтра Калмана и информационным входом седьмого переключателя, выход которого подключен к второму информационному входу блока анализа ситуаций, а управляющий вход - к выходу блока адаптации коэффициентов Функционала, информационному входу восьмого переключателя и входу управления по коэффициентамфункционала качества блока анализаситуаций, соединенного выходом с .управляющими входами переключателей со второго по шестой и восьмого, выход которого подключен к входу управления перестройкой по коэффициентам Функционала качества блока адаптивного50 55 Адаптивная система управления, содержащая последовательно соединенные блок исполнительных органов, Объект управления, блок датчиков угЛа и акселерометров, подключенный выходом к информационному входу первого переключателя и входу запуска блока синхронизации, выходы с первого по четвертый которого соединены с информационными входами переключатеЛей соответственно со второго по пятый, а пятый выход -,с управляющим входом первого переключателя, подключенного через последовательно соединенные дискретный фильтр Калмана, шестой переключатель, блок адаптивного формирования управляющего сигнала к входу блока исполнительных органов первый информационный вход блока анализа ситуаций подключен к второму выходу блока адаптивного формирования управляющего сигнала, первому входу блока адаптации коэффициентов Функционала и через блок экстраполяции - к второму входу блока адаптации коэффициентов Функционала, соединенного третьим входом с вторым входом блока экстраполяции, выходом 30 35 40 45 ления режимами работы - с выходомтретьего переключателя третьим входом управления режимами работы - свыходом второго переключателя, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с цельюрасширения области применения за счетувеличения. числа управляющих сигналови повышения точности их формированиядля,соответствующих исполнительныхорганов, введены блок датчиков положения исполнительных органов, девятый переключатель и дополнительныеблоки адаптивного Формирования управляющего сигнала, числом на единицу меньшим числа исполнительных органов, выход блока исполнительныхорганов через последовательно соединенные блок датчиков положения исполнительных органов и девятый переключатель подключен к второму входу .дискретного фильтра Калмана управляющие входы девятого и первого переключателей объединены, одноименныевходы и вторые зыходы блоков адаптивного Формирования управляющего сигнала объединены, а их первые выходыподключены к соответствующим входамблока исполнительных органов,едактор И.Сегляник писное КНТ ССС зобретениям и открытиям Раушская наб., д. 4/5