Адаптивная система управления

СОЮЗ СОВЯТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК. Я 25 5 В 11/00 ИСАНИЕ И ЗОБРЕТЕТЕЛЬСТВУ Н АВТОРСКОМ тельство СССР 11/00, 1982. ельство СССР В 17/00, 29.10.84, я к самообуического ользовано ппленности ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Ворошиловградский Филиал Госу дарственного проектно-конструкторского и научно-исследовательского института по автоматизации угольно промышленности(57) Изобретение относит чающимся системам автома управления и может быть и в различных отраслях про для управления объектами с транспортным запаздыванием и возмущающими воздействиями типа смесей сыпучих материалов. Целью изобретения являетсяповышение точности работы системы управления, Поставленная цель достигается тем, что введена специальнаяцепь коррекции, позволяющая осуществить подстройку системы управленияпри изменении вероятностных характеристик возмущающего воздействия, Приэтом наблюдается смешанная реализациявозмущающего воздействия, производится ее разделение на два класса, определяется вероятность появления значе- Яний возмущающего воздействия из заданного класса к форкпруется управляющее Явоздействие таким образом, чтобы сред-ущщщщнее значение выходной координаты объ-щекта было равно заданному. 1 з.п. аф-лы, 4 ил.1 12576072 Изобретение относится к самообуча- (И - значения возмущающего воздействия; Г(У ) - совместная плотностьраспределения вероятности возмущающего воздействия). Как видно из5 (Фиг,4), изменения величины возмущающего воздействия представляют собой сумму (смесь) двух случайныхпроцессов со средними значениямии, закон распределения которых1 О близок к нормальному.При управлении такими объектаминеобходимо знать параметры, из которых образована конечная (наблюдаемая) смесь - возмущающее воздействие15 (например, смесь рядового угля, поступающего на процесс обогащения,и др).Выражение для Функции распределе-.ния вероятности смеси для случая20 двух классов (двух составляющих) возмущающего воздействия имеет вид ющимся системам автоматического управления и может быть использовано в различных отраслях промышленности для управления объектами с транспортным запаздыванием и возмущающими воздействиями типа смесей сыпучих материалов (например, для автоматического управления процессами добычи и обогащения угля),Целью изобретения является повышение точности работы системы управ-. Генератор случайного сигнала состоит (Фиг,3) из сумматора 43, генератора 44 шума, ждущего мультивибратора 45, логического элемента И 46,логического элемента И-НЕ 47 и генератора 48 прямоугольного импульса.Типичный вид совместной плотносги распределения вероятности возмуцдющего воздействия показан на фиг.4 ления.На Фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемой системы управления; на Фпг,2 - блок-схема блока управления; на Фиг.3 - блок-схема генератора случайного сигнала; на Фиг.4 - совместная плотность распределения вероятности возмущающего воздействия.Лдаптивная система управления содержит (фиг.1) объект 1 управления, в который включен исполнительный орган (не показан), датчик 2 возмущающего воздействия, блок 3 управления, ключи 4 и 5, сумматор 6, статическую модель 7 объекта управления, элемент 8 сравнения, регулятор 9, второй сумматор 10, датчик 11 выходной координаты, второй элемент 12 сравнения, второй регулятор 13, задатчик 14 режима и генератор 15 случайного сигнала, Блок управления (фиг,2) содержит ключ 16, генератор 17 импульсов, блок 18 памяти, элементы 19 и 20 срав нения, умножитель 21, квадратор 22, элемент 23 сравнения, пороговый элемент 24, усилитель 25, сумматор 26, дискретный элемент 27 задержки, второй умножитель 28, второй квадратор 29, элемент 30 сравнения, второй пороговый элемент 31, второй усилитель 32, второй сумматор 33, второй дискретный элемент 34 задержки, счетчик 35 импульсов, элемент 36 сравнения, делитель 37, второй счетчик 38 импульсов, ключ 39, второй блок 40 памяти, задатчик 41 числа импульсов и третий пороговый элемент 42. Г(Ы,) = Рг, (И, /Р, )+ 1-Р) Р, И, / Р, )(1)где Г(И) - функция распределенияпараметров смеси возму-щающего воздействия(У - например зольность, влажность сыпуче 30 го материала и др.);РФ, /,) - Функция распределениявероятности первогокласса составляющей возмущающего воздействия35 со средним (наиболее вероятным) значением ,Р Ф / ) - функция распределениявероятности второгокласса составляющий возмущающего воздействиясо средним (наиболеевероятным) значениемР - вероятность появлениязначения У из класса45 Р(ы,/ ),Задача управления в этом случаесводится к тому, что требуется, наблюдая смешанную реализацию возмущающего воздействия РЬ), разделить50 смесь на классы и определить их параметры, и Р, на основании кото-рых скорректировать (случайным образом) значения управляющей координатыобъекта управления таким образом,55 чтобы среднее значение выходной координаты объекта было равно заданному.Так как параметры смеси - возмущающего воздействия поступают на объ3 1257ект случайным образом, то и коррекция управляющего входа объекта управления также должна производиться случайным образом. Это соответствует закону адекватности или десятой теореме 5Шеннона, когда случайность, вносимаявозмущающим воздействием, компенсируется случайностью генератора случайного сигнала, используемого в системе управления. 1 ОЭто позволяет рассматривать управление объектом как статическую игрудвух игроков: природы и системы управления, в которой второй игроксистема управления, является статическим, а первый игрок - природа,Стратегиями природы являются средние значения процессов , и, которые появляются с вероятностями Р и(1 - Р), а стратегиями системы управления - соответствующие этим режимамзначения входной (управляющей) координаты объекта управления Б 1 и Б .Управление в этом случае сводитсяк определению стратегий природыи 25и Вероятности их появления Р и(1 - Р), определению для этих стратегий значений входных координат объекта управления Б 1 и Б , которые являются стратегиями системы управления, 30и смешиванию (рандомизации) страте,гий Б, и Б системой управления с вероятностью Р и (1 - Р) таким образом,чтобы среднее значение выходной координаты объекта управления было равнозаданному значению выходной координаты (задатчик 14),Система управления работает следующим образом,Сигнал с датчика 2 возмущающего 4 Овоздействия подается на вход блока 3управления, в котором он разделяетсяна два класса (два случайных процесса) и в котором определяются средние значения возмущающего воздействия 45для этих двух классов ( , и), атакже вероятности их появленйя. Сэтой целью сигнал с генератора 17 им"пульсов подается на управляющий входключа 16, который, замыкаясь, подает 5 Осигнал с датчика 2 возмущающего воздействия на вход блока 18 памяти.Последний запоминает значение сигнала от датчика 2 возмущающего воздействия в момент замыкания ключа 16. 55 607 ф ет на сумматор 26, где он суммируется с выходным сигналом дискретногоэлемента 27 задержки,Однако на выходе элемента 27 задержки суммарный сигнал с выхода сумматора 26 появляется при следующемпоступлении сигнала на вход сумматора 26 с умножителя 21, т,е. происходит задержка дискретного сигнала на1 шаг,При отсутствии сигнала с генератора 17 импульсов ключ 16 размыкается, при этом сигнал с датчика 2 возмущаю; щего воздействия на блок 18 памяти не проходит и на выходе блока 18 остается сигнал, соответствующий сигналу с датчика 2 в момент замыкания ключа 16,При следующем замыкании ключа 16 происходит стирание ранее поступившего сигнала в блоке 18 памяти и запоминание нового значения сигнала от датчика 2 возмущающего воздействия.Таким образом, на выходе блока 18 памяти образуются дискретные значения сигнала от датчика 2 возмущающего воздействия, соответствующие момег;.там замыкания ключа 16. Сигналы с выхода блока 18 памятиподаются на первые входы элементов 19 и 20 сравнения, где из этого сигнала вычитаются сигналы от дискретных элементов 27 и 34 задержки,Разностный сигнал с выхода элемента 19 сравнения подается на вход квадратора 22, а разностный сигнал с выхода элемента 20 сравнения - навход квадратора 29. 1(вадраты разностных сигналов сблоков 22 и 29 сравниваются междусобой на элементах 23 и 30 сравнения. Если разность квадратов сигналарассогласования на выходе элемента 23 сравнения меньше нуля, то при по- ч падании этого сигнала на пороговыиэлемент 24 на его выходе появляетсясигнал, равный единице, и после умножения этого единичного сигнала вумножителе 21 на разностный сигнал сэлемента 19 сравнения этот сигналусиливается усилителем 25 и гоступаЕсли разность квадратов сигнала рассогласования на выходе элемента сравнения 23 больше нуля, то на выходе порогового элемента 24 появляется сигнал, равный нулю, и после умножения нулевого сигнала на разностный сигнал от элемента 19 сравнения на выходе умножителя 21 величина сигнала равна нулю и на вход сумматора 265 1 сигнал не поступает, при этом значения сигналов как на входе, так и на выходе дискретного элемента задержки 27 не изменяются.Однако если разность квадратов сигнала рассогласования на выходе элемента 23 сравнения больше нуля то на выходе элемента 30 сравнения она будет меньше нуля, так как сигналы с квадраторов 22 и 29 подаются на элементы сравнения 23 и ЗО с разными знаками.Поэтому сигнал на выходе элемента 30 сравнения будет меньше нуля, а следовательно, и на выходе порогового элемента 31 появится сигнал, равный единице.После умножения этого единичного сигнала в умножителе 28 на разностный сигнал от элемента 20 сравнения этот сигнал усиливается усилителем 32 и подается на вход сумматора 33, где он суммируется с выходным сигналом дискретного элемента 34 задержки.Однако на выходе элемента 34 задержки этот сигнал появится с задержкой на 1 шаг.Таким образом, в зависимости от соотношения величин квадратов разностного сигнала рассогласования между поступившим дискретным сигналом от датчика 2 возмущающего воздействия и выходными сигналами с дискретных элементов 27 и 34 задержки, разностный сигнал с выходов элементов 19 и 20 сравнения поступает на соответствующие входы дискретных элементов задержки после усиления усилителями 25 и 32 и корректирует выходные величины дискретных элементов 27 и 34 задержки с задержкой на 1 шаг работы ключа 16.Величина коррекции задается величиной коэффициента усиления усилителей 25 и 32 и выбирается из условия требуемого интервала усреднения,Следовательно, на выходах дискретных элементов 27 и 34 образуются 1 средние значения составляющих возмущающего воздействия , идля каждого класса (стратегии природы), которые являются выходными сигналами блока 3 управления. Начальные значения выходных сигналов дискретных элементов 27 и 34 выбираются из условияг, (О)Р, (О).3Сигнал с выхода генератора 17 импульсов подается также на вход счетИши(2) где ш - частота появления составляющих возмущающего воздейотвия первого класса;Ь - число значений сигнала сдатчика 2, отнесенных к пер вому классу;и - общее число дискретных значений (число импульсов с генератора 17), поступивших на вход блока 3 управления.Число импульсов на выходе счетчика 35 импульсов сравнивается на элементе 36 сравнения с заданным числом импульсов, которое задается задатчиком 41 числа импульсов и выбирается из требуемого интервала, на котором определяется частота (вероятность появления составляющих из первого класса возмущающего воздействия) . Если число импульсов и больше, то на выходе элемента 36 сравнейия появляется отрицательный сигнал, который приводит к появлению единичного сигнала на выходе порогового элемента 42.Сигнал с порогового элемента 42 замыкает ключ 39 и сигнал с выхода делителя, равный частоте появления составляющих первого класса ш, поступает на вход блока 40 памяти, одновременно сигнал с выхода порогового элемента 42 поступает на управляющие входы счетчиков 35 и 38, с небольшой задержкой времени обнуляет их.Таким образом на выходе блока 40 памяти образуется сигнал, равный ш - частоте появления составляющих возмущающего воздействия, принадлежащих к первому классу. 257607 Ьчика 35 импульсов, который определяет число импульсов, генерируемых генератором 17.Сигнал с выхода порогового элемента 31 подается на вход счетчика 385импульсов, который определяет числодискретных значений сигнала с датчика 2 возмущающего воздействия, отнесенных к первому классу ,Сигналы со счетчиков 35 и 38 импульсов подаются на входы делителя37, на выходе которого определяетсячастота появления составляющих пер-.вого класса , значений возмущающеговоздействия У , т.е. определяетсявыражениенового, 5Следовательно, частота шс примерно равна вероятности появления составляющих Ус(1.) из первого класса Р (с/и), т е.1 )В10(3) ш - Р ) 125Этот сигнал остается неизменнымдо следующего замыкания клсоча 39,при .котором происходит стирание ранеезапомненного значения и запоминание и чем больше выбирается интервал (число и на котором определяетсяу) д )величина п 1 тем с большей степенью выполняется равенство (3) .Сигналы с) и ) с выходов блока 3с 1управления через ключи 4 и 5 подаются на входы сумматора 6. На управляю щие входьс ключей 4 и 5 подаются сигналы с выхода генератора 15 случайного сйгцала.Таким образом, ключи 4 и 5 замыкаются случайным образом с вероятностями Р и (1-Р), которые определяются состоянием управляющего входа генератора 15 случайного сигнала.Следовательно, при замыкании клю, ча 4 на вход сумматора 6 поступает сигнал с блока 3 управления, а нри замыкании ключа 5 - сигнали на выходе сумматора 6 последовательно появляются средние значения классов (стратегий природы) С, ис соответствующими вероятностями Р и (1-Р).Выходной сигнал с сумматора 6 подается на статическую модель 7 объекта 1 управления по возмущающему входу, на выходе которой появляется сигнал, соответствующий выходной координате объекта управления при поступлении на объект среднего значения класса возмущающего воздействия с, или(в зависимости от того, какой изгключей 4 или 5 замкнут) . Выходной сигнал статической модели 7 объекта управления сравниваетсяс сигналом задатчика 14 на элементе 8 сравнения и в зависимости от сигнала рассогласования регулятор 9 устанавливает два значения входной координаты объекта Б, и Бг, соответствующих двум значениям стратегий природы, для чего сигнал с выхода регулятора 9 через сумматор 10 подается ца управляющий вход объекта управления.Регулятор 9 представляет собойрегулятор прямого типа и в простей 7607шем случае это может быть усилитель.Входные координаты Б, и Б определяются из условия инвариантности среднего значения выходной координатыобъекта к возмущающему воздействию ивычисляются по выражениям:Б . ---- (У - и)1(4)С и 1 ал Е С 1 )Ч1 (- "вод "в 2 г ) (5)гце и - статический коэффициент усивлеция объекта по возмущающему входу (коэффициент уси ления статической модели 7);и - статический. коэффициент усиления объекта по управляющему входу; 1--- коэффициент усиления регуля итора 9 прямого типа;Увдд - заданное значение выходнойкоординаты объекта управления;средние (наиболее вероятные)значения составляющих возму щающего воздействия,Входные координаты Бс и Бг являются стратегиями системы управления, атак как неизвестно, какая из страте" 30гий природы будет приложена к объекту 1, то система управления должнапроизводить смешивание (рандомизацию) своих стратегий Б и Бг случайным образом для обеспечения равенства среднего значения выходной коор"динаты М (с 1(г заданному значению(задатчик 14).Равенство М 1 о = Ц дд будетвыполняться, если вероятность Р с 0 которой система смешивает свои стратегии, будет равна вероятности Р появления стратегий природы (среднихзначений классови), . т.е.Р =Р.Поэтому в системе управления ве)роятность Р, вычисляется по частотеш в блоке 3 управления.Вычисленное значение Р, = а подается ца управляющий вход генерато ра 15 случайного сигнала, что определяет вероятности Р и (1-Р), с которыми замыкаются ключи 4 и 5, т.е.устанавливаются вероятности появления стратегий Б, и Б системы управ 55 ления, что осуществляется следующимобразом.Сигнал с выхода блока 40 памятиподается на управляющий вход генера 12576 ления, два регулятора, второй сумматор, датчик выходной координаты и задатчик режима, причем выход датчика возмущающего воздействия подклю- чен к входу блока управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми вхддами первого и второго ключей, третий выход блока управления связан с входом генератора случайного сигнала, первый 10 и второй выходы которого подключены соответственно к вторым входам первого и второго ключей, выход первого ключа соединен с первым входом первого сумматора, выход второго клю ча - с вторым входом первого сумматора, связанного через статическую модель объекта управления с первым входом первого элемента сравнения, выход датчика выходной координаты подклю чен к первому входу второго элемента сравнения, выход задатчика режима к вторым входам первого и второго элементов сравнения, выход первого элемента сравнения соединен через первый регулятор с первым входом второго сумматора, выход второго элемента сравнения через второй регулятор - с вторым входом второго сумма-30тора, подключенного выходом к входуобъекта.2, Система управления по п.1, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что блок управления содержит задатчик числа им пульсов и последовательно соединенные ключ, блок памяти, элемент сравнения, квадратор, второй элемент сравнения, пороговый элемент, умно" житель, усилитель, сумматор и дискрет-,40 ный элемент задержки, а также последовательно соединенные третий элемент сравнения, второй квадратор, четвертый элемент сравнения, второй порого 0712вый элемент, второй уиножитель, второй усилитель, второй сумматор, второй дискретный элемент задержки, а также последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, пятый элемент сравнения, третий пороговый элемент, второй счетчик импульсов, делитель, второй ключ и второй блок памяти, причем вход блока управления соединен с первым входом первого ключа, подключенного вторым входом к входу первого счетчика импульсов, выход первого дискретного элемента задержки связан с вторым входом первого элемента сравнения, с вторым входом первого сумматора и вторым выходом блока управления, выход первого блока памяти соединен с первым входом третьего элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго дискретного элемента задержки, к второму входу второго сумматора и первому выходу блока управления, выход первого элемента сравнения связан с вторым входом первого умножителя, выход первого квадратора - с вторым входом четвертого элемента сравнения, выход третьего элемента сравнения - с вторым входом второго умножителя, выход второго квадратора - с вторым входом второго элемента сравнения, выход второго порогового элемента - с вторым входом второго счетчика импульсов, выход третьего порогового элемента - с вторым входом первого счетчика импульсов и вторым входом второго ключа, выход первого счетчика импульсов соединен с вторым входом делителя, выход второго блока памяти связан с третьим выходом блока управления, задатчик числа импульсов подключен к второму входу пятого элемента сравнения.1257607 аф Фиа 4 ставитель С.Никишовхред И.Ходанич Редактор А.Лежнина орректор А. Тяск Заказ 4955/4 Подписноета СССР Тираж 336ВНИИПИ Государственного комипо делам изобретений и отк 13035, Москва, Ж, Раушская тийнаб., д. Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород. ул.Проектна