RU2130636C1 - Adaptive control device for objects with lag - Google Patents

Abstract

FIELD: automatic control, in particular, dynamic linear control objects with condition lag. SUBSTANCE: device has amplifiers, integrators, adders, delay unit, weight setting unit, absolute value calculation units. Parameters of object are either constant or slowly alter as function of time. EFFECT: increased functional capabilities due to possibility to tune elements of qualitative vector of parameters. 1 dwg

Description

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для линейных динамических объектов управления с запаздыванием по состоянию, причем параметры объекта - неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени параметры. The invention relates to automatic control systems and can be used for linear dynamic control objects with a state lag, and the parameters of the object are unknown constant or slowly changing in time parameters.

Известна адаптивная система управления [1], содержащая объект регулирования, блок задания коэффициентов, сумматор, два умножителя и интегратор, предназначенная для использования в системах регулирования объектами, параметры которых - неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины. Known adaptive control system [1], containing the control object, a unit for setting coefficients, an adder, two multipliers and an integrator, designed for use in control systems by objects whose parameters are unknown constant or slowly varying over time.

Недостатком данной системы являются узкие функциональные возможности, так как система не может работать с объектами, обладающими запаздыванием. The disadvantage of this system is the narrow functionality, since the system cannot work with objects with delay.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является самонастраивающаяся система управления [2], содержащая первый блок задания коэффициентов, блок запаздывания, второй блок задания коэффициентов, последовательно соединенные первый блок суммирования, первый умножитель, первый интегратор, второй умножитель, последовательно соединенные второй блок суммирования, третий умножитель, второй интегратор, четвертый умножитель, третий блок суммирования, выходы объекта регулирования соединены с соответствующими входами первого блока задания коэффициентов, входы первого блока суммирования соединены с соответствующими выходами первого блока задания коэффициентов, выход первого блока суммирования подключен к вторым входам первого и второго умножителей, выходы объекта регулирования соединены с соответствующими входами блока запаздывания, выходы которого подключены к соответствующим входам второго блока задания коэффициентов, соединенного выходами с соответствующими входами второго блока суммирования, выход которого подключен ко второму входу четвертого умножителя, выход первого блока суммирования соединен со вторым входом третьего умножителя, второй вход и выход третьего блока суммирования подключены соответственно к выходу второго умножителя и выходу объекта регулирования. The closest technical solution to the proposed one is a self-adjusting control system [2], which contains a first block for setting coefficients, a delay unit, a second block for setting coefficients, series-connected first block of summation, first multiplier, first integrator, second multiplier, series-connected second block of summation, third a multiplier, a second integrator, a fourth multiplier, a third summing unit, the outputs of the control object are connected to the corresponding inputs of the first unit while the coefficients are set, the inputs of the first summing unit are connected to the corresponding outputs of the first coefficient setting unit, the output of the first summing unit is connected to the second inputs of the first and second multipliers, the outputs of the control object are connected to the corresponding inputs of the delay unit, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the second coefficient setting unit connected by outputs to the corresponding inputs of the second summing unit, the output of which is connected to the second input of the fourth multiply The output of the first summing unit is connected to the second input of the third multiplier, the second input and output of the third summing unit are connected respectively to the output of the second multiplier and the output of the control object.

Недостатком этой системы является необходимость выбора и задания элементов числового вектора настройки параметров регулятора в условиях априорной неопределенности, что, как правило, представляет собой сложную задачу, решение которой существенно затрудняется с ростом размерности систем управления. Более того, в некоторых системах априорный выбор числовых значений элементов указанного вектора может быть и невозможен, хотя в каждом конкретном случае, т.е. при том или ином наборе неизвестных постоянных или медленно изменяющихся параметров объекта управления решение задачи может иметь место. Таким образом, указанный недостаток существенно ограничивает функциональные возможности известных адаптивных систем управления, при построении которых используются неявные эталонные модели. В такой ситуации самонастройка вектора параметров является наиболее целесообразной, а в ряде случаев и единственно возможным подходом к построению систем управления, устойчиво работоспособных в условиях априорной неопределенности. The disadvantage of this system is the need to select and set the elements of a numerical vector for adjusting the parameters of the controller under conditions of a priori uncertainty, which, as a rule, is a difficult task, the solution of which is significantly hindered with an increase in the dimension of control systems. Moreover, in some systems, an a priori choice of the numerical values of the elements of the specified vector may not be possible, although in each case, i.e. for a given set of unknown constant or slowly changing parameters of the control object, a solution to the problem can take place. Thus, this drawback significantly limits the functionality of the known adaptive control systems, the construction of which uses implicit reference models. In such a situation, the self-tuning of the parameter vector is the most appropriate, and in some cases the only possible approach to the construction of control systems that are stably operable under conditions of a priori uncertainty.

Цель изобретения является расширение функциональных возможностей системы. The purpose of the invention is to expand the functionality of the system.

Поставленная цель достигается тем, что в системе, содержащей объект управления, блок запаздывания, блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, второй блок суммирования, третий умножитель, второй интегратор, четвертый умножитель, третий блок суммирования, выходы объекта управления соединены с входами блока запаздывания, выходы блока запаздывания подключены к соответствующим входам блока задания коэффициентов, выход первого блока суммирования подключен ко второму входу третьего умножителя, входы второго блока суммирования соединены с соответствующими выходами блока задания коэффициентов, выход первого блока суммирования подключен к соответствующим входам третьего и четвертого умножителей, выход третьего умножителя через второй интегратор соединен с первым входом четвертого умножителя, выход которого подключен к входу третьего блока суммирования, введены первые умножители, блоки вычисления модуля, первые интеграторы и вторые умножители, выходы объекта управления, соединены с соответствующими входами первых и вторых умножителей, выходы каждого первого умножителя через последовательно соединенные соответствующие блок вычисления модуля и первый интегратор соединен с входом соответствующего второго умножителя, выходы вторых умножителей подключены к входам первого блока суммирования, выход которого подключен к вторым входам первых умножителей и к первому входу третьего блока суммирования, выход третьего блока суммирования подключен к входу объекта управления. This goal is achieved by the fact that in the system containing the control unit, the delay unit, the coefficient setting unit, the first summing unit, the second summing unit, the third multiplier, the second integrator, the fourth multiplier, the third summing unit, the outputs of the control object are connected to the inputs of the delay unit, the outputs of the delay unit are connected to the corresponding inputs of the coefficient setting unit, the output of the first summing unit is connected to the second input of the third multiplier, the inputs of the second summing unit with are identical with the corresponding outputs of the coefficient setting unit, the output of the first summing unit is connected to the corresponding inputs of the third and fourth multipliers, the output of the third multiplier through the second integrator is connected to the first input of the fourth multiplier, the output of which is connected to the input of the third summing unit, the first multipliers, module calculation blocks are introduced , the first integrators and second multipliers, the outputs of the control object are connected to the corresponding inputs of the first and second multipliers, the outputs of each first the multiplier through series-connected respective unit of calculation module and the first integrator is connected to the input of the corresponding second multiplier, the outputs of the second multipliers are connected to the inputs of the first summing unit, the output of which is connected to the second inputs of the first multipliers and to the first input of the third summing unit, the output of the third summing unit is connected to the input of the control object.

Вводя в систему первые умножители, блоки вычисления модуля, первые интеграторы и вторые умножители, получают в системе новую функцию, которая заключается в том, что теперь элементы числового вектора настройки параметров регулятора будут настраиваться, что обеспечивает условие нормального функционирования объекта управления. Introducing the first multipliers, module calculation blocks, first integrators and second multipliers into the system, they get a new function in the system, which consists in the fact that now the elements of the numerical vector for adjusting the controller parameters will be tuned, which ensures the normal functioning of the control object.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемой системы управления. The drawing shows a block diagram of the proposed control system.

Система содержит объект управления 1, блок 2 запаздывания, блок 3 задания коэффициентов, первые умножители 4_i (i = 1, m), блоки вычисления модуля 5_i, первые интеграторы 6_i, вторые умножители 7_i, первый блок суммирования 8, второй блок суммирования 9, третий умножитель 10, второй интегратор 11, четвертый умножитель 12, третий блок суммирования 13.The system contains a control object 1, delay unit 2, coefficient setting unit 3, first multipliers 4 _i (i = 1, m), calculation units of module 5 _i , first integrators 6 _i , second multipliers 7 _i , first summing unit 8, second block summation 9, the third multiplier 10, the second integrator 11, the fourth multiplier 12, the third summing unit 13.

Выходы объекта управления 1 связаны с соответствующими входами каждого первого умножителя 4_i (i = 1, m), входами каждого второго 7_i умножителя и соответствующими входами блока 2 запаздывания, выход каждого первого умножителя 4_i связан с входом каждого блока вычисления модуля 5_i (i = 1, m), выходы которых подключены к входу каждого первого интегратора 6_i (i = 1, m), выход которого связан со вторым входом каждого второго умножителя 7_i (i = 1, m), выходы которых связаны с соответствующими входами первого блока суммирования 8, выход которого подключен ко вторым входам каждого первого 4_i умножителя, ко второму входу третьего умножителя 10 и к первому входу третьего блока суммирования, выходы блока запаздывания 2 соединены с соответствующими входами блока 3 задания коэффициентов, выходы которого связаны с соответствующими входами второго блока 9 суммирования, выход которого подключен к первому входу третьего умножителя 10 и ко второму входу четвертого умножителя 12, выход третьего умножителя 10 соединен с входом третьего интегратора 11 выход которого связан с первым входом четвертого умножителя 12, выход которого подключен ко входу третьего блока 13 суммирования, первый вход которого связан с выходом первого блока суммирования, а выход подключен к входу объекта управления.The outputs of the control object 1 are connected with the corresponding inputs of each first multiplier 4 _i (i = 1, m), the inputs of each second 7 _i multiplier and the corresponding inputs of the delay unit 2, the output of each first multiplier 4 _i is connected to the input of each calculation unit of module 5 _i ( i = 1, m), the outputs of which are connected to the input of each first integrator 6 _i (i = 1, m), the output of which is connected to the second input of each second multiplier 7 _i (i = 1, m), the outputs of which are connected to the corresponding inputs the first summing unit 8, the output of which is connected to the second passages of each first 4 _i multiplier, the second input of the third multiplier 10 and to a first input of a third summing unit, an output unit delay 2 are connected to respective inputs of unit 3 reference coefficients, the outputs of which are connected to corresponding inputs of the second unit 9 summation, the output of which is connected to the first the input of the third multiplier 10 and to the second input of the fourth multiplier 12, the output of the third multiplier 10 is connected to the input of the third integrator 11, the output of which is connected to the first input of the fourth multiplier 12, the output One of which is connected to the input of the third summing unit 13, the first input of which is connected to the output of the first summing unit, and the output is connected to the input of the control object.

Система функционирует следующим образом. The system operates as follows.

Сигналы с выхода объекта 1 управления поступают на соответствующие входы блока запаздывания 2. Сигнал с выхода сумматора 8 поступает на вторые входы каждого первого умножителя 4_i (i = 1, m). На первые входы каждого первого 4_i (i = 1, m) умножителя поступают соответствующие сигналы с выхода объекта управления 1. С выходов каждого первого 4_i умножителя сигналы поступают на входы соответствующих блоков вычисления модуля 5_i (i = 1, m), где вычисляются их абсолютные значения. С выходов блоков вычисления модуля 5_i сигналы поступают на входы соответствующих первых интеграторов 6_i (i = 1, m), где интегрируются. Сигналы с выходов каждого первого 6_i (i = 1, m) интегратора поступают на первые входы каждого второго умножителя 7_i (i = 1, m). На вторые входы вторых умножителей 7_i поступают соответствующие сигналы с выходов объекта управления 1. С выходов каждого второго умножителя 7_i сигналы поступают на входы первого сумматора 8, где складываются. Сигналы с выхода первого 8 сумматора поступают на второй вход третьего умножителя 10 и на первый вход третьего сумматора 13. Сигналы с выходов блока 2 запаздывания через время, равное времени запаздывания, поступают на соответствующие входы блока 3 задания коэффициентов. Сигналы с выхода блока 3 задания коэффициентов поступают на соответствующие входы второго блока 9 суммирования, где складываются. Сигнал с выхода второго блока 9 суммирования поступает на первый вход третьего умножителя 10 и на второй вход четвертого умножителя. В третьем умножителе 10 происходит умножение сигнала с выхода первого блока 8 суммирования на сигнал с выхода второго блока 9 суммирования. Сигнал с выхода третьего 10 умножителя поступает на вход второго интегратора 11, где интегрируется. Сигнал с выхода второго интегратора 11 поступает на первый вход четвертого умножителя 12, где происходит умножение сигнала с выхода второго интегратора 11 на сигнал с выхода второго блока 9 суммирования. Сигнал с выхода четвертого умножителя 12 поступает на второй вход третьего блока 13 суммирования, где складывается с сигналом, поступающим на первый вход третьего блока 13 суммирования с выхода первого блока 8 суммирования. Сигнал с выхода третьего блока 13 суммирования, являющийся сигналом управления, поступает на вход объекта управления.The signals from the output of the control object 1 are supplied to the corresponding inputs of the delay unit 2. The signal from the output of the adder 8 is supplied to the second inputs of each first multiplier 4 _i (i = 1, m). The first inputs of each first 4 _i (i = 1, m) multiplier receive the corresponding signals from the output of the control object 1. From the outputs of each first 4 _i multiplier, the signals go to the inputs of the corresponding calculation blocks of module 5 _i (i = 1, m), where their absolute values are calculated. From the outputs of the calculation blocks of module 5 _{i, the} signals are fed to the inputs of the corresponding first integrators 6 _i (i = 1, m), where they are integrated. The signals from the outputs of each first 6 _i (i = 1, m) integrator are fed to the first inputs of every second multiplier 7 _i (i = 1, m). The second inputs of the second multipliers 7 _i receive the corresponding signals from the outputs of the control object 1. From the outputs of each second multiplier 7 _{i, the} signals are fed to the inputs of the first adder 8, where they add up. The signals from the output of the first 8 adder are fed to the second input of the third multiplier 10 and to the first input of the third adder 13. The signals from the outputs of the delay unit 2 after a time equal to the delay time are fed to the corresponding inputs of the coefficient setting unit 3. The signals from the output of block 3 of the task of the coefficients are supplied to the corresponding inputs of the second block 9 of the summation, where they add up. The signal from the output of the second summing unit 9 is fed to the first input of the third multiplier 10 and to the second input of the fourth multiplier. In the third multiplier 10, the signal is multiplied from the output of the first summing unit 8 by the signal from the output of the second summing unit 9. The signal from the output of the third 10 multiplier is fed to the input of the second integrator 11, where it is integrated. The signal from the output of the second integrator 11 is fed to the first input of the fourth multiplier 12, where the signal is multiplied from the output of the second integrator 11 by the signal from the output of the second summing unit 9. The signal from the output of the fourth multiplier 12 is supplied to the second input of the third summing unit 13, where it is added to the signal supplied to the first input of the third summing unit 13 from the output of the first summing unit 8. The signal from the output of the third summing unit 13, which is a control signal, is input to the control object.

Данное устройство может быть реализовано промышленным способом на основе стандартной элементной базы. This device can be implemented industrially based on a standard elemental base.

Claims (1)

Адаптивная система управления, содержащая объект управления, выходы которого соединены с входами блока запаздывания, выходы которого подключены к соответствующим входам блока задания коэффициентов, первый блок суммирования, выход которого подключен к второму входу третьего умножителя, второй блок суммирования, входы которого соединены с соответствующими выходами блока задания коэффициентов, выход второго блока суммирования подключен к соответствующим входам третьего и четвертого умножителей, выход третьего умножителя через второй интегратор соединен с первым входом четвертого умножителя, выход которого подключен к входу третьего блока суммирования, выход которого подключен к входу объекта управления, отличающаяся тем, что в систему введены первые умножители, блоки вычисления модуля, первые интеграторы и вторые умножители, выходы объекта управления соединены с соответствующими входами первых и вторых умножителей, выход каждого первого умножителя через последовательно соединенные соответствующие блок вычисления модуля и первый интегратор соединен с входом соответствующего второго умножителя, выходы вторых умножителей подключены к входам первого блока суммирования, выход которого подключен к вторым входам первых умножителей и первому входу третьего блока суммирования. An adaptive control system containing a control object, the outputs of which are connected to the inputs of the delay unit, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the coefficient setting unit, the first summing unit, the output of which is connected to the second input of the third multiplier, the second summing unit, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the block setting the coefficients, the output of the second summing unit is connected to the corresponding inputs of the third and fourth multipliers, the output of the third multiplier through the second the integrator is connected to the first input of the fourth multiplier, the output of which is connected to the input of the third summing unit, the output of which is connected to the input of the control object, characterized in that the first multipliers, module calculation units, the first integrators and second multipliers, the control object outputs are connected to the corresponding inputs of the first and second multipliers, the output of each first multiplier through a series-connected corresponding module calculation unit and the first integrator is connected to the input tvetstvuyuschego second multiplier, a second multiplier outputs are connected to inputs of the first summation unit, whose output is connected to second inputs of the first multipliers and the first input of the third summing block.