RU2220434C1 - Robast system for controlling object with lagging - Google Patents

Abstract

FIELD: automatic control system, possibly systems for controlling objects with parameters being unknown variables or values changing in time. SUBSTANCE: system includes two units for setting coefficients, delay unit, three adders, four multipliers, controlled object. EFFECT: simplified algorithm structure of control system due to changed algorithm of robast control. 1 dwg

Description

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано в системах регулирования объектами с запаздыванием по состоянию, причем параметры объекта - неизвестные постоянные или меняющиеся во времени величины. Такими системами являются, например, системы автоматического управления летательными аппаратами, ядерными реакторами, гидромелиоративными сооружениями и т.д. The invention relates to automatic control systems and can be used in control systems for objects with a delay in state, and the parameters of the object are unknown constant or time-varying values. Such systems are, for example, automatic control systems for aircraft, nuclear reactors, irrigation and drainage facilities, etc.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является самонастраивающаяся система управления /1/, содержащая объект регулирования, первый блок задания коэффициентов, блок запаздывания, второй блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, второй умножитель, дискриминатор знака, второй блок суммирования, третий умножитель, четвертый умножитель и третий блок суммирования. Выходы объекта управления связаны с соответствующими входами первого блока задания коэффициентов и соответствующими входами блока запаздывания, выходы первого блока задания коэффициентов подключены к соответствующим входам первого блока суммирования, выход которого соединен с первым и вторым входом первого умножителя и входом дискриминатора знака, выход первого умножителя соединен с первым входом второго умножителя, в дискриминаторе знака выбирается знак сигнала, выход дискриминатора знака поступает на второй вход второго умножителя и на второй вход четвертого умножителя, выходы блока запаздывания подключены к соответствующим входам второго блока задания коэффициентов, выходы которого соединены с соответствующими входами второго блока суммирования, выход которого подключен к первому и второму входам третьего умножителя, выход которого соединен с первым входом четвертого умножителя, выход дискриминатора знака поступает на второй вход четвертого умножителя, выход которого подключен к входу третьего блока суммирования, второй и третий входы которого связаны соответственно с выходом дискриминатора знака и выходом второго умножителя, выход третьего блока суммирования подключен к объекту управления. The closest technical solution to the proposed one is a self-adjusting control system / 1 / containing a control object, a first block for setting coefficients, a delay unit, a second block for setting coefficients, a first summing block, a first multiplier, a second multiplier, a sign discriminator, a second summing block, a third multiplier , the fourth multiplier and the third summing block. The outputs of the control object are connected to the corresponding inputs of the first block for setting the coefficients and the corresponding inputs of the block for delay, the outputs of the first block for setting the coefficients are connected to the corresponding inputs of the first block of summation, the output of which is connected to the first and second input of the first multiplier and the input of the sign discriminator, the output of the first multiplier is connected to the first input of the second multiplier, the sign of the signal is selected in the sign discriminator, the output of the sign discriminator is fed to the second input of the second dividing and to the second input of the fourth multiplier, the outputs of the delay unit are connected to the corresponding inputs of the second unit for setting the coefficients, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the second summing unit, the output of which is connected to the first and second inputs of the third multiplier, the output of which is connected to the first input of the fourth multiplier, the output of the sign discriminator goes to the second input of the fourth multiplier, the output of which is connected to the input of the third summing unit, the second and third inputs of which are connected with responsibly yield discriminator and the sign output of the second multiplier, a third summing unit output is connected to the control object.

Недостатком этой системы является сложность конструкции, так как при построении алгоритмов системы используется дискриминатор знака. The disadvantage of this system is the design complexity, since the sign discriminator is used in the construction of the system algorithms.

Целью изобретения является упрощение алгоритмической структуры системы управления за счет изменения алгоритма робастного управления. The aim of the invention is to simplify the algorithmic structure of the control system by changing the robust control algorithm.

Поставленная задача достигается тем, что из системы, содержащей объект управления, выходы объекта управления соединены с соответствующими входами первого блока задания коэффициентов и соответствующими входами блока запаздывания, выходы первого блока задания коэффициентов подключены к соответствующим входам первого блока суммирования, выход которого соединен с первым и вторым входом первого умножителя и с входом дискриминатора знака, выходы блока запаздывания соединены с соответствующими входами второго блока задания коэффициентов, выходы которого связаны с соответствующими входами второго блока суммирования, выход которого подключен к первому и второму входам третьего умножителя, выход четвертого умножителя подключен к первому входу третьего блока суммирования, второй вход которого подключен к выходу дискриминатора знака, а третий вход третьего блока суммирования связан с выходом второго умножителя, исключается дискриминатор знака, причем выход первого блока суммирования подключен к входу второго умножителя, к входу четвертого умножителя и ко второму входу третьего блока суммирования; выход первого умножителя подключен к первому входу второго умножителя, на второй вход которого поступает выход с первого блока суммирования, выход второго блока суммирования соединен с первым и вторым входом третьего умножителя, выход которого подключен к первому входу четвертого умножителя, ко второму входу которого подключен выход первого блока суммирования. The task is achieved in that from the system containing the control object, the outputs of the control object are connected to the corresponding inputs of the first unit for setting the coefficients and the corresponding inputs of the delay unit, the outputs of the first unit for setting the coefficients are connected to the corresponding inputs of the first summing unit, the output of which is connected to the first and second the input of the first multiplier and with the input of the sign discriminator, the outputs of the delay unit are connected to the corresponding inputs of the second unit for setting the coefficient whose outputs are connected with the corresponding inputs of the second summing unit, the output of which is connected to the first and second inputs of the third multiplier, the output of the fourth multiplier is connected to the first input of the third summing unit, the second input of which is connected to the output of the sign discriminator, and the third input of the third summing unit is connected with by the output of the second multiplier, the sign discriminator is excluded, and the output of the first summing unit is connected to the input of the second multiplier, to the input of the fourth multiplier and to the second input retego summation block; the output of the first multiplier is connected to the first input of the second multiplier, the second input of which receives the output from the first summing unit, the output of the second summing unit is connected to the first and second input of the third multiplier, the output of which is connected to the first input of the fourth multiplier, to the second input of which the output of the first block summation.

На чертеже представлена блок-схема системы. The drawing shows a block diagram of a system.

Система содержит объект регулирования 1, первый блок задания коэффициентов 2, блок запаздывания 3, второй блок задания коэффициентов 4, первый блок суммирования 5, первый умножитель 6, второй умножитель 7, второй блок суммирования 8, третий умножитель 9, четвертый умножитель 10, третий блок суммирования 11. The system contains a regulation object 1, a first block for setting coefficients 2, a block for delaying 3, a second block for setting coefficients 4, a first block for adding 5, a first multiplier 6, a second multiplier 7, a second block for summing 8, a third multiplier 9, a fourth multiplier 10, and a third block summation 11.

y₁, . . . y_m - выходы объекта регулирования, U - скалярное управляющее воздействие, удовлетворяющее уравнению:
U = -γ₁g $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{T}}{\text{1}}$ y-γ₂(g $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{T}}{\text{1}}$ y)³-γ₃g $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{T}}{\text{1}}$ y(g $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{T}}{\text{2}}$ y(t-τ))²,
где γ₁≥0, γ₂>0, γ₃>0 - постоянные;
g₁ ^T, g₂ ^T - числовые векторы;
у - m-мерный вектор выходных координат объекта.y ₁ ,. . . y _m - outputs of the regulatory object, U - scalar control action, satisfying the equation:
U = -γ ₁ g $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{T}}{\text{1}}$ y-γ ₂ (g $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{T}}{\text{1}}$ y) ³ -γ ₃ g $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{T}}{\text{1}}$ y (g $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{T}}{\text{2}}$ y (t-τ)) ² ,
where γ ₁ ≥0, γ ₂ > 0, γ ₃ > 0 are constants;
g ₁ ^T , g ₂ ^T are numerical vectors;
y is the m-dimensional vector of the output coordinates of the object.

Система функционирует следующим образом. The system operates as follows.

Сигналы y₁, ...y_m с выходов объекта 1 регулирования одновременно поступают на соответствующие входы блока 2 задания коэффициентов и блока 3 запаздывания. Блок 2 задания коэффициентов представляет собой блок умножителей, в этом блоке происходит умножение сигнала с i-го выхода объекта регулирования на постоянный коэффициент g_1i. Сигналы с выходов блока 2 задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого блока суммирования 5, где складываются. Сигналы g₁ ^Tу с выхода первого блока суммирования 5 поступают на оба входа первого умножителя 6, на второй вход второго умножителя 7, на второй вход четвертого умножителя 10 и на второй вход третьего блока суммирования 11. В первом умножителе 6 происходит умножение сигнала g₁ ^Tу с выхода первого блока суммирования 5 на этот же сигнал. Сигнал (g₁ ^Tу)² с выхода первого умножителя 6 поступает на первый вход второго умножителя 7, где умножается на сигнал g₁ ^Tу, поступающий с выхода первого блока суммирования 5. Сигнал (g₁ ^Tу)³ поступает на третий вход третьего блока суммирования 11. Сигналы с выходов блока 3 запаздывания через время τ, равное времени запаздывания, поступают на соответствующие входы второго блока задания коэффициентов 4, где происходит умножение сигнала с i-го выхода блока 3 запаздывания на постоянный коэффициент g_2i. Сигналы с выходов блока 4 задания коэффициентов поступают на соответствующие входы второго блока суммирования 8, где складываются. Сигналы g₂ ^Tу(t-τ) с выхода блока суммирования 8 поступают на оба входа второго умножителя 9. Во втором умножителе 9 происходит умножение сигнала с выхода второго блока суммирования 8 на этот же сигнал. Сигнал (g₁ ^Tу(t-τ))² с выхода третьего умножителя 9 поступает на вход четвертого умножителя 10, где умножается на сигнал g₁ ^Tу с выхода первого блока суммирования 5. С выхода четвертого умножителя сигнал g₁ ^Tу(g₁ ^Tу(t-τ))² поступает на первый вход третьего блока суммирования 11 с соответствующими коэффициентами, где суммируется с сигналом g₁ ^Tу с выхода первого блока суммирования 5 и сигналом (g₁ ^Tу)³ с выхода второго умножителя 7, поступающими соответственно на второй и третий входы третьего блока суммирования 11 с соответствующими коэффициентами. На выходе третьего блока суммирования 11 формируется суммарный сигнал
U = -γ₁g $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{T}}{\text{1}}$ y-γ₂(g $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{T}}{\text{1}}$ y)³-γ₃g $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{T}}{\text{1}}$ y(g $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{T}}{\text{2}}$ y(t-τ))².
Сигнал с выхода третьего блока суммирования 11 (управляющее воздействие) поступает на вход объекта регулирования 1.The signals y ₁ , ... y _m from the outputs of the control object 1 simultaneously arrive at the corresponding inputs of the coefficient setting unit 2 and the delay unit 3. The coefficient setting block 2 is a block of multipliers, in this block the signal is multiplied from the i-th output of the control object by a constant coefficient g _1i . The signals from the outputs of block 2 setting the coefficients are supplied to the corresponding inputs of the first block summation 5, where they add up. The signals g ₁ ^T y from the output of the first summing block 5 are fed to both inputs of the first multiplier 6, to the second input of the second multiplier 7, to the second input of the fourth multiplier 10 and to the second input of the third summing block 11. In the first multiplier 6, the signal g ₁ ^T y from the output of the first summing block 5 to the same signal. The signal (g ₁ ^T y) ² from the output of the first multiplier 6 is fed to the first input of the second multiplier 7, where it is multiplied by the signal g ₁ ^T y coming from the output of the first summing unit 5. The signal (g ₁ ^T y) ^{3 is} fed to the third input third summing unit 11. The signals from the outputs of the delay unit 3 after a time τ equal to the delay time are supplied to the corresponding inputs of the second coefficient setting unit 4, where the signal from the ith output of the delay unit 3 is multiplied by a constant coefficient g _2i . The signals from the outputs of block 4 of the task of the coefficients are supplied to the corresponding inputs of the second block of summation 8, where they add up. The signals g ₂ ^T y (t-τ) from the output of the summing unit 8 are fed to both inputs of the second multiplier 9. In the second multiplier 9, the signal from the output of the second summing unit 8 is multiplied by the same signal. The signal (g ₁ ^T y (t-τ)) ² from the output of the third multiplier 9 is fed to the input of the fourth multiplier 10, where it is multiplied by the signal g ₁ ^T y from the output of the first summing unit 5. From the output of the fourth multiplier, the signal g ₁ ^T y ( g ₁ ^T y (t-τ)) ^{2 is} supplied to the first input of the third summing block 11 with the corresponding coefficients, where it is summed with the signal g ₁ ^T y from the output of the first summing block 5 and the signal (g ₁ ^T y) ³ from the output of the second multiplier 7, respectively, arriving at the second and third inputs of the third summing unit 11 with corresponding coefficients. At the output of the third summing unit 11, a total signal is generated
U = -γ ₁ g $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{T}}{\text{1}}$ y-γ ₂ (g $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{T}}{\text{1}}$ y) ³ -γ ₃ g $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{T}}{\text{1}}$ y (g $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{T}}{\text{2}}$ y (t-τ)) ² .
The signal from the output of the third summing unit 11 (control action) is fed to the input of the regulatory object 1.

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

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ 2170452, кл. G 05 B 13/02, 2001 (прототип).SOURCES OF INFORMATION
1. RF patent 2170452, cl. G 05 B 13/02, 2001 (prototype).

Claims (1)

Робастная система управления объектом с запаздыванием, содержащая объект регулирования, первый блок задания коэффициентов, блок запаздывания, второй блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, второй умножитель, второй блок суммирования, третий умножитель, четвертый умножитель, третий блок суммирования, выходы объекта регулирования соединены с соответствующими входами первого блока задания коэффициентов и соответствующими входами блока запаздывания, выходы первого блока задания коэффициентов подключены к соответствующим входам первого блока суммирования, выход которого соединен с первым и вторым входами первого умножителя, выход первого умножителя подключен к первому входу второго умножителя, выход второго умножителя соединен с третьим входом третьего блока суммирования, выходы блока запаздывания соединены с соответствующими входами второго блока задания коэффициентов, выходы которого связаны с соответствующими входами второго блока суммирования, выход которого подключен к первому и второму входам третьего умножителя, выход третьего умножителя соединен с первым входом четвертого умножителя, выход четвертого умножителя подключен к первому входу третьего блока суммирования, выход которого подключен к входу объекта регулирования, отличающаяся тем, что выход первого блока суммирования соединен со вторым входом второго умножителя, со вторым входом четвертого умножителя и со вторым входом третьего блока суммирования.A robust object control system with a delay, containing the control object, the first coefficient setting block, the delay block, the second coefficient setting block, the first summing block, the first multiplier, the second multiplier, the second summing block, the third multiplier, the fourth multiplier, the third summing block, the outputs of the object regulation are connected to the corresponding inputs of the first block of the task of coefficients and the corresponding inputs of the block of delay, the outputs of the first block of the task of coefficients is connected s to the corresponding inputs of the first summing unit, the output of which is connected to the first and second inputs of the first multiplier, the output of the first multiplier is connected to the first input of the second multiplier, the output of the second multiplier is connected to the third input of the third summing unit, the outputs of the delay unit are connected to the corresponding inputs of the second task unit coefficients, the outputs of which are connected with the corresponding inputs of the second summing unit, the output of which is connected to the first and second inputs of the third multiplier, the output is tre the fifth multiplier is connected to the first input of the fourth multiplier, the output of the fourth multiplier is connected to the first input of the third summing unit, the output of which is connected to the input of the control object, characterized in that the output of the first summing unit is connected to the second input of the second multiplier, with the second input of the fourth multiplier and the second input of the third block summation.