RU2222040C1 - Robust control system - Google Patents

Abstract

FIELD: automatic control systems. SUBSTANCE: invention can be employed in systems adjusting objects which parameters are unknown constants or values changing in time. Robust control system incorporates coefficient setting unit, two adders, three multipliers, modulus establishing unit, unit of nonlinear gradual conversion, regulated object. EFFECT: simplified algorithmic structure of control system thanks to change of algorithm of robust control. 1 dwg

Description

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано в системах регулирования объектами, параметры которых - 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 whose parameters 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 робастная система управления, содержащая объект регулирования, блок задания коэффициентов, первый и второй блоки суммирования, дискриминатор знака, последовательно соединенные первый умножитель, второй умножитель, также последовательно соединенные блок нахождения модуля, блок нелинейного степенного преобразования и третий умножитель. Выходы объекта управления соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, сигналы с выходов блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого блока суммирования, выход первого блока суммирования соединен с входом блока дискриминатора знака, с двумя входами первого умножителя и с входом блока нахождения модуля, выход первого умножителя соединен с первым входом второго умножителя, на второй вход второго умножителя поступает сигнал с выхода дискриминатора знака, выход блока нахождения модуля соединен с входом блока нелинейного степенного преобразования, выход которого соединен с первым входом третьего умножителя, на второй вход третьего умножителя поступает сигнал с выхода дискриминатора знака, во втором блоке суммирования происходит сложение сигналов, полученных с выхода второго умножителя, с выхода третьего умножителя и выхода дискриминатора знака, выход второго блока суммирования подключен к входу объекта регулирования /1/. The closest technical solution to the proposed one is a robust control system containing a control object, a coefficient setting block, first and second summing blocks, a sign discriminator, a first multiplier, a second multiplier connected in series, a module finding block, a nonlinear power conversion unit and a third multiplier also connected in series . The outputs of the control object are connected to the corresponding inputs of the coefficient setting block, the signals from the outputs of the coefficient setting block are supplied to the corresponding inputs of the first summing block, the output of the first summing block is connected to the input of the sign discriminator block, with two inputs of the first multiplier and with the input of the module finding block, the output of the first the multiplier is connected to the first input of the second multiplier, the second output of the second multiplier receives a signal from the output of the discriminator of the sign, the output of the block finding the module is connected inen with the input of the nonlinear power conversion unit, the output of which is connected to the first input of the third multiplier, the signal from the output of the sign discriminator is received at the second input of the third multiplier, in the second summing block the signals received from the output of the second multiplier are added from the output of the third multiplier and the output of the discriminator sign, the output of the second summing unit is connected to the input of the regulatory object / 1 /.

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, блок задания коэффициентов, первый и второй блоки суммирования, дискриминатор знака, последовательно соединенные первый и второй умножители, к первому и второму входам первого умножителя подключен выход первого блока суммирования, соответствующие входы которого соединены с соответствующими выходами блока задания коэффициентов, а выходы объекта управления соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, а также последовательно соединенные блок нахождения модуля, блок нелинейного степенного преобразования и третий умножитель, исключается дискриминатор знака, причем первый вход второго умножителя соединен с выходом первого умножителя, второй вход второго умножителя соединен с выходом второго блока суммирования, выход второго умножителя подключен к первому входу второго блока суммирования, второй вход второго блока суммирования соединен с выходом первого блока суммирования, третий вход второго блока суммирования соединен с выходом третьего умножителя, вход которого соединен с выходом блока нелинейного степенного преобразования, вход которого соединен с выходом блока нахождения модуля, выход второго блока суммирования подключен к объекту регулирования. The problem is achieved in that from the system containing the control object, the coefficient setting unit, the first and second summing blocks, the sign discriminator, the first and second multipliers connected in series, the output of the first summing block, the corresponding inputs of which are connected to the first and second inputs of the first multiplier with the corresponding outputs of the coefficient setting block, and the outputs of the control object are connected to the corresponding inputs of the coefficient setting block, and also connected in series The module finding unit, the nonlinear power conversion unit and the third multiplier exclude the sign discriminator, the first input of the second multiplier connected to the output of the first multiplier, the second input of the second multiplier connected to the output of the second summing unit, the output of the second multiplier connected to the first input of the second summing unit, the second input of the second summing unit is connected to the output of the first summing unit, the third input of the second summing unit is connected to the output of the third multiplier, the input of which connected to the output of the nonlinear power conversion unit, the input of which is connected to the output of the module finding unit, the output of the second summing unit is connected to the control object.

Выводя из системы дискриминатор знака, получают систему с робастным управлением более простой структуры без изменения условия нормального функционирования системы при нестационарных характеристиках уравнения. Deriving the sign discriminator from the system, a system with robust control of a simpler structure is obtained without changing the conditions for the normal functioning of the system with non-stationary characteristics of the equation.

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

Система содержит объект регулирования 1, блок 2 задания коэффициентов, первый блок суммирования 3, первый умножитель 4, второй умножитель 5, второй блок суммирования 6, блок нахождения модуля 7, блок нелинейного степенного преобразования 8 и третий умножитель 9. The system contains a regulation object 1, a coefficient setting unit 2, a first summing unit 3, a first multiplier 4, a second multiplier 5, a second summing unit 6, a module 7 finding unit, a nonlinear power conversion unit 8, and a third multiplier 9.

y₁, . . . , y_m - выходы объекта регулирования, U - скалярное управляющее воздействие, удовлетворяющее уравнению:
U = -γ₁g^T-γ₂(g^Ty)³-γ₃|g^Ty|^qg^Ty,
где γ₁>0,γ₂>0,γ₃, 0≤q≤1- постоянные;
g^T - числовой вектор;
у - m-мерный вектор выходных координат объекта.y ₁ ,. . . , y _m are the outputs of the regulatory object, U is a scalar control action satisfying the equation:
U = -γ ₁ g ^T -γ ₂ (g ^T y) ³ -γ ₃ | g ^T y | ^q g ^T y,
where γ ₁ > 0, γ ₂ > 0, γ ₃ , 0≤q≤1 are constants;
g ^T is a numerical vector;
y is the m-dimensional vector of the output coordinates of the object.

Система функционирует следующим образом. The system operates as follows.

Сигналы у₁, . .., y_m с выходов объекта регулирования 1 поступают на соответствующие входы блока 2 задания коэффициентов, который представляет собой блок умножителей. В блоке 2 задания коэффициентов происходит умножение сигнала с i-го выхода объекта управления на постоянный коэффициент g_i. Сигналы с выходов блока 2 задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого блока суммирования 3, где складываются. Сигналы g^Tу с выхода первого блока суммирования 3 поступают на оба входа первого умножителя 4, на второй вход второго умножителя 5, на вход блока нахождения модуля 7. В первом умножителе 4 происходит умножение сигнала с выхода первого блока суммирования 3 на этот же сигнал. Сигнал (g^Tу)² с выхода первого умножителя поступает на первый вход второго умножителя 5. Сигнал g^Tу поступает на второй вход второго умножителя 5, где происходит умножение его на сигнал (g^Tу)². Полученный сигнал (g^Tу)³ поступает с выхода второго умножителя 5 на первый вход второго блока суммирования 6, на второй вход которого поступает сигнал (g^Tу) с выхода первого блока суммирования 3. Сигнал g^Ty с выхода первого блока суммирования 3 поступает на вход блока нахождения модуля 7, с выхода которого сигнал |g^Ty| поступает на вход блока нелинейного степенного преобразования 8. Сигнал |g^Ty|^q с выхода блока нелинейного степенного преобразования 8 поступает на первый вход третьего умножителя 9, где происходит его умножение на сигнал (g^Ty), поступающий на второй вход третьего умножителя 9 с выхода первого блока суммирования 3. Во втором блоке суммирования 6 происходит сложение сигналов, полученных с выхода второго умножителя 5, выхода первого блока суммирования 3 и выхода третьего умножителя 9 с нужными коэффициентами. Сигнал U = -γ₁g^Ty-γ₂(g^Ty)³-γ₃|g^Ty|^qg^Ty с выхода второго блока суммирования 6 (управляющее воздействие) поступает на вход объекта регулирования 1.Signals at ₁ ,. .., y _m from the outputs of the regulatory object 1 are supplied to the corresponding inputs of the unit 2 for setting the coefficients, which is a block of multipliers. In block 2 of setting the coefficients, the signal is multiplied from the i-th output of the control object by a constant coefficient g _i . The signals from the outputs of block 2 setting the coefficients are supplied to the corresponding inputs of the first block summation 3, where they add up. The signals g ^T y from the output of the first summing block 3 are fed to both inputs of the first multiplier 4, to the second input of the second multiplier 5, to the input of the module 7's finding block. In the first multiplier 4, the signal is multiplied from the output of the first summing block 3 by the same signal. The signal (g ^T y) ² from the output of the first multiplier goes to the first input of the second multiplier 5. The signal g ^T y goes to the second input of the second multiplier 5, where it is multiplied by the signal (g ^T y) ² . The received signal (g ^T y) ^{3 is} supplied from the output of the second multiplier 5 to the first input of the second summing block 6, the second input of which receives a signal (g ^T y) from the output of the first summing block 3. The signal g ^T y from the output of the first summing block 3 arrives at the input of the unit 7 module, the output of which the signal | g ^T y | arrives at the input of the nonlinear power conversion block 8. The signal | g ^T y | ^q from the output of the nonlinear power conversion unit 8 is fed to the first input of the third multiplier 9, where it is multiplied by a signal (g ^T y), which is fed to the second input of the third multiplier 9 from the output of the first summing unit 3. In the second summing unit 6, the signals are added obtained from the output of the second multiplier 5, the output of the first summing unit 3 and the output of the third multiplier 9 with the desired coefficients. Signal U = -γ ₁ g ^T y-γ ₂ (g ^T y) ³ -γ ₃ | g ^T y | ^q g ^T y from the output of the second summing unit 6 (control action) is fed to the input of regulation 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 2178198, кл. G 05 B 13/02, 2002 (прототип).Sources of information
1. RF patent 2178198, cl. G 05 B 13/02, 2002 (prototype).

Claims (1)

Робастная система управления, содержащая объект управления, выходы объекта управления соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, выходы которого соединены с соответствующими входами первого блока суммирования, выход первого блока суммирования подключен к первому и второму входам первого умножителя и к входу блока нахождения модуля, выход первого умножителя соединен с первым входом второго умножителя, выход второго умножителя подключен к первому входу второго блока суммирования, выход блока нахождения модуля подключен к входу блока нелинейного степенного преобразования, выход которого соединен с первым входом третьего умножителя, выход третьего умножителя подключен к третьему входу второго блока суммирования, выход которого соединен с входом объекта регулирования, отличающаяся тем, что выход первого блока суммирования подключен ко второму входу второго умножителя, ко второму входу третьего умножителя и ко второму входу второго блока суммирования.A robust control system containing a control object, the outputs of the control object are connected to the corresponding inputs of the coefficient setting unit, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the first summing unit, the output of the first summing unit is connected to the first and second inputs of the first multiplier and to the input of the module finding unit, the output of the first the multiplier is connected to the first input of the second multiplier, the output of the second multiplier is connected to the first input of the second summing unit, the output of the module finding unit connected to the input of the nonlinear power conversion unit, the output of which is connected to the first input of the third multiplier, the output of the third multiplier is connected to the third input of the second 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 to the second input of the third multiplier and to the second input of the second summing unit.