Адаптивная система управления

 

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для управления линейными динамическими объектами. Цель изобретения - улучшение динамической точности, повышение быстродействия, создание большей универсальности. Система содержит объект управления, блок задания коэффициентов, два сумматора, два умножителя, два элемента возведения в степень, два интегратора, задатчик скорости и вычитающий элемент. За счет введения дополнительного параллельного канала формируется требуемая скорость изменения рассогласования. 1 ил.

Изобpетение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для управления линейными динамическими объектами: летательным аппаратом, ядерным реактором, гидромелиоративным сооружением и т.д.

Известна адаптивная система, в которую входят объект управления, блок задания коэффициентов, сумматор, первый умножитель, элемент возведения в степень, включающий второй умножитель и квадратор, и интегратор. Выходные параметры объекта, измеренные датчиками, умножаются на заданные коэффициенты и сглаживается в сумматоре. На выходе сумматора формируется сигнал рассогласования. Этот сигнал возводится в степень, интегрируется и умножается снова на текущее значение сигнала рассогласования.

Недостаток этой системы в том, что динамика формирования изменения настраиваемого параметра прямо не зависит от динамических характеристик объекта и определяется только текущим значением без учета изменения этого значения во времени, что не позволяет регулировать заданным образом с заданным значением скорости изменения рассогласования. В то же время качество непрерывного регулирования существенно зависит от скорости регулирования рассогласования и точность определяется его оптимальным значением.

Задача изобретения улучшение динамической точности регулятора, повышение его быстродействия для обеспечения качества переходной характеристики системы, создание большей универсальности регулятора.

Сущность изобретения в устройство, содержащее блок задания коэффициентов, входами соединенный с соответствующими выходами объекта управления, а выходами с выходами первого сумматора, выход которого соединен с первым входом умножителя, выход которого подключен к входу объекта, и с входом первого элемента возведения в степень, а также первый интегратор, выход которого соединен с вторым входом умножителя, ведены дифференциатор, задатчик скорости, второй элемент возведения в степень, второй интегратор, вычитающий элемент и второй сумматор, выход которого подключен к входу первого интегратора, а входы соединены соответственно с выходами первого элемента возведения в степень и второго интегратора, при этом выход первого сумматора через дифференциатор и через задатчик скорости соединен с соответствующими входами вычитающего элемента, выход которого через второй элемент возведения в степень соединен с входом второго интегратора.

Задатчик скорости формирует сигнал оптимальной скорости изменения рассогласования, поступающего с выхода сумматора. Оптимальное скорость сравнивается с действительной, их разность возводится в степень и интегрируется. Результат складывается со значением, полученным с выхода первого элемента возведения в степень. Введенный параллельный канал позволяет формировать требуемую скорость изменения рассогласования.

На чертеже приведена структурная схема системы управления.

Выходы объекта 1 регулирования подключены к входам блока 2 задания коэффициентов, выходы которого подключены к входам сумматора 3. Выход сумматора 3 подключен к входам дифференциатора 4 и задатчика 5 скорости, выходы которых подключены соответственно к отрицательному и положительному входам вычитателя 6. Выход сумматора 3 также подключен к входу элемента 7 возведения в степень. На вход интегратора 8 подключен выход сумматора 9, на первый и второй входы которого подключены выходы элемента 7 возведения в степень и интегратора 10. Вход второго элемента 11 возведения в степень подключен к выходу вычитателя 6, а выход к входу второго элемента 10 интегрирования. Выход сумматора 3 также подключен к входу умножителя 12, к второму входу которого подключен выход первого интегратора 8. Выход умножителя 12 подключен к входу объекта 1 регулирования.

Объект 1 управления описывается уравнением n-го порядка. После линеаризации в дифференциальной форме оно имеет ряд А(D)y B(D)U + ϕ(t), где А(D). B(D) полиномы от оператора дифференцирования; у регулируемая выходная координата системы; U управляющее действие; ϕ- возмущающее воздействие.

Блок 2 задания коэффициентов представляет собой блок умножителей, в котором выходные измеряемые координаты объекта умножаются на заданные коэффициенты, выбранные из условия Гурвицевости полинома. Первый сумматор 3 складывает поступающие на вход сигналы с выхода блока 2 задания коэффициентов. Дифференциатор 4 вычисляют производную от входного сигнала в текущий момент, т.е. определяет скорость изменения рассогласования.

Задатчик 5 скорости формирует опорный сигнал скорости, к которой должна стремиться скорость изменения с выхода первого сумматора 3. Весь диапазон изменения сигнала рассогласования удобно делать на три участка (интервала): с большой скоростью, средней, малой. Продолжительность каждого интервала и значение скорости зависят от особенностей объекта управления и действующих на них возмущений. В вычитающем элементе 6 происходит вычитание от положительного входного сигнала значения отрицательного входного сигнала с учетом знаков (+, -) входных сигналов. Элементы 7, 11 возведения в степень, возводят в четвертую степень значение входного сигнала. Интеграторы 8, 10 интегрируют значения входных сигналов, учитывая их знаки. Второй сумматор 9 складывает две входные величины с выхода первого элемента 7 возведения в степень и с выхода второго интегратора 10.

Уравнение замкнутой системы можно записать в виде [A(D) B)D)W(D)]X ϕ(t), где W(D) передаточная функция регулятора.

A(D)X B(D)U + ϕ(t) A(D)Z(t), где Х ошибка слежения; r значение выходной координаты при идеальном сложении; [A(D) W(D)B(D)] характеристический полином замкнутой системы.

В статическом состоянии сигнал рассогласования с сумматора 3 равен нулю. Нулевой сигнал, поступая на вход умножителя, образует на его выходе нулевой управляющий сигнал.

Если сигнал рассогласования не равен нулю, то задатчик 5 скорости формирует желаемое значение производной выходного параметра рассогласования для данного интервала рассогласования. Желаемое значение производной тем меньше, чем меньше ошибка регулирования.

Реальная скорость изменения рассогласования с выхода дифференциатора 4 вычитается из желаемой в вычитателе 6. Полученная разность возводится в степень и интегрируется во втором элементе 11 возведения в степень и во втором интеграторе 10. Полученное значение сигнала на выходе интегратора 10 поступает на второй вход второго сумматора 9 и складывается с текущим сигналом первого элемента 7 возведения в степень рассогласования, определяемым суммой выходных сигналов блока 2 задания коэффициентов. Результат сложения вторым сумматором 9 поступает на вход первого интегратора 8. Выходное значение первого интегратора 8 умножается на текущее значение ошибки (рассогласования), полученной на выходе первого сумматора 3. Выходной сигнал умножителя 12 воздействует на регулируемую величину объекта управления, т.е. к сигналу рассогласования (с выхода сумматора 3 и возведенному в степень) прибавлен сигнал канала, включающего дифферециатор, задатчик желаемой скорости, элементы возведения и интегратор. Результат прибавления (с учетом знаков (+, -) каждого слагаемого) интегрируется, после чего уменьшается на значение рассогласования с выхода сумматора 3. Если при малой величине рассогласования скорость ее изменения очень велика и больше заданной, то отрицательный выходной сигнал с выхода вычитателя 6 уменьшает выходной сигнал введенного интегратора 10 до нуля.

Таким образом, поставленная цель достигнута. Изобретение позволяет улучшить качество переходного процесса системы за счет того, что обеспечивается оптимальная скорость уменьшения сигнала рассогласования с учетом динамических свойств объекта. Качественное управление объектом приносит экономический эффект.

Формула изобретения

АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, содержащая блок задания коэффициентов, входами соединенный с соответствующими выходами объекта управления, а выходами с входами первого сумматора, выход которого соединен с первым входом умножителя, выход которого подключен к входу объекта управления, и с входом первого элемента возведения в степень, а также первый интегратор, выход которого соединен с вторым входом умножителя, отличающаяся тем, что система содержит дифференциатор, задатчик скорости, второй элемент возведения в степень, второй интегратор, вычитающий элемент и второй сумматор, выход которого подключен к входу первого интегратора, а входы соединены соответственно с выходами первого элемента возведения в степень и второго интегратора, выход первого сумматора через дифференциатор и через задатчик скорости соединен с соответствующими входами вычитающего элемента, выход которого через второй элемент возведения в степень соединен с входом второго интегратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1