Адаптивная система слежения для объектов с запаздыванием по состоянию и управлению

Изобретение относится к области техники автоматики, а конкретно к системам слежения для объектов, параметры которых неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины. При этом предполагается, что объект регулирования обладает запаздыванием по состоянию и управлению, значения которых известны. Технический результат заключается в обеспечении возможности режима слежения и задания желаемой динамики процессов управления с помощью эталонного упредителя минимальной структурной сложности. Технический результат достигается за счет того, что система содержит объект регулирования, три блока задания коэффициентов, шесть блоков суммирования, шесть умножителей, четыре интегратора, два блока запаздывания, блок задающего воздействия. 1 ил.

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах слежения для объектов, параметры которых неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины. При этом предполагается, что объект регулирования обладает запаздыванием по управлению и состоянию, значения которых известны.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является самонастраивающаяся система управления для объектов с запаздыванием по состоянию и управлению [Патент RU 2220433, МКИ 7 G 05 В 13/02, 2003], содержащая объект регулирования, первый блок задания коэффициентов, первый блок запаздывания, второй блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, первый интегратор, второй умножитель, второй блок суммирования, третий умножитель, второй интегратор, четвертый умножитель, третий блок суммирования, четвертый блок суммирования, пятый блок суммирования, третий интегратор, третий блок задания коэффициентов, второй блок запаздывания, пятый умножитель, четвертый интегратор, шестой умножитель. Сигналы с выходов объекта регулирования поступают одновременно на соответствующие входы первого блока задания коэффициентов и первого блока запаздывания. Блок задания коэффициентов представляет собой блок умножителей, в этом блоке происходит умножение сигнала с выходов объекта регулирования на постоянный коэффициент.

Сигналы с выходов блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого блока суммирования, где складываются. Сигнал с выхода блока суммирования приходит на первый вход четвертого блока суммирования, на второй вход третьего умножителя и на второй вход четвертого умножителя, сигнал с выхода четвертого блока суммирования подается на первый вход первого умножителя, на первый вход третьего умножителя и на первый вход пятого умножителя, в третьем умножителе происходит умножение сигнала с выхода четвертого блока суммирования на сигнал с выхода первого блока суммирования. Сигнал с выхода третьего умножителя идет на вход второго интегратора, где интегрируется, а с выхода второго интегратора - на первый вход четвертого умножителя.

В четвертом умножителе происходит умножение сигнала с выхода второго интегратора на сигнал с выхода первого блока суммирования. Сигналы с выходов первого блока запаздывания подаются на соответствующие входы второго блока задания коэффициентов, где происходит умножение сигнала с выходов первого блока запаздывания на постоянный коэффициент, сигналы с выходов второго блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы второго блока суммирования, где складываются. Сигнал с выхода второго блока суммирования поступает на второй вход пятого умножителя и на второй вход шестого умножителя происходит умножение сигнала с выхода четвертого блока суммирования на сигнал с выхода второго блока суммирования. Сигнал с выхода пятого умножителя подается на вход четвертого интегратора, где интегрируется. Сигнал с выхода четвертого интегратора поступает на первый вход шестого умножителя. В шестом умножителе происходит умножение сигнала с выхода четвертого интегратора на сигнал с выхода второго блока суммирования. Сигнал с выхода шестого умножителя поступает на второй вход третьего блока суммирования, где складывается с сигналом, поступающим на первый вход третьего блока суммирования с выхода четвертого умножителя. Сигнал с выхода третьего блока суммирования поступает одновременно на первый вход пятого блока суммирования и на вход второго блока запаздывания.

Сигнал с выхода второго блока запаздывания поступает на второй вход первого умножителя, на второй вход четвертого умножителя и на второй вход пятого блока суммирования, сигнал с выхода пятого блока суммирования идет на вход третьего интегратора, с выхода которого поступает одновременно на вход третьего блока задания коэффициентов и на второй вход четвертого блока суммирования. В четвертом блоке суммирования складываются сигналы с выхода первого блока суммирования и с выхода третьего интегратора. Сигнал с выхода третьего блока задания коэффициентов поступает на третий вход пятого блока суммирования.

В первом умножителе происходит умножение сигнала с выхода четвертого блока суммирования на сигнал с выхода второго блока запаздывания. Сигнал с выхода первого умножителя подается на вход первого интегратора, а с выхода первого интегратора - на первый вход второго умножителя. Во втором умножителе происходит умножение сигнала с выхода первого интегратора на сигнал с выхода второго блока запаздывания. Сигнал с выхода второго умножителя идет на третий вход третьего блока суммирования. В третьем блоке суммирования складываются сигналы с выхода второго умножителя, четвертого умножителя и шестого умножителя. Сигнал с выхода третьего блока суммирования, являющийся сигналом управления, поступает на вход объекта регулирования.

Недостатком этой системы является невозможность ее работы в режиме слежения.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей системы, т.е. обеспечение возможности работы системы в режиме слежения.

Сущность изобретения состоит в том, что в систему, содержащую объект регулирования, первый блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, первый интегратор, первый блок запаздывания, второй блок задания коэффициентов, второй блок суммирования, второй умножитель, второй интегратор, второй блок запаздывания, третий блок задания коэффициентов, третий блок суммирования, третий умножитель, третий интегратор, четвертый блок суммирования, четвертый умножитель, четвертый интегратор, пятый блок суммирования, пятый умножитель, шестой умножитель; при этом сигналы с выходов объекта регулирования поступают одновременно на соответствующие входы первого блока задания коэффициентов, где происходит умножение сигнала с выхода объекта регулирования на постоянный коэффициент, и на входы первого блока запаздывания, сигналы с выходов первого блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого блока суммирования, где складываются, сигнал с выхода первого блока суммирования поступает на первый вход четвертого блока суммирования, на второй вход третьего умножителя и на второй вход четвертого умножителя, сигнал с выхода четвертого блока суммирования подается на первый вход первого умножителя, на первый вход третьего умножителя и на первый вход пятого умножителя, в третьем умножителе происходит умножение сигнала с выхода четвертого блока суммирования на сигнал с выхода первого блока суммирования, сигнал с выхода третьего умножителя идет на вход второго интегратора, где интегрируется, а с выхода второго интегратора - на первый вход четвертого умножителя, в четвертом умножителе происходит умножение сигнала с выхода второго интегратора на сигнал с выхода первого блока суммирования, сигналы с выходов первого блока запаздывания подаются на соответствующие входы второго блока задания коэффициентов, где происходит умножение сигнала выходов первого блока запаздывания на постоянный коэффициент, сигналы с выходов второго блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы второго блока суммирования, где складываются, сигнал с выхода второго блока суммирования поступает на второй вход пятого умножителя и на второй вход шестого умножителя, в пятом умножителе происходит умножение сигнала с выхода четвертого блока суммирования на сигнал с выхода второго блока суммирования, сигнал с выхода пятого умножителя подается на вход четвертого интегратора, где интегрируется, сигнал с выхода четвертого интегратора поступает на первый вход шестого умножителя, в шестом умножителе происходит умножение сигнала с выхода четвертого интегратора на сигнал с выхода второго блока суммирования, сигнал с выхода шестого умножителя поступает на второй вход третьего блока суммирования, где складывается с сигналом, поступающим на первый вход третьего блока суммирования с выхода четвертого умножителя, сигнал с выхода второго блока запаздывания поступает на второй вход первого умножителя, на второй вход второго умножителя и на второй вход пятого блока суммирования, сигнал с выхода пятого блока суммирования идет на вход третьего интегратора, с выхода которого поступает одновременно на вход третьего блока задания коэффициентов и на второй вход четвертого блока суммирования, в четвертом блоке суммирования складываются сигналы с выхода первого блока суммирования и с выхода третьего интегратора, сигнал с выхода третьего блока задания коэффициентов поступает на третий вход пятого блока суммирования, в первом умножителе происходит умножение сигнала с выхода четвертого блока суммирования на сигнал с выхода второго блока запаздывания, сигнал с выхода первого умножителя подается на вход первого интегратора, а с выхода первого интегратора - на первый вход второго умножителя, во втором умножителе происходит умножение сигнала с выхода первого интегратора на сигнал с выхода второго блока запаздывания, сигнал с выхода второго умножителя идет на третий вход третьего блока суммирования, в третьем блоке суммирования складываются сигналы с выхода второго умножителя, четвертого умножителя и шестого умножителя, дополнительно вводится шестой блок суммирования и блок задающего воздействия, а также изменяется подключение второго блока запаздывания, третьего блока суммирования и объекта регулирования, при этом сигнал с выхода третьего блока суммирования подается на первый вход шестого блока суммирования и на первый вычитающий вход пятого блока суммирования, сигнал с выхода блока задающего воздействия поступает на второй вход шестого блока суммирования, сигнал с выхода шестого блока суммирования подается на вход объекта регулирования и на вход второго блока запаздывания, сигнал с выхода второго блока запаздывания подается на второй суммирующий вход пятого блока суммирования.

Вводя в систему блок суммирования, блок задающего воздействия и изменяя подключение второго блока запаздывания, третьего блока суммирования и объекта регулирования, получают в системе новую функцию, которая заключается в том, что теперь система может работать в режиме слежения.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемой системы.

Система содержит объект регулирования 1, первый блок задания коэффициентов 2, первый блок запаздывания 3, второй блок задания коэффициентов 4, первый блок суммирования 5, первый умножитель 6, первый интегратор 7, второй умножитель 8, второй блок суммирования 9, третий умножитель 10, второй интегратор 11, четвертый умножитель 12, третий блок суммирования 13, четвертый блок суммирования 14, пятый блок суммирования 15, третий интегратор 16, третий блок задания коэффициентов 17, второй блок запаздывания 18, пятый умножитель 19, четвертый интегратор 20, шестой умножитель 21, шестой блок суммирования 22, блок задающего воздействия 23.

Объект регулирования описывается уравнением

где x(t)∈Rⁿ - вектор состояния объекта регулирования, L - матрица выхода, τ₁>0, τ₂>0 - известные постоянные запаздывания, y₁,..., y_m - выходы объекта регулирования, - скалярное управляющее воздействие, удовлетворяющее уравнению

где r(t) - задающее воздействие, y(t) - m-мерный вектор выходных координат объекта регулирования, χ(t), c(t), k(t) - настраиваемые параметры регулятора, g - m-мерный вектор коэффициентов, выбираемый из условия гурвицевости полинома

С помощью критерия гиперустойчивости Попова можно показать, что асимптотическую устойчивость системе будут обеспечивать следующие алгоритмы настройки

где α>0, β>0 γ>0 - числа, z(t) - выход дополнительного контура, динамика которого в нашем случае описывается уравнением

где α₀>0 - число, определяющие длительность переходных процессов в системе управления по завершению процессов адаптации.

Контур (5) называется «эталонным упредителем». Он служит для эквивалентной замены необходимого в данном случае соединения типа эталонная модель - блок упреждения. При этом эталонный упредитель, как и эталонная модель служит для задания желаемой динамики процесса управления и обеспечения режима слежения, а также берет на себя функцию блока упреждения, предназначенного для компенсации запаздывания в системе. Таким образом, вместо двух блоков - эталонной модели и блока упреждения в системе присутствует один - эталонный упредитель, чем косвенно достигается упрощение системы без ухудшения качества работы.

Система функционирует следующим образом.

Сигнал U₁=у с выхода объекта регулирования 1 поступает на соответствующие входы первого блока задания коэффициентов 2 и первого блока запаздывания 3. В блоке задания коэффициентов 2 происходит умножение сигнала y_i, i=1...n, с выхода объекта регулирования 1 на постоянный коэффициент вектора g. Сигналы с выходов второго блока задания коэффициентов 2 поступают на соответствующие входы первого блока суммирования 5. Сигнал U₅=g^*y с выхода блока суммирования 5 поступает на первый вход четвертого блока суммирования 14, на второй вход третьего умножителя 10 и на второй вход четвертого умножителя 12, сигнал U₁₄=ν с выхода четвертого блока суммирования 14 подается на первый вход первого умножителя 6, на первый вход третьего умножителя 10 и на первый вход пятого умножителя 19. Сигнал U₃=y(t-τ₁) с выходов первого блока запаздывания 3 через время, равное τ₁, подаются на соответствующие входы второго блока задания коэффициентов 4. В блоке задания коэффициентов 4 происходит умножение сигнала y(t-τ₁) на постоянный коэффициент вектора g. Сигналы с выхода второго блока задания коэффициентов 4 поступают на соответствующие входы второго блока суммирования 9. Сигнал U₉=g^*y(t-τ₁) с выхода блока суммирования 9 поступает на второй вход пятого умножителя 19 и на второй вход шестого умножителя 21. Сигнал с выхода пятого умножителя 19 поступает на четвертый интегратор 20, где интегрируется. Сигнал U₂₀=χ поступает на первый вход шестого умножителя 21. Сигнал U₂₁=χ·g^*·y(t-τ₁) с выхода умножителя 21 поступает на второй вход третьего блока суммирования 13. Сигнал с выхода третьего умножителя 10 поступает на второй интегратор 11, где интегрируется. Сигнал U₁₁=с поступает на первый вход четвертого умножителя 12. Сигнал U₁₂=c·g^*·y с выхода умножителя 12 поступает на первый вход третьего блока суммирования 13. Сигнал с выхода первого умножителя 6 поступает на первый интегратор 7, где интегрируется. Сигнал U₇=k поступает на первый вход второго умножителя 8. Сигнал с выхода умножителя 8 поступает на третий вход третьего блока суммирования 13.

Сигнал U₁₃=u с выхода третьего блока суммирования 13 поступает на первый вход шестого блока суммирования 22 и на первый вычитающий вход пятого блока суммирования 15. Сигнал U₂₃=r с выхода блока задающего воздействия 23 поступает на второй вход шестого блока суммирования 22. Сигнал с выхода шестого блока суммирования 22 является управляющим сигналом и подается на вход объекта регулирования 1 и на вход второго блока запаздывания 18. Сигнал с выхода второго блока запаздывания 18 через время τ₂ поступает на второй вход первого умножителя 6, на второй вход первого умножителя 8 и на второй суммирующий вход пятого блока суммирования 15. Сигнал с выхода пятого блока суммирования 15 подается на третий интегратор 16, где интегрируется. Сигнал U₁₆=z поступает на вход третьего блока задания коэффициентов и на второй вход четвертого блока суммирования 14. Сигнал U₁₇=a₀·z с входа третьего блока задания коэффициентов 17 поступает на третий вход пятого блока суммирования 15.

Данное устройство может быть реализовано промышленным способом, на основе стандартной элементарной базы.

Адаптивная система слежения для объектов с запаздыванием по состоянию и управлению, содержащая объект регулирования, первый блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, первый интегратор, первый блок запаздывания, второй блок задания коэффициентов, второй блок суммирования, второй умножитель, второй интегратор, второй блок запаздывания, третий блок задания коэффициентов, третий блок суммирования, третий умножитель, третий интегратор, четвертый блок суммирования, четвертый умножитель, четвертый интегратор, пятый блок суммирования, пятый умножитель, шестой умножитель; при этом сигналы с выходов объекта регулирования поступают одновременно на соответствующие входы первого блока задания коэффициентов, где происходит умножение сигнала с выходов первого блока запаздывания на постоянный коэффициент, и на входы первого блока запаздывания, сигналы с выходов первого блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого блока суммирования, где складываются, сигнал с выхода первого блока суммирования приходит на первый вход четвертого блока суммирования, на второй вход третьего умножителя и на второй вход четвертого умножителя, сигнал с выхода четвертого блока суммирования подается на первый вход первого умножителя, на первый вход третьего умножителя и на первый вход пятого умножителя, в третьем умножителе происходит умножение сигнала с выхода четвертого блока суммирования на сигнал с выхода первого блока суммирования, сигнал с выхода третьего умножителя идет на вход второго интегратора, где интегрируется, а с выхода второго интегратора - на первый вход четвертого умножителя, в четвертом умножителе происходит умножение сигнала с выхода второго интегратора на сигнал с выхода первого блока суммирования, сигналы с выходов первого блока запаздывания подаются на соответствующие входы второго блока задания коэффициентов, где происходит умножение сигнала с выходов первого блока запаздывания на постоянный коэффициент, сигналы с выходов второго блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы второго блока суммирования, где складываются, сигнал с выхода второго блока суммирования поступает на второй вход пятого умножителя и на второй вход шестого умножителя, в пятом умножителе происходит умножение сигнала с выхода четвертого блока суммирования на сигнал с выхода второго блока сумматирования, сигнал с выхода пятого умножителя подается на вход четвертого интегратора, где интегрируется, сигнал с выхода четвертого интегратора поступает на первый вход шестого умножителя, в шестом умножителе происходит умножение сигнала с выхода четвертого интегратора на сигнал с выхода второго блока суммирования, сигнал с выхода шестого умножителя поступает на второй вход третьего блока суммирования, где складывается с сигналом, поступающим на первый вход третьего блока суммирования с выхода четвертого умножителя, сигнал с выхода второго блока запаздывания поступает на второй вход первого умножителя, на второй вход второго умножителя и на второй вход пятого блока суммирования, сигнал с выхода пятого блока суммирования идет на вход третьего интегратора, с выхода которого поступает одновременно на вход третьего блока задания коэффициентов и на второй вход четвертого блока суммирования, в четвертом блоке суммирования складываются сигналы с выхода первого блока суммирования и с выхода третьего интегратора, сигнал с выхода третьего блока задания коэффициентов поступает на третий вход пятого блока суммирования, в первом умножителе происходит умножение сигнала с выхода четвертого блока суммирования на сигнал с выхода второго блока запаздывания, сигнал с выхода первого умножителя подается на вход первого интегратора, а с выхода первого интегратора на первый вход второго умножителя, во втором умножителе происходит умножение сигнала с выхода первого интегратора на сигнал с выхода второго блока запаздывания, сигнал с выхода второго умножителя идет на третий вход третьего блока суммирования, в третьем блоке суммирования складываются сигналы с выхода второго умножителя, четвертого умножителя и шестого умножителя, отличающаяся тем, что в систему дополнительно вводится шестой блок суммирования и блок задающего воздействия, а также изменяется подключение второго блока запаздывания, третьего блока суммирования и объекта регулирования, при этом сигнал с выхода третьего блока суммирования подается на первый вход шестого блока суммирования и на первый вычитающий вход пятого блок суммирования, сигнал с выхода блока задающего воздействия поступает на второй вход шестого блока суммирования, сигнал с выхода шестого блока суммирования подается на вход объекта регулирования и на вход второго блока запаздывания, сигнал с выхода второго блока запаздывания подается на второй суммирующий вход пятого блока суммирования.