Адаптивная система управления с фильтр-корректором для динамических объектов с периодическими коэффициентами

Авторы патента:

G05B13/00 - Самонастраивающиеся системы управления, т.е. системы, автоматически выбирающие оптимальный режим работы для достижения заданного критерия (G05B 19/00 имеет преимущество; элементы конструкции вычислительных машин G06F 15/18)

Владельцы патента RU 2624489:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Амурский государственный университет" (RU)

Комбинированная адаптивная система управления с фильтр-корректором (ФК) для динамических объектов с периодическими коэффициентами содержит объект регулирования, блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, ФК, n первых умножителей, n вторых умножителей, n вторых блоков суммирования, n блоков задержки, третий блок суммирования, соединенные определенным образом. ФК содержит четвертый блок суммирования, интегратор, соединенные определенным образом. Обеспечивается точная компенсация нестационарных изменений внутренних коэффициентов объекта. 2 ил.

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано при построении адаптивных систем управления линейными динамическими объектами периодического действия с относительным порядком передаточной функции, большим единицы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является адаптивная система управления для динамических объектов с периодическими коэффициентами (Патент РФ №2427870, Официальный бюл. «Изобретения и полезные модели». - 2011, №24, прототип), содержащая объект регулирования, блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, последовательный фильтр-компенсатор (ПФК), первый умножитель, второй блок суммирования, блок задержки, второй умножитель, при этом выходы объекта регулирования соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, выходы блока задания коэффициентов подключены к входам первого блока суммирования, выход которого соединен с первым и вторым входами первого умножителя и вторым входом второго умножителя, выход первого умножителя подключен к первому входу второго блока суммирования, выход второго блок суммирования соединен с первым входом второго умножителя, а также входом блока задержки, выход которого подключен к второму входу второго блока суммирования, выход второго умножителя соединен с входом объекта регулирования.

Недостатком данной системы является невозможность точной компенсации нестационарных изменений внутренних коэффициентов объектов управления с целью обеспечения высокого качества работы системы.

Задачей, на решение которой направленно заявленное изобретение, является расширение функциональных возможностей системы, т.е. обеспечение точной компенсации нестационарных изменений внутренних коэффициентов объекта регулирования, за счет получения и использования оценок его переменных состояния.

Сущность изобретения состоит в том, что в адаптивную систему управления с фильтр-корректором (ФК) для динамических объектов с периодическими коэффициентами, содержащую объект регулирования, блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, введены: фильтр-корректор (ФК), n первых умножителей, n вторых умножителей, n вторых блоков суммирования, n блоков задержки (n - размерность вектора состояния объекта регулирования) и третий блок суммирования, при этом выходы объекта регулирования подключены к соответствующим входам блока задания коэффициентов, выходы блока задания коэффициентов соединены с соответствующими входами первого блока суммирования, выход первого блока суммирования подключен к входу четвертого блока суммирования ФК, выход которого соединен с входом n-1 интегратора ФК и является последним n-м выходом ФК, выход j интегратора ФК (j=n-1, n-2, …, 2) связан с входом последующего j-1 интегратора ФК с соответствующим коэффициентом, с k-м (k=2, 3, n-1) входом четвертого блока суммирования ФК, а также является j-м выходом ФК, а выход первого интегратора ФК с соответствующим коэффициентом связан с последним n-м входом четвертого блока суммирования ФК, а также является первым выходом ФК, каждый из n выходов которого соединен с первым и вторым входами соответствующего i-го (i=1, 2, n) первого умножителя и вторым входом i-го второго умножителя, выход каждого i-го первого умножителя подключен к первому входу i-го второго блока суммирования, выход которого одновременно соединен с первым входом i-го второго умножителя и входом i-го блока задержки, выход i-го блока задержки подключен ко второму входу i-го второго блока суммирования, выход каждого i-го второго умножителя соединен с соответствующим входом третьего блока суммирования, выход которого подключен к входу объекта регулирования.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена блок-схема системы управления; на фиг. 2 представлена блок-схема ФК. Система содержит: объект регулирования 1; блок задания коэффициентов 2; первый блок суммирования 3; ФК 4; первые умножители 5₁, …, 5_n; вторые блоки суммирования 6₁, …, 6_n; блоки задержки 7₁, …, 7_n; вторые умножители 8₁, …, 8_n; третий блок суммирования 9; четвертый блок суммирования ФК 10; интеграторы ФК 11₁, …, 11_n-1; х_1ФК, …, х_nФК - выходные сигналы фильтр-корректора; у₁, …, у_m - выходные сигналы объекта регулирования; u - входной сигнал объекта регулирования.

Объект регулирования описывается уравнением:

где x(t) - n-мерный вектор состояния;

A(t+T), b(t+T) - соответственно нестационарные матрица и вектор, элементы которых являются T-периодическими функциями времени;

y(t) - вектор выходных координат объекта;

* - символ транспонирования;

L - вектор, формирующий выход объекта;

u(t) - управляющее воздействие, удовлетворяющее соотношению:

где χ(t) - вектор настраиваемых параметров контура адаптации; x_ФК(t) - вектор оценок переменных состояния объекта регулирования (1), полученных с помощью ФК

где А_ФК - матрица в форме Фробениуса; b_ФК, b_ФК - стационарные векторы.

С помощью критерия гиперустойчивости В.М. Попова можно показать, что реализация алгоритмов самонастройки коэффициентов вектора χ(t) регулятора (2) в виде

где γ_0i - некоторые постоянные положительные величины; обеспечит точную компенсацию изменений внутренних параметров объекта регулирования и устойчивость системы управления.

Система функционирует следующим образом.

Сигналы y₁, …, y_m с выхода объекта регулирования 1 подаются на входы блока задания коэффициентов 2, внутри которого происходит их умножение на постоянный коэффициент, выходные сигналы блока задания коэффициентов 2 поступают на соответствующие входы первого блока суммирования 3, сигнал с выхода которого идет на вход ФК 4. Сигнал с входа ФК 4 (структурная схема представлена на фиг. 2) поступает на первый вход четвертого блока суммирования ФК 10, выходной х_nФК сигнал четвертого блока суммирования ФК 10 одновременно подается на вход интегратора ФК 11_n-1 и на последний выход ФК 4, сигналы х_jФК с выходов интеграторов ФК 11_j-1(j=n-1, n-2, …, 2) поступают на вход последующего интегратора ФК 11_j-1 с соответствующим коэффициентом, на k-й (k=2, 3, …, n-1) вход четвертого блока суммирования ФК 10, а также на соответствующий j-й выход ФК 4, выходной сигнал х_1ФК интегратора ФК 11₁ подается с соответствующим коэффициентом на последний n-й вход четвертого блока суммирования 10, а также на первый выход ФК 4. Выходные сигналы x_1ФК, …, х_nФК ФК 4 одновременно поступают на первый и второй входы первых умножителей 5₁, …, 5_n и на вторые входы вторых умножителей 8₁, …, 8_n, сигналы с выходов первых умножителей 5₁, …, 5_n с соответствующими коэффициентами γ_0i идут на первые входы вторых блоков суммирования 6₁, …, 6_n, выходные сигналы которых подаются на первые входы вторых умножителей 8₁, …, 8_n и на входы блоков задержки 7₁, …, 7_n, сигналы с выходов блоков задержки 7₁, …, 7_n идут на вторые входы вторых блоков суммирования 6₁, …, 6_n, выходные сигналы вторых умножителей 8₁, …, 8_n поступают на соответствующие входы третьего блока суммирования 9, сигнал с выхода которого подается на вход объекта регулирования 1.

Таким образом, введением в систему, содержащую объект регулирования, блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, последовательный фильтр-компенсатор (ПФК), первый умножитель, второй блок суммирования, блок задержки, второй умножитель, вместо ПФК - фильтр-корректора (ФК), вместо первого и второго умножителей, второго блока суммирования, блока задержки - n первых умножителей, n вторых умножителей, n вторых блоков суммирования, n блоков задержки (n - размерность вектора состояния объекта регулирования) и третий блок суммирования, обеспечивается точная компенсация нестационарных изменений внутренних коэффициентов объекта с использованием в контуре регулирования оценок его переменных состояния.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей системы, а именно - обеспечение точной компенсации нестационарных Т-периодических изменений внутренних коэффициентов объекта за счет получения и использования в контуре управления оценок его переменных состояния.

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

Адаптивная система управления с фильтр-корректором для динамических объектов с периодическими коэффициентами, содержащая объект регулирования, блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, отличающаяся тем, что введены: фильтр-корректор (ФК), n первых умножителей, n вторых умножителей, n вторых блоков суммирования, n блоков задержки (n - размерность вектора состояния объекта регулирования) и третий блок суммирования, при этом выходы объекта регулирования подключены к соответствующим входам блока задания коэффициентов, выходы блока задания коэффициентов соединены с соответствующими входами первого блока суммирования, выход первого блока суммирования подключен к входу четвертого блока суммирования ФК, выход которого соединен с входом n-1 интегратора ФК и является последним n-м выходом ФК; выход j интегратора ФК (j=n-1, n-2, …, 2) связан с входом последующего j-1 интегратора ФК с соответствующим коэффициентом, с k-м (k=2, 3, …, n-1) входом четвертого блока суммирования ФК, а также является j-м выходом ФК, а выход первого интегратора ФК с соответствующим коэффициентом связан с последним n-м входом четвертого блока суммирования ФК, а также является первым выходом ФК, каждый из n выходов которого соединен с первым и вторым входами соответствующего i-го (i=1, 2, …, n) первого умножителя и вторым входом i-го второго умножителя, выход каждого i-го первого умножителя подключен к первому входу i-го второго блока суммирования, выход которого одновременно соединен с первым входом i-го второго умножителя и входом i-го блока задержки, выход i-го блока задержки подключен ко второму входу i-го второго блока суммирования, выход каждого i-го второго умножителя соединен с соответствующим входом третьего блока суммирования, выход которого подключен к входу объекта регулирования.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в чистых помещениях для поддержания постоянной оптимальной температуры. В способе автоматического управления системами выходную переменную исполнительного механизма подают на вход управляемого объекта, измеряют фактическую величину выходной переменной управляемого объекта, которую вместе с командной величиной входной переменной управляемого объекта используют для формирования управляющего сигнала, который подают на вход исполнительного механизма за счет использования отрицательной обратной связи по выходной переменной управляемого объекта.

Адаптивное цифровое сглаживающее и прогнозирующее устройство // 2622852

Изобретение относится к средствам обработки информации для прогнозирования стационарных и нестационарных случайных процессов. Технический результат заключается в повышении точности прогноза на динамических режимах.

Адаптивное цифровое прогнозирующее устройство // 2622851

Изобретение относится к средствам обработки информации для сглаживания и прогнозирования стационарных и нестационарных случайных процессов. Технический результат заключается в удвоении времени прогноза при заданном аналитическом буфере (памяти) предыстории процесса.

Способ устранения несоответствия динамичности подсистем в составе сложных технических систем и система обеспечения бессрывного сопровождения интенсивно маневрирующей цели // 2617870

Изобретение относится к системам управления. Способ формирования сигнала управления для сопровождения цели заключается в том, что сигнал управления формируется по закону на основе динамических матриц внутренних связей систем, обобщенного вектора состояния системы и вектора сигналов управления.

Самонастраивающаяся система автоматического управления // 2616219

Самонастраивающаяся система автоматического управления содержит измеритель рассогласования, регулятор, первый и третий блоки умножения, первый и второй сумматоры, объект управления, блок самонастройки, корректирующий фильтр, блок компенсации, соединенные определенным образом.

Способ распределения функций управления воздушным судном и система для его реализации // 2606153

Изобретение относится к летной эксплуатации воздушных судов (ВС) и может быть использовано при разработке автоматизированных систем управления. Способ распределения функций управления ВС заключается в том, что формируют исходные данные, поступают сигналы о состоянии бортовых систем, поступившие сигналы сравнивают с допустимыми значениями.

Система автоматического управления и регулирования экологической безопасности выбросов при аварии атомных реакторов на плавательных средствах // 2598128

Изобретение относится к области автоматического управления и регулирования экологической безопасности и может быть использовано при авариях на судах с атомной энергитической установкой.

Способ контроля экстремальных ситуаций в условиях неопределенности среды // 2589367

Изобретение может быть использовано для непрерывного контроля, оценки и прогнозирования состояния неопределенности взаимодействия судна с внешней средой. Техническим результатом является повышение степени надежности функционирования бортовых систем для обеспечения безопасности мореплавания судов при возникновении экстремальных ситуаций.

Система и способ управления обработкой почвы сельскохозяйственным орудием (варианты) // 2580449

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к системе почвообрабатывающе-посевного орудия и способу ее управления. Орудие содержит высевающую секцию, датчик, выполненный с возможностью выдачи сигнала, указывающего на почву, смещенную высевающей секцией, и контроллер орудия, соединенный с возможностью сообщения с датчиком.

Система автоматического управления и регулировния экологической безопасностью выбросов высокотемпературных газов, водяного пара с дисперсным материалом и радиоактивной пылью при аварии атомных реакторов // 2579436

Изобретение относится к системам радиационной безопасности АЭС. Система содержит блок контроля за аварийной ситуацией с регулирующим клапаном и цилиндрический металлический кожух для сбора высокотемпературных радиоактивных газов и водяного пара, дисперсного материала и радиоактивной пыли, обрамляющий реактор.

Способ управления подводным аппаратом // 2626778

Изобретение относится к способу управления подводным аппаратом. Для управления подводным аппаратом измеряют текущие значения углов крена и дифферента подводного аппарата, с помощью программного устройства формируют сигналы управления движителями на основании вектора результирующей их тяги, который автоматически формируют с учетом текущих углов крена и дифферента, измеренных с помощью блока гироскопов на борту подводного аппарата, и информации программного устройства, определяющего пространственное перемещение подводного аппарата без учета текущих значений его углов крена и дифферента. Обеспечивается точное перемещение подводного аппарата по заданной траектории с учетом возмущений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Субоптимальная энергетическая система // 2626798

Изобретение относится к системе отопления в железнодорожных вагонах. Субоптимальная энергетическая система содержит теплогенерирующий блок с первичной обмоткой переменного тока, являющийся объектом управления. Выход блока соединен с входом блока управления, использующим измерительные датчики. В блок управления включена камера наблюдения, являющаяся датчиком наличия физических объектов. Блок управления содержит устройство стабилизации изображения, блок адаптации фона, блок детекции движения, блок выделения блобов переднего плана, модуль определения вектора оптического потока, блок стабилизации изображения, устройство субоптимальной помеховой фильтрации, блок анализа освещенности, модуль анализа зашумленности, блок выбора пороговых значений, блок выбора коэффициента фильтрации, блок выбора фильтров, модуль предобработки, модуль повышения контраста, устройство обучения и распознавания образов, блок нормализации, блок обучения, блок выбора признаков, блок распознавания, интеллектуальный блок принятия решений и блок целевого управления. Технический результат заключается в повышении эффективности энергетической системы. 1 ил.

Способ и устройство управления лесотехнической машиной // 2628587

Группа изобретений относится к технологиям управления лесотехнической машиной. Техническим результатом является обеспечение возможности определения изменения в быстроте действий водителя. Предложен способ управления работой лесотехнической машины. Способ содержит этап, на котором собирают в центральном блоке управления лесотехнической машиной или в ином блоке управления лесотехнической машиной данные, описывающие операцию, и/или состояние, и/или среду, окружающую лесотехническую машину, причем указанные данные включают один или более параметров. Далее, согласно способу, обрабатывают собранные данные в центральном блоке управления лесотехнической машиной или в ином блоке управления лесотехнической машиной для оценки быстроты действий водителя, а также оценивают, на основе собранных данных, качество управляющих операций, выполненных водителем лесотехнической машины, и воздействуют на основании обработанных данных на параметры, управляющие работой лесотехнической машины. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

Автоматизированная система управления нагружающим устройством для стендовых испытаний автомобильных энергетических установок // 2640667

Изобретение относится к стендовым испытаниям узлов транспортных средств. Предложена автоматизированная система управления нагружающим устройством для стендовых испытаний автомобильных энергетических установок, в которой устройство имитации колеса содержит блок модели привода, который в реальном автомобиле связывает вал испытываемого силового агрегата энергоустановки с колесами, и интегрирующее звено, постоянная времени которого равна моменту инерции имитируемого колеса и коэффициент усиления равен радиусу имитируемого колеса. Первым выходным сигналом блока модели шины является сумма ее продольной реакции и силы сопротивления качения, вторым сигналом - вектор составляющих ее касательной реакции. Выходным сигналом блока модели движения автомобиля является вектор составляющих проскальзывания шины и ее нормальная реакция. Повышается точность воспроизведения нагрузочных режимов энергоустановки в широком диапазоне воспроизводимых системой режимов движения автомобиля. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Цифровой сервопривод // 2643179

Изобретение относится к области электротехники, в частности к позиционным электроприводам постоянного тока, и может быть использовано для автоматизации металлорежущих станков, электромеханических роботов, управления аэродинамическими рулями и в других механизмах систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Техническим результатом является повышение надежности путем исключения перегрева обмоток электродвигателя сервопривода, вызванных потерей устойчивости сервопривода и переходом в режим автоколебаний. В сервоприводе, содержащим датчик входного сигнала, выход которого подключен к первому входу измерителя рассогласования, второй вход которого подсоединен к выходу датчика положения, а выход - ко входу цифрового компаратора, выход которого подключен ко входу драйвера электродвигателя, связанного через механический редуктор с исполнительным органом, на котором установлен датчик положения, для исключения перегрева обмоток электродвигателя, обусловленного потерей устойчивости управления сервоприводом в заданной точке позиционирования вследствие воздействия различных механических возмущающих факторов, например из-за износа рабочих поверхностей механической части редуктора, компаратор снабжен блоком задания зоны нечувствительности, вход которого соединен через детектор автоколебаний с выходом компаратора. 2 ил.

Сервопривод // 2643782

Изобретение относится к области электротехники, в частности к позиционным электроприводам постоянного тока, и может быть использовано для автоматизации металлорежущих станков, электромеханических роботов, управления аэродинамическими рулями и в других механизмах систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Техническим результатом является исключение перегрева обмоток электродвигателя, обусловленного потерей устойчивости управления сервоприводом в заданной точке позиционирования вследствие воздействия различных механических возмущающих факторов, например из-за износа рабочих поверхностей механической части редуктора. В сервопривод, содержащий датчик входного сигнала, выход которого подключен к первому входу измерителя рассогласования, второй вход которого подсоединен к выходу датчика положения, а выход - ко входу компаратора, выход которого подключен ко входу управления преобразователя, соединенного с электродвигателем, связанным через механический редуктор с исполнительным органом, на котором установлен датчик положения, компаратор снабжен блоком задания зоны нечувствительности, вход которого соединен через последовательную цепь из ключа, усилителя с задержкой, выпрямителя и фильтра высоких частот с выходом компаратора. 1 ил.

Автоматический нейросетевой настройщик параметров пи-регулятора для управления нагревательными объектами // 2644843

Автоматический нейросетевой настройщик параметров ПИ-регулятора для управления нагревательными объектами содержит уставку по температуре, ПИ-регулятор, объект управления, два блока задержки сигналов, нейросетевой настройщик, соединенные определенным образом. Обеспечивается повышение энергоэффективности работы нагревательного объекта. 9 ил. 1 табл.

Способ управления системой охлаждения маслонаполненного силового трансформатора // 2647359

Изобретение относится к системам управления, автоматически выбирающим оптимальный режим работы. Способ управления системой охлаждения маслонаполненного трансформатора с частотно регулируемым приводом масляных и воздушных охладителей заключается в следующем. На основе термогидравлических моделей трансформатора формируют массив возможных режимов трансформатора и соответствующий ему массив режимов охлаждения. В процессе эксплуатации измеряют токи в обмотках трансформатора и параметры окружающей среды и выделяют подмассив режимов трансформатора, соответствующий измеренным токам, и для каждого выделенного режима трансформатора - подмассив режимов охлаждения, соответствующий измеренным параметрам окружающей среды. Для каждого выделенного режима охлаждения вычисляют суммарные затраты электроэнергии на охлаждение и на потери в трансформаторе и устанавливают минимизирующий указанные затраты режим охлаждения, удерживающий температуру наиболее нагретой точки в допустимых пределах. Технический результат изобретения заключается в уменьшении суммарных затрат электроэнергии на охлаждение трансформатора и на потери в нем. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.