Адаптивная система управления

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСААКИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ t ai 940131 (65) Дополнительное к авт. свил-ву (22)Зая «0 25.03.81 (21) 3256853/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) M. Кл.

G 05 В 13/04

1ооудерстееиный комитет

СССР ао делам изооретеиий и открытий

Опубликовано 30. 06. 82. Бюллетень № 24 (53) УЛК 62-50 (088. 8) Дата опубликования описания 30 .06.82

В

Е. Е. Кузьмина и А.М. Пришвин

1,.-. (. 1..

У

1

Ленинградский ордена Ленина электрртехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) ----.. ""- .- —.- (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к автомати. ческому регулированию и управлению и может быть использовано в- самонастраивающихся системах управления технологическими процессами.

Известна беспоисковая самонастраивающаяся система, иСпользующая элементы в контуре самонастройки, ко торые содержат регулятор с подстраиваемым коэффициентом передачи, модель, устройство сравнения, блок памяти или дифференцирующие устройства, сумматоры (13.

Недостаток указанной системы — ее малые точность и устойчивость.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является адаптивная система управления, содержащая последовательно соединенные формирователь функции чувствительности, генератор сигнала подстройки, регулятор, масштабирующий блок, цифроаналоговый преобразова"

2 тель, объект управления и аналогоцифровой преобразователь, второй вход регулятора соединен с первым входом блока переменных коэффициентов и вторым входом формировате5 ля функции чувствительности, а третьи входы - с соответствующими входами блока переменных коэффициентов, вторые входы которого соединены с выходом формирователя функции чувствительности, а третьи входы - с соответствующими выходами регулятораP).

Недостаток известной системы - малые точность и устойчивость работы.

Цель изобретения - повышение точности, устойчивости и надежности системы за счет использования дискретного способа сбора и обработки ин» формации, легко реализуемого на станко дартных цифровых элементах.

Указанная цель достигается тем, что устройство содержит последова" тельно соединенные блок памяти и блок подстройки коэффициентов, выход

94О1 которого соединен с четвертыми входами блока переменных коэффициентов и вторым входом генератора сигнала подстройки, вторые входы блока переменных коэффициентов соединены с соответствующими выходами регулятора, третий вход — с вторым входом регулятора, а четвертый вход — с третьим входом генератора сигнала подстройки, вход блока памяти соеди- 10 нен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выходы — с соответствующими пятыми входами блока переменных коэффициентов.

Система содержит блок коррекции 15 функции чувствительности, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым входом и выходом масштабирующего блока, а выход с третьим входом формирователя функции чувствительности.

Система содержит блок коррекции коэффициентов усиления, вход которого соединен с выходом Формирователя функции чувствительности, а выход — c пятым входом блока подстройки коэффициентов.

На чертеже показана структурная схема адаптивной системы управпения она может состоять из трех

30 контуров.

Основной контур — контур управления состоит из объекта 1 управления, аналого-цифрового преобразователя 2, блока 3 памяти, состоящего иэ к последовательно соединенных регистров 4 сдвига, блока переменного коэффициента, состоящего из блоков 5 с переменным коэффициентом, регулятора 6, масштабирующего блока 7 и цифроаналогового

Щ преобразователя 8.

Параметрический контур - контур подстройки коэффициентов регулятора состоит из объекта 1 управления, аналого-цифрового преобразователя

2, блока 3 памяти, формирователя 9 функции чувствительности, генератора 10 сигнала подстройки, блоков с переменным коэффициентом и регулятора.

Третий контур — контур подстройки коэффициентов параметрического контура состоит иэ объекта 1 управ" ления, АЦП 2, блока 3 памяти, регулятора 6, блока 11 подстройки коэффициентов (параметрического контура), блоков 5 с переменными коэффициентами и регулятора 6.

31

Кроме того, устройство содержит блок 12 коррекции функции чувствительности и блок 13 коррекции коэфФициентов усиления (параметрического контура).

Сигнал с выхода объекта 1 управления через аналого-цифровой преобразователь 2 и блок 3 памяти, состоящий из к последовательно соединенных регистров 4 сдвига, поступает на первые входы блоков 5 с переменным коэффициентом, а также на соответствующие входы формирователя 9 функции чувствительности и блока

11 подстройки коэффициентов (параметрического контура).

Вторыми входами функции формирователя 9 чувстви ельности служат установки желаемых динамических параметров объекта и вектор задания движения системы U(n). Выход формирователя 9 соединен с входом генератора 10, формирующего параметр сигнальной настройки Г(п), и с вторыми входами однотипных блоков 5 с переменным коэффициентом, выходы которых связаны с соответствующими входами регулятора 6. Выход регулятора 6 через масштабирующий блок 7 и цифроаналоговый преобразователь 8 соединен с входом объекта 1 управления, Одним из основных блоков, обеспечивающим устойчивую работу системы в целом, является блок 11 подстройки коэффициентов усиления параметрического контура, входами которого служат все величины, коэффициенты при которых настраиваются, а выход соединен с третьими входами блоков

5 с переменными коэффициентами.

Дополнительным блоком, обеспечивающим устойчивую работу системы адап. тивного управления в случае наличия ограничения на величину управляющего воздействия, является блок 12 коррекции функции чувствительности, вход которого подключен к выходу масштабирующего блока 7 регулятора 6, а выход - к дополнительному входу формирователя 9 Функции чувствительности.

Дополнительным блоком, обеспечивающим улучшение динамических свойств системы, является блок 13 коррекции коэффициента передачи параметрического контура, вход которого подключен к выходу формирователя 9 функции чувствительности, а выход — к допол5 9401 нительному входу блока 11 подстройки коэффициентов передачи параметрического контура.

Предлагаемая система работает по изложенному ниже алгоритму, блоки

5Ä6Ä9-.13 легко реализуемы на стандартных типовых элементах вычислительной техники, в частности на управляацей вычислительной машине.

Устройство работает следующим об- 10 разом.

Согласно выбранному принципу адаптации для объекта, описываемого разностным уравнением, Ф 111

X(l=Ca.Xkn-q С Ь О(п Д+ (п), 3=1 j

31 6 реализуемая формирователем 9 функции чувствительности.

При х fn) км(); 6 1 .и) 0.

Для определения искомых значений коэффициентов, реализуемых блоками

5 с переменными коэффициентами, используется градиентный метод самонастройки, минимизирующий функционал

1=52, согласно которому

4,, (п)=(, (n- )+у(пи (и)- Х (n-<) ; (п)= ; t<-1)+11(>) 6(в) 0(11 j) Ся)= (п- 3+уР)Ь(п). Ь) н %

41 (п)=61(n-<)ig К-6(0)- Ч1 (и), О аУ(11)а

35 =о

g>l= где а и Ь. - неизвестные параметры объекта, 3В

Я (П) - сигнальное возмущение представляемое в виде

Р(1)= Е д;Ы.<1И

1= 1

25 где Ч„-an)- некоторая система линейно независимых функций.

Управляющее воздействие1 формируемое оегулятором 6, выбирается в виде

К-4 111 фф- С А,- Х(п-13 Ел Р 0(11-3)< о =0

1цС.) б, „с.)), такое, чтобы желаемое движение системы, которое задается уравнением

Х „(п)=P А;Х„(-13+ Р), 1-1 где 41 - параметры модели системы, U(n)=P g.r обобаенное еаааоаее еое3=1 действие;

Х Гп-И ! с n) - задающее воздействие.

Т.е. адаптивная система должна обеспе 5о чить выполнение условия х (п) = Х,„ п), Мерой выполнения этого условия служит функция невязки S5

fc

6(n) = p, А„Х(11-Ц)+Ч(п) - Х(п), 1=1

Величина шага настройки параметрического контура gfn), формируемая блоком ll выбирается из условия устойчивости системы, согласно второму методу Ляпунова. Если выбрать функцию Ляпунова в виде

Ф И(лЩ где 9 - эвклидова норма параметрических рассогласований, 1

@=)IA 1„- .„; 4 -1 -, 1(Следовательно, блок 11 должен реализовать функцию и

Ф 1п 2 2 2

Сх2(0- 3.С ц Сп-j)+V Сп) ЕЧ (и)

i=0 3=0

i--1

Генератор 1О реализует функцию сигнальной подстройки в виде

f (11)=; „(f,. (и). Ч. (и).

i=1

При наличии ограничений на управляющее воздействие вида Ц„1„сЦ(п)с(3 блок 12 коррекции функции чувствительности осуществляет коррекцию (р(п) на величину д, определяемую выражением 6= (Up 11)- 1Ср .")) >О

9401

7 где Up(n)- расчитанное значение управления»

Р

О )U

При этом приращение параметров определяется величиной скорректированной невязки 6n —— 6(nj+ д6(п)и система сохраняет устойчивость в целом.

Для доказател ь ст ва ра ссмотрим снова

Ю м(п)= i>Lngl=c, (д,.д, g.l, (. p 1 „

3 3

° (- } D (c.Ln d. n ) йЧ(п)= (8)nj»DG(n)) - )8 (n)j = о

= (Я(п ь|(п))» (дй(п)1 = (Я(о) (п)»

6(П - Z()+Р п1.b gт11. lZ (31 .- (п) б(п).(атп)-Х(п)) (п)6 (n)» „ (Q)n)l fo)) = 6(п1 При Ups)=U>(n) (8,(п)7 1п1)= б (п1+ Ъ (О -0, )

ПРИ U(n) gU

35 рекцию h (n) в соответствии с приведенным выражением.

B предлагаемом способе определения величины шага выполняется условие Я(п 1)- l(n)=0. При коррелированности 2(п+Яи Z fan) целесообразно учитывать постоянство направления вращения вектора 2 jп) и "доворачиватьн вектор параметрических рассогласований при.постоянстве знака (п)

45 на некотором интервале. Это осуществляет блок 13 коррекции при наличии которого блок 11 реализует функцию

1 о)

y(n) =

1 Р а блок 1) осуществляет расчет C (в) в соответствии с выражением

C (nl =С (и-< + р Q Фс п 6 rn

1=О

0

Таким образом, предлагаемая адапти вная сист ема не содержит блоков, выполняющих какие-либо сложные математи ческие операции кроме арифметических, и легко может быть реализована на элементах цифровой техники, что выгодно отличает ее от известной. Использован ие еди ной элементной базы, построенной на дискретных элементах вычислительной техники, значительно повышает помехоустойчивость и надежность адаптивного регулятора, а использование алгоритма с переменным шагом настройки параметрического контура в 2-3 раза улучшает динамические характеристики системы — точность, время адаптации.

Формула изобретения

1. Адаптивная система управления, содержащая последовательно соединенные формирователь функции чувствительности, генератор сигнала подстройки, регулятор, масштабирующий блок, цифроаналоговый преобразователь, обьект управления и аналогоцифровой преобразователь, второй вход регулятора соединен с первым входом блока переменных коэффициентов и вторым входом формирователя функции чувствительности, а третьи входы— с соответствующими входами блока переменных коэффициентов, вторые входы которого соединены с выходом формирователя функции чувствительности, а третьи входы - с соответствующими выходами регулятора, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности системы, она содержит последовательно соединенные блок памяти и блок подстройки коэффициентов, выход которого соединен с вторым входом генератора сигнала подстройки и четвертыми входами блока переменйых коэффициентов, вторые входы которого соединены с соответствующими выходами регулятора, третий входс вторым входом регулятора, а четвертый вход - с третьим входом генератора сигнала подстройки, вход блока памяти соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выходы - с соответствующими пятыми входами блока переменных коэфФициентов.

2. система по и ° 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения устойчивости системы при

940131

ВНИИПИ Заказ 4666/69 Тираж 914 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ограниченном управлении, она содержит блок коррекции функции чувствительности, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым входом и выходом масштабирующего блока, а выход - с третьим входом формирователя функции чувствительности.

3. Система по пп. 1 и 2, о тл и чающая с я тем, что, с целью повышения точности системы, она содержит блок коррекции коэффициентов усиления, вход которого соединен с выходом формирователя функции чувствительности, а выход - с пятым входом блока подстройки коэффициентов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

1 544942, кл. G 05 В 13/02, 1977.

10 2. Авторское свидетельство СССР

М 634234, кл. С 05 В 15/00, 1978 (прототип),.