Комбинированная система управления для априорно неопределенных нестационарных динамических объектов

Авторы патента:

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано в системах регулирования объектами, параметры которых являются непериодическими функциями времени. Задачей изобретения является обеспечение работоспособности, а также диссипативной устойчивости системы при наличии в объекте параметров, изменения которых являются непериодическими функциями времени. Сущность изобретения состоит в том, что в систему, содержащую блок задания коэффициентов, последовательно соединенные блок суммирования, первый умножитель, интегратор, а также последовательно соединенные второй умножитель, объект регулирования, выходы которого соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, входы блока суммирования подключены к соответствующим выходам блока задания коэффициентов, выход блока суммирования подключен ко вторым входам первого и второго умножителей, при этом первый вход второго блока суммирования соединен с выходом первого умножителя, второй вход второго блока суммирования соединен с выходом блока задержки, выход второго блока суммирования соединен с входом третьего блока суммирования и с входом блока задержки, второй вход третьего блока суммирования соединен с выходом интегратора, выход третьего блока суммирования соединен с входом второго умножителя, вместо блока интегрирования (интегратора) введен блок усиления, при этом выход первого умножителя соединен с первым входом второго блока суммирования и с входом блока усиления, второй вход второго блока суммирования соединен с выходом блока задержки, выход второго блока суммирования соединен с входом третьего блока суммирования и с входом блока задержки, второй вход третьего блока суммирования соединен с выходом блока усиления, выход третьего блока суммирования соединен с входом второго умножителя. Система содержит объект регулирования, блок задания коэффициентов, первый блок суммирования, первый умножитель, блок усиления, второй блок суммирования, блок задержки, третий блок суммирования, второй умножитель, y₁,,y_m - выходы объекта регулирования.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является комбинированная адаптивная система управления для динамических объектов с периодическими коэффициентами (Патент РФ 2282847, Официальный бюл. «Изобретения и полезные модели». - 2006, 32, прототип), содержащая блок задания коэффициентов, последовательно соединенные блок суммирования, первый умножитель, интегратор, а также последовательно соединенные второй умножитель, объект регулирования, выходы которого соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, входы блока суммирования подключены к соответствующим выходам блока задания коэффициентов, выход блока суммирования подключен ко вторым входам первого и второго умножителей, при этом первый вход второго блока суммирования соединен с выходом первого умножителя, второй вход второго блока суммирования соединен с выходом блока задержки, выход второго блока суммирования соединен с входом третьего блока суммирования и с входом блока задержки, второй вход третьего блока суммирования соединен с выходом интегратора, выход третьего блока суммирования соединен с входом второго умножителя. Сигналы с выходов объекта регулирования поступают на соответствующие входы блока задания коэффициентов. В блоке задания коэффициентов происходит умножение сигнала с i-го выхода регулирования на постоянный коэффициент. Сигналы с выхода блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого блока суммирования. Сигнал с выхода первого блока суммирования приходит на второй вход второго умножителя и на оба входа первого умножителя, сигнал с выхода первого умножителя идет на вход интегратора и на первый вход второго блока суммирования. Сигнал с выхода второго блока суммирования идет на первый вход третьего блока суммирования и на вход блока задержки, сигнал с выхода блока задержки идет на второй вход второго блока суммирования. Сигнал с выхода интегратора идет на второй вход третьего блока суммирования, выход третьего блока суммирования соединен с первым входом второго умножителя. Выход второго умножителя идет на вход объекта регулирования.

Недостатком этой системы является потеря работоспособности при наличии в объекте регулирования параметров, изменение которых представляет собой непериодические функции времени.

Задачей изобретения является обеспечение работоспособности, а также диссипативной устойчивости системы при наличии в объекте параметров, представляющих непериодические функции времени.

Сущность изобретения состоит в том, что в систему, содержащую блок задания коэффициентов, последовательно соединенные блок суммирования, первый умножитель, интегратор, а также последовательно соединенные второй умножитель, объект регулирования, выходы которого соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, входы блока суммирования подключены к соответствующим выходам блока задания коэффициентов, выход блока суммирования подключен ко вторым входам первого и второго умножителей, при этом первый вход второго блока суммирования соединен с выходом первого умножителя, второй вход второго блока суммирования соединен с выходом блока задержки, выход второго блока суммирования соединен с входом третьего блока суммирования и с входом блока задержки, второй вход третьего блока суммирования соединен с выходом интегратора, выход третьего блока суммирования соединен с входом второго умножителя, вместо блока интегрирования (интегратора) введен блок усиления, при этом выход первого умножителя соединен с первым входом второго блока суммирования и с входом блока усиления, второй вход второго блока суммирования соединен с выходом блока задержки, выход второго блока суммирования соединен с входом третьего блока суммирования и с входом блока задержки, второй вход третьего блока суммирования соединен с выходом блока усиления, выход третьего блока суммирования соединен с входом второго умножителя.

На фиг.1 представлена блок-схема системы. Система содержит объект регулирования 1, блок задания коэффициентов 2, первый блок суммирования 3, первый умножитель 4, блок усиления 5, второй блок суммирования 6, блок задержки 7, третий блок суммирования 8, второй умножитель 9, У₁ ,,У_m выходы объекта регулирования.

Объект регулирования описывается уравнением:

где x(t) - n-мерный вектор состояний объекта регулирования;

A(t) и b(t) - матрица состояния и вектор управления соответственно, элементы которых являются непериодическими функциями времени;

y(t) - m-мерный вектор выходных координат объекта регулирования;

- символ транспонирования;

L - матрица выхода;

u(t) - скалярное управляющее воздействие, удовлетворяющее соотношению:

где - настраиваемый коэффициент контура адаптации; ₀ - m-мерный вектор коэффициентов блока задания коэффициентов 2, выбираемый из условия:

- гурвицевый полином степени n-1 с положительным старшим коэффициентом (() - числитель передаточной функции объекта регулирования).

Используя критерий гиперустойчивости Попова, можно показать, что алгоритм управления, реализуемый комбинированным способом в виде:

где ₁ и ₂ - соответственно периодическая и робастная составляющая алгоритма управления;

h>0 - некоторая постоянная положительная величина;

k - коэффициент усиления;

обеспечивает диссипативную устойчивость системы.

Система функционирует следующим образом

Сигналы с выходов объекта регулирования 1 поступают на соответствующие входы блока задания коэффициентов 2. В блоке задания коэффициентов 2 происходит умножение сигнала с 1-го выхода объекта регулирования 1 на постоянный коэффициент. Сигналы с выхода блока задания коэффициентов 2, поступают на соответствующие входы первого блока суммирования 3. Сигнал с выхода первого блока суммирования 3 приходит на второй вход второго умножителя 9 и на оба входа первого умножителя 4, сигнал с выхода первого умножителя 4 подается на вход блока усиления 5 и на первый вход второго блока суммирования 6. Сигнал с выхода второго блока суммирования 6 идет на первый вход третьего блока суммирования 8 и на вход блока задержки 7, сигнал с выхода блока задержки 7 поступает на второй вход второго блока суммирования 6. Сигнал с выхода блока усиления 5 идет на второй вход третьего блока суммирования 8, выход третьего блока суммирования 8 соединен с первым входом второго умножителя 9. Сигнал с выхода второго умножителя 9, подается на вход объекта регулирования 1.

Технический результат заключается в возможности сохранения работоспособности, а также обеспечения диссипативной устойчивости системы управления при наличии в объекте регулирования параметров, которые представляют собой непериодические функции времени.

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

Комбинированная система управления для априорно неопределенных нестационарных динамических объектов, состоящая из блока задания коэффициентов, последовательно соединенных блока суммирования, первого умножителя, а также последовательно соединенных второго умножителя, объекта регулирования, при этом выходы объекта регулирования соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, входы блока суммирования подключены к соответствующим выходам блока задания коэффициентов, выход блока суммирования подключен ко второму входу второго умножителя и к обоим входам первого умножителя, первый вход второго блока суммирования соединен с выходом первого умножителя, второй вход второго блока суммирования соединен с выходом блока задержки, выход второго блока суммирования соединен с входом третьего блока суммирования и с входом блока задержки, выход третьего блока суммирования соединен с первым входом второго умножителя, отличающаяся тем, что обеспечение работоспособности и устойчивости системы осуществляется за счет блока усиления, вход которого соединен с выходом первого умножителя, а выход - со вторым входом третьего блока суммирования.