Имитатор комбинированной системы управления динамическими объектами по выходу с компенсацией внешних гармонических возмущений

Полезная модель относится к системам автоматического регулирования и может быть использована для проектирования и разработки систем управления неустойчивыми априорно неопределенными нестационарными скалярными динамическими объектами в условиях действия постоянных гармонических возмущений.

Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является обеспечение устойчивости положения равновесия в системе управления априорно неопределенными нестационарными скалярными динамическими объектами с компенсацией неизвестного внешнего гармонического возмущения.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в систему, содержащую неопределенный нестационарный объект, подверженный действию незатухающих гармонических возмущений, и адаптивный контур управления, вместо адаптивного регулятора вводится комбинированный робастный регулятор, включающий первый блок суммирования, блок выделения модуля, блок задержки (транспортного запаздывания) и второй блок суммирования. Также в систему дополнительно вводится осциллограф. При этом скалярный выход объекта управления соединен с первым входом первого блока суммирования, входом блока выделения модуля и входом осциллографа. Выход первого блока суммирования подключен к первому входу второго блока суммирования и к входу блока задержки, выход которого соединен со вторым входом первого блока суммирования. Выход блока выделения модуля подключен ко второму входу второго блока суммирования, выход второго блока суммирования подключен к входу объекта управления.

Полезная модель относится к системам автоматического регулирования и может быть использована для проектирования и разработки систем управления неустойчивыми априорно неопределенными нестационарными скалярными динамическими объектами в условиях действия постоянных гармонических возмущений.

Известна подобная система управления, предназначенная для стабилизации положения равновесия неустойчивого динамического объекта, подверженного действию внешнего гармонического возмущения. Данная система состоит из возмущенного управляемого объекта и адаптивного регулятора, вырабатывающего сигнал, компенсирующий внешние помехи и обеспечивающий устойчивое положение равновесия объекта. Описание такой системы представлено в работе Бобцов А.А. Адаптивное управление по выходу с компенсацией гармонического возмущения//Известия РАН. Теория и системы управления. - 2009. - 1. - С.45-48.

Однако основными недостатками данной системы являются: достаточно сложная структура контура управления, невысокое быстродействие, и потеря работоспособности в случае нестационарности внутренних параметров объекта управления.

Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является обеспечение устойчивости положения равновесия в системе управления априорно неопределенными нестационарными скалярными динамическими объектами с компенсацией неизвестного внешнего гармонического возмущения.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в систему, содержащую неопределенный нестационарный объект, подверженный действию незатухающих гармонических возмущений, и адаптивный контур управления, вместо адаптивного регулятора вводится комбинированный робастный регулятор, включающий первый блок суммирования, блок выделения модуля, блок задержки (транспортного запаздывания) и второй блок суммирования. Также в систему дополнительно вводится осциллограф. При этом скалярный выход объекта управления соединен с первым входом первого блока суммирования, входом блока выделения модуля и входом осциллографа. Выход первого блока суммирования подключен к первому входу второго блока суммирования и к входу блока задержки, выход которого соединен со вторым входом первого блока суммирования. Выход блока выделения модуля подключен ко второму входу второго блока суммирования, выход второго блока суммирования подключен к входу объекта управления.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. представлена блок-схема имитатора системы управления, в которую входят: объект управления 1, осциллограф 2, первый блок суммирования 3, блок выделения модуля 4, блок задержки 5, второй блок суммирования 6, у - скалярный выход объекта регулирования, u - скалярное управляющее воздействие, f - внешнее гармоническое возмущение.

Динамика объекта управления описывается уравнениями

где x(t) - n-мерный вектор состояния объекта управления;

А(,t) - некоторая неустойчивая матрица состояния;

b() - неизвестный вектор управления;

y(t) - скалярный сигнал выхода объекта регулирования;

f(,t) - внешнее незатухающее гармоническое возмущение, удовлетворяющее свойству

₀, , , - неизвестные смещение, амплитуда, частота и фаза возмущения соответственно;

* - символ транспонирования;

L^*()=L^*=[l₁,,l_n] - неизвестный вектор, формирующий скалярный выход объекта, причем полином l(s)=l_ns^n-1 +l_n-1s^n-2++l₂s+l₁, составленный относительно положительных коэффициентов вектора L^* является гурвицевым.

u(t) - скалярное управляющее воздействие, удовлетворяющее соотношению

где К - некоторая положительная константа; u_пер(t), u_роб(t) - соответственно периодическая и робастная части комбинированного регулятора (3).

- набор неизвестных параметров, принадлежащих известному числовому множеству , соответствующему заданному классу неопределенности объекта.

На основании критерия гиперустойчивости В.М.Попова, можно показать, что обеспечение устойчивости системы регулирования достигается за счет определения периодической и робастной частей регулятора (3) в виде соотношений

где ₀, ₁=const>0.

Система управления функционирует следующим образом.

Скалярный выход объекта управления 1 поступает на первый вход первого блока суммирования 3, вход блока выделения модуля 4 и на вход осциллографа 2, предназначенного для графического отображения динамики изменения выходной переменной у. Сигнал с выхода первого блока суммирования 3 с соответствующим коэффициентом идет на вход блока задержки 5, а также на первый вход второго блока суммирования 6. Выходной сигнал блока задержки 5 поступает на второй вход первого блока суммирования 3, где складывается с сигналом, поступившим на его первый вход. Сигнал с выхода блока выделения модуля 4 с соответствующим коэффициентом идет на второй вход второго блока суммирования 6, в котором суммируется с сигналом, поступившим на первый вход второго блока суммирования 6. Выход второго блока суммирования 6 с соответствующим коэффициентом поступает на вход объекта управления 1.

Технический результат заключается, в обеспечении устойчивого положения равновесия системы при управлении априорно неопределенными нестационарными объектами в условиях действия незатухающих внешних гармонических возмущений.

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

Имитатор комбинированной системы управления динамическими объектами по выходу с компенсацией внешних гармонических возмущений, отличающийся тем, что в систему, содержащую неопределенный нестационарный объект, подверженный действию незатухающих гармонических возмущений, и адаптивный контур управления, вводится осциллограф и вместо адаптивного регулятора комбинированный робастный регулятор, включающий первый блок суммирования, блок выделения модуля, блок задержки (транспортного запаздывания) и второй блок суммирования.