Адаптивная система управления

 

АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УЛРАВЛЕ-, БИЯ, содержащая дискретный фильтр Калмана, последовательно соединенные блок модели свободного движения объекта управления, квадратор, накапливающий сумматор, блок численного дифференцирования , а также последовательно соединенные делитель и блок исполнительных органов, выходом соединенный с входом объекта управления , выход которого подключен к входу блока датчиков углов и акселерометров , отличающаяся тем, что, с целью повьшения быстродействия и надежности системы, в нее введены блок анализа ситуации, блок синхронизации, первый, второй, третий , четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой ключи, при этом первый вход блока анализа ситуации соединен с выходом дискретного фильтра Калмана , а второй вход - с первым выходом блока численного дифференцирова:ния , выход блока анализа ситуаций соединен с первыми входами первого. второго, третьего, четвертого и пятого ключей, выход блока датчиков углов и акселерометров соединен с входом блока синхронизации, первый выход которого соединен с вторым входом второго ключа, второй, третий , четвертый выходы блока синхронизации соединены с вторыми входами третьего, четвертого и пятого ключей соответственно, выход блока датчиков УГЛОВ и акселерометров соединен с первым входом, а пятый выход блока синхронизации соединен с вторым входом шестого ключа, выход которого соединен с входом дискретного фильтра Калмана, второй вход первого клю (Л ча соединен с выходом дискретного С фильтра Калмана, а выход - с входом модели свободногодвижения объекта .управления, выход пятого ключа соединен с вторым входом накапливающего сумматора, выходы второго, треть-, его и четвертого ключей соединены с входами модели свободного двкже;ния объекта управления соответствен но-, третий вход накапливающего сумматора соединен с выходом третьего ключа, а четвертый вход - с выходом четвертого ключа, выход второго ключа соединен с первыми входами седьмого и ВОСЬМОГО ключей, второй выход ij блока численного дифференцирования соединен с входом седьмого ключа, а первый выход этого блока соединен с вторым входом восьмого ключа, выход седьмого ключа соединенс первым входом, а выход восьмого ключа - с вторьо входом блока деления .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

2 А (l9) (! 1) (ц)4 G 05 В 13/02

j."Ig .;,; :::--;:

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I . Ь (21) 3717210./24-24 (22) 28. 03. 84 (46) 15.09.85. Бюл. М 34 (72) В.И. Иванов и С.Г. Тяпкин (53) 62-50(088.8) (56) Кутько П.Д. Вариационные методы синтеза систем с цифровыми регуляторами. M.: Советское радио, 1967, с. 421, рис. 50.

Авторское свидетельство СССР

У 923293, кл. G 05 В 13/02, 1981.

Саридис Дж.-Самоорганизующиеся стахостатические системы управления.

M.: Наука, 1980, с. 176. (54)(57) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, содержащая дискретный фильтр

Калмана, последовательно соединенные блок модели свободного движения объекта управления, квадратор, накапливающий сумматор, блок численного дифференцирования, а также последовательно соединенные делитель и блок исполнительных органов, вьмодом соединенный с входом объекта управления, выход которого подключен к входу блока датчиков углов и акселерометров, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и на (ежности системы, в нее введены блок анализа ситуации,. блок синхронизации, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой ключи, при этом первый вход блока анализа ситуации соединен с выходом дискретного фильтра Калмана, а второй вход — с первым выходом блока численного дифференцирова.ния, выход блока анализа ситуаций .соединен с первыми входами первого, второго, третьего, четвертого и пятого ключей, выход блока датчиков углов и акселерометров соединен с входом блока синхронизации, первый выход которого. соединен с вторым входом второго ключа, второй, третий, четвертый выходы блока синхронизации соединены с вторыми входами третьего, четвертого и пятого ключей соответственно, выход блока датчиков углов и акселерометров соединен с первым входом, а пятый выход блока синхронизации соединен с вторым входом шестого ключа, выход которого соединен с входом дискретного фильтра Калмана, второй вход первого ключа соединен с выходом дискретного фильтра Калмана, а выход - с входом модели свободного движения объекта ,управления, выход пятого ключа со единен с вторым входом накапливающего сумматора, вьасоды второго, треть-. его и четвертого ключей соединены с входами модели свободного движе, ния объекта управления соответственно., третий вход накапливающего сумматора соединен с выходом третьего ключа, а четвертый вход — с выходом четвертого ключа, выход второго ключа соединен с первыми .входами седьмого и восьмого ключей, второй выход блока численного дифференцирования соединен с вторым входом седьмого ключа, а первый выход этого блока соединен с вторьы входом восьмого ключа, выход седьмого ключа соединен ° с первым входом, а выход восьмого . ключа - с вторыми входом блока деления °

f 17926

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при управлении динамическими объектами.

Делью изобретения является повышение быстродействия и надежности 5 системы.

На фиг, 1 представлена блок-схема адаптивной системы управления; на фиг. 2 — блок модели свободного движения объекта управления; на фиг.3 накапливающий сумматор; на фиг.4 блок численного дифференцирования; на фиг. 5 — дискретный фильтр Калмана; на фиг, 6 — блок синхронизации на фиг. 7 — блок анализа ситуаций; на фиг, 8 — блок матричного умноженпя А Г," на фиг. 9 — блок матрично1. .. га умножения И А; на фиг. 10 — блок матричного сложения; на фиг. 11 блок сравнения; на фиг. 1 2 — регистр 20 с регенерацией матричной информации; и;. фиг. 13 — регистр со сдвигом матричной информации; на фиг, 14 — блок матричного умножения А Х.

Блок-схема адаптивной системы управления содержит дискретный фильтр

Калмана 1, блок 2 модели свободного движения, квадратор 3, накапливающий сумматор 4, блок 5 численного дифференцирования, делитель 6, блок 7 ис- 30 полнительных органов, объект 8 управления, блок 9 датчиков углов и акселерометров, блок 10 анализа ситуаций, блок 11 синхронизации и первый — восьмой ключи 12 †. 19, входы — З5 выходы 20 — 32.

Блок 2 модели свободного движения (Фиг. 2), содержит ключ 33, логический блок ИЛИ 34, сумматор 35, блоки

36 — 38 матричного умножения 40 (фиг. 14), логический блок ИЛИ 39, к почи 40 — 43, блок 44 источника постоянного напряжения, Накапливающий сумматор (фиг. 3) содержит блок 45 суммирования с накоплением„ регистры 46 - 48, ключи

49 — 51.

Блок 8 численного дифференцирования (фиг. 4) содержит сумматоры 52 и 53, блок 54 умножения на два, ин- 50 вертор 55, блок 56 умножения на постоянное число, сумматор 57.

Дискретный фильтр 1 Калмана (фиг. 5) содержит блок 58 расчета

Х (+ 1/ш ), блок 59 расчета, 55 .N(p + 1/ р ), блок 60 расчета Х „„, блок 61 умножения, линию 62 задержки блок 63 расчета P(p+ 1/p ), блок 64

8 2 расчета Р(+ 1/ Й), блок 65 умножения, регистр 66 с перезаписью информации..

Дискретный фильтр Калмана в своей расширенной интерпретации реализован в виде известного устройства.

Блок 12 синхронизации (фиг. 6) содержит блок 67 постоянного напряжения, ждущие блокинг-генераторы

68-71 ° блок 72 блокировки, диодную цепь 73, ключи 74 и 75, логический элемент ИЛИ 76.

Блок 11 анализа ситуаций (фиг. 7) содержит блоки 77 и 78 матричного умножения, инвертор 79, регистр .80. (фиг. 12), блоки 81 и 82 суммирования, блок 83 сравнения, регистр 84, блоки 85 и 86 матричного умножения.

Блоки 77 и 85 матричного умножения могут быть представлены в виде блока (фиг. 8), содержащего блоки 87-94 умножения, блоки 95-98 суммирования, в которых хранится результат матричного умножения.

Блоки 78 и 86 матричного умножения могут быть представлены в виде блока (фиг. 9), содержащего блоки

99-106 умножения, блоки 107-110 суммирования, в которых хранится результат матричного умножения.

На фиг. 10 представлена блок-схе-. ма суммирования, состоящая из сумматоров 111-114. Результаты суммирования матриц В и S хранятся в этих сумматорах.

На фиг. 11 представлена схема блока 83 сравнения для определения полажительной определенности матрицы 52, Блок 83 сравнения содержит блоки 116 и 117 умножения, компараторы 115, 119, на выходе которых появляется сигнал при положительном значении анализируемого сигнала, блок 118 вычитания, логическую схему 120 И с инверсным выходом.

В регистре 80 с регенерацией содержимого (фиг. 12) происходит считывание информации по сигналу с блока 79 с одновременной ее перезаписью.

Блок 80 содержит регистры 121-124, ключи f25-128.

В регистре 84 (фиг. 13) происходит хранение сигналов, соответству.ющих элементам матрицы А с последнего такта формирования управляющего воздействия. Блок 84 содержит регистры 129-132 и 137-140 и ключи 133-136.

1179268

Блоки 36 — 38 матричного умножения могут быть представлены в виде блока (фиг. 14) содержащего входные регистры 141-144, блоки 145-148 умножения, сумматоры с выходными регистрами 149 и 150.

Система работает следующим образом.

При возникновении отличных от нуля значений углов и линейных ускорений объекта 8 управления последние 10 измеряются блоком 9 датчиков углов и акселерометров, соответствующие сигналы поступают на вход шестого ключа 17 и вход блока 11 синхронизации, блок 11 синхронизации начинает функ- 15 ционировать, с его пятого выхода поступает сигнал на второй вход шестого ключа 17. Это приводит к тому, что сигнал с выхода блока 9 датчиков углов и акселерометров поступает на 20 вход дискретного фильтра Калмана 1, который переходит в режим решения и формирует сигналы, соответствующие оценкам значений углов, линейных ускорений и параметров объекта 8 уп- 25 равления. Эти сигналы поступают на вход ключа 12 и на один из входов блока 10 анализа ситуаций, на другой вход которого поступает сигнал с второго выхода блока 5 численного дифференцирования, сформированный на предыдущем такте формирования сигнала управления.

Блок 10 анализирует условия, определяющие возможность использования закона управления, полученного на предыдущем такте, в новом такте формирования управления, При выполнении условия ключ 12 остается закрытым, и на данном такте 4о используется "старый" сигнал управления, при этом ключи 13-16 остаются закрытыми, а блоки 2, 3 и 4 - в исходном состоянии.

Если же условие не выполняется, . 45 с блока 11 поступает сигнал на ключи 12-16 и сигнал с выхода дискретного фильтра Калмана поступает на первый вход блока 2 модели свободногодвижения объекта 8управления.В этом., $0 блоке модулируется свободное движение . . объекта 8 управления, Причем первоначально с выхода блока 11 синхронизации через открытый ключ 13 поступает сигнал на второй вход блока 2, по которому осуществляется моделирование с начальными условиями, равными оценкам углов и линейных ускорений. Результаты моделирования поступают в квадратор 3, а затем, после возведения в квадрат, в накапливающнй сумматор 4.

По следующему. сигналу с выхода блока 11 синхронизации, поступающему через открытый ключ 17 на третий вход блока 2 и третий вход блока 4, осуществляется моделирование с увеличенными на малую постоянную величину начальными условиями, и записывается сигнал предыдущего моделирования в соответствующий выходной регистр накапливающего сумматора 4 ° По сигналу с выхода блока 11 синхронизации, поступающему через открытый ключ 15 на четвертый вход блока 2 и четвертый вход блока 4, осуществляется моделирование с уменьшенными на малую постоянную величину начальными условиями, и записывается сигнал предыдущего моделирования в соответствующий выходной регистр накапливающего сумматора 4. По сигналу с выхода блока 1 1 синхронизации, поступающему через открытый ключ 16 на второй вход блока 4, осуществляется считывание накопленной информации с блока 4 в блок 5 численного дифференцирования. По сигналу с выхода блока 11 через открытый ключ 13 открываются ключи 18 и 17, и информация с выхода блока 5 поступает на вход делителя 6, причем сигнал, несущий информацию о величине первой частной производной, поступает на первый вход (делимого) делителя 6, а сигнал, несущий информацию о величине второй частной про" иэводной. — на второй вход (делителя) того же делителя 6. С выхода делителя 6 управляющий сигнал поступает на блок 7 исполнительных органов, который, воздействуя на объект 8, сводит к нулю значения углов и.линейных ускорений.

11792б8

1179268

11792б8! 1 79268

1179268

1179268

ii792б8

Корректор В. Бутнга г

Редактор Л. Веселовская

Подписное

Филиал IIIIII "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4

Составитель П. Кудрявцев

Техред Л.Микеш

Закаэ 5672/47 Тираж 8бЗ

ВНИИНИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москвау Ж-35, Раушская наб., д. 4/5