Патент на изобретение №2288496

(54) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ АСТАТИЧЕСКИМ ОБЪЕКТОМ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления астатическими объектами с запаздыванием, параметры которых – неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины, а измерению доступен только выходной сигнал объекта, но не его производные. Технический результат заключается в улучшении качества управления при медленном и существенном изменении параметров объекта. Система содержит адаптивный регулятор, два элемента сравнения, интегратор и объект регулирования. 3 ил.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления астатическими объектами с запаздыванием, параметры которых – неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины, а измерению доступен только выходной сигнал объекта, но не его производные.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является система автоматического управления для астатических объектов с запаздыванием [Патент RU 2192030, МКИ 7 G 05 В 11/01, 2002], содержащая задатчик, первый сумматор, регулятор, объект регулирования, интегратор, второй сумматор, причем выход задатчика связан с суммирующим входом первого сумматора, выход которого подключен к входу регулятора, выход регулятора соединен с входом объекта регулирования и первым входом второго сумматора, выход объекта регулирования соединен со вторым входом первого сумматора, выход второго сумматора соединен с входом интегратора, выход которого соединен с соответствующим входом первого сумматора и вторым входом второго сумматора.

Недостатком этой системы является то, что при изменении параметров объекта управления может произойти не только значительное ухудшение качества ее функционирования, но и потеря в системе управления устойчивости.

Задачей изобретения является улучшение качества управления при медленном и существенном изменении параметров объекта.

Сущность изобретения состоит в том, что в систему, содержащей задатчик, первый сумматор, объект регулирования, интегратор, второй сумматор, причем выход задатчика связан с суммирующим входом первого сумматора, выход объекта регулирования соединен со вторым вычитающим входом первого сумматора, выход второго сумматора соединен с входом интегратора, выход интегратора соединен с соответствующим вычитающим входом первого сумматора и вычитающим входом второго сумматора, вместо блока регулятора используется блок адаптивного регулятора, первый вход адаптивного регулятора соединен с выходом задатчика, на второй вход адаптивного регулятора поступает сигнал с выхода первого сумматора, выход адаптивного регулятора соединен с входом объекта регулирования и суммирующим входом второго сумматора.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемой адаптивной системы автоматического управления; на фиг.2 – схема блока адаптивного регулятора; на фиг.3 – схема блока линейной части адаптивного регулятора.

Система содержит задатчик сигнала 1, первый сумматор 2, адаптивный регулятор 3, объект регулирования 4, интегратор 5, второй сумматор 6.

Выход задатчика 1 связан с первым входом сумматора 2 и первым входом адаптивного регулятора 3, выход первого сумматора 2 подключен ко второму входу адаптивного регулятора 3, выход адаптивного регулятора соединен с входом объекта регулирования 4 и первым входом второго сумматора 6, выход объекта регулирования соединен со вторым входом первого сумматора 2, выход второго сумматора 6 соединен с входом интегратора 5, выход которого соединен с соответствующим входом первого сумматора 2 и вторым входом второго сумматора 6.

Объект регулирования описывается передаточной функцией вида

где р=d/dt – оператор дифференцирования, =const>0 – неизвестное постоянное запаздывание, R(p) – полином с произвольным расположением корней, Q(p) – гурвицев полином.

Адаптивный регулятор состоит из линейной и нелинейной части

где g(t) – выход нелинейной части, W_L(p) – передаточная функция линейной части адаптивного регулятора, которая в нашем случае имеет вид реального дифференцирующего звена

где К>0, Т>0 – соответственно коэффициент усиления и постоянная времени реального дифференцирующего звена.

Выход нелинейной части g(t) формируется следующим образом

где r – сигнал с выхода задатчика, c(t) – параметр, алгоритм настройки которого определяется следующим образом

где c_И(t), c_П(t) – соответственно интегральная и пропорциональная составляющая настройки.

С помощью критерия гиперустойчивости Попова можно показать, что полученная система автоматического управления будет устойчивой, если параметры с_И(t), c_П(t) определить следующим образом

где h₁, h₂>0 – числа.

Система функционирует следующим образом.

Выходной сигнал U₁=r задатчика 1 входного сигнала поступает на суммирующий вход первого сумматора 2 и на первый вход адаптивного регулятора 3. На выходе первого сумматора 2 формируется сигнал U₂=e, который поступает на второй вход адаптивного регулятора 3. Управляющее воздействие U₃=u с выхода адаптивного регулятора 3 подается одновременно на вход объекта 4 регулирования, на который действует аддитивное возмущение f, удовлетворяющее условиям

а также на суммирующий вход второго сумматора 6, на вычитающий вход которого поступает сигнал U₅=Х₁ с выхода интегратора 5. Во втором сумматоре 6 формируется сигнал , =const>0, поступающий на вход интегратора 5, где интегрируется и поступает на второй вычитающий вход первого сумматора 2, на первый вычитающий вход которого подается сигнал U₄=у с выхода объекта регулирования 4. Таким образом, первый сумматор 2 осуществляет алгебраическое суммирование трех сигналов с соответствующими коэффициентами U₂=U₁-U₄-U₅=r-у-·X₁, =const>0.

Функциональная схема адаптивного регулятора 3 приведена на фиг.2.

Выход первого сумматора 2 соединен с первым входом первого блока умножения 11, второй вход первого блока умножения 11 соединен с выходом задатчика 1, сигнал с выхода первого блока умножения 11 U₁₁=е·r поступает на вход второго интегратора 10, первый вход третьего сумматора 9 соединен с выходом второго интегратора 10, второй вход третьего сумматора 9 соединен с выходом первого блока умножения 11. Таким образом, третий сумматор 9 осуществляет алгебраическое суммирование двух сигналов с соответствующими коэффициентами Выход третьего блока суммирования 9 соединен с первым входом второго блока умножения 8, второй вход второго блока умножения 8 соединен с выходом задатчика 1, на выходе второго блока умножения 8 формируется сигнал U₈=g, который поступает на вход блока линейной части адаптивного регулятора 7.

Функциональная схема блока линейной части 7 адаптивного регулятора приведена на фиг.3.

Сигнал с выхода второго блока умножения 8 поступает на суммирующий вход четвертого сумматора 12, на второй вычитающий вход четвертого сумматора 12 с соответствующим коэффициентом поступает сигнал с выхода третьего блока интегрирования 13, на вход третьего блока интегрирования 13 поступает сигнал U₁₃=U₃=u с выхода первого блока задания коэффициентов 14, в первом блоке задания коэффициентов 14 происходит умножение сигнала, поступающего с выхода четвертого блока суммирования 12 на коэффициент

Заменяя в системе обычный регулятор адаптивным, получают новую функцию, которая заключается в том, что при существенном изменении параметров объекта управления качество работы системы остается достаточно хорошим.

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

Формула изобретения

Адаптивная система управления астатическим объектом с запаздыванием, содержащая задатчик, первый сумматор, объект регулирования, интегратор, второй сумматор, причем выход задатчика связан с суммирующим входом первого сумматора, выход объекта регулирования соединен со вторым вычитающим входом первого сумматора, выход второго сумматора соединен с входом интегратора, выход интегратора соединен с соответствующим вычитающим входом первого сумматора и вычитающим входом второго сумматора, отличающаяся тем, что система управления содержит адаптивный регулятор, выход которого соединен с входом объекта регулирования и суммирующим входом второго сумматора, причем адаптивный регулятор состоит из нелинейной и линейной частей, линейная часть адаптивного регулятора имеет передаточную функцию реального дифференцирующего звена, а нелинейная часть содержит два блока умножения, третий сумматор и второй интегратор, причем выход первого сумматора соединен с первым входом первого блока умножения, второй вход первого блока умножения соединен с выходом задатчика, сигнал с выхода первого блока умножения поступает на вход второго интегратора, первый вход третьего сумматора соединен с выходом второго интегратора, второй вход третьего сумматора соединен с выходом первого блока умножения, выход третьего сумматора соединен с первым входом второго блока умножения, второй вход второго блока умножения соединен с выходом задатчика, сигнал с выхода второго блока умножения поступает на вход линейной части адаптивного регулятора.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 20.05.2007

Извещение опубликовано: 27.12.2008 БИ: 36/2008