комбинированная робастная система управления для нестационарных динамических объектов

Формула изобретения

Комбинированная робастная система управления для нестационарных динамических объектов, содержащая блок задания коэффициентов, первый, второй и третий блоки суммирования, параллельный фильтр-компенсатор, первый и второй умножители, блок задержки, 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 к входу параллельного фильтра компенсатора, выход которого подключен к обоим входам первого умножителя и второму входу второго умножителя, отличающаяся тем, что из системы исключается интегратор, при этом выход первого умножителя подключен к первому входу второго блока суммирования и к первому входу третьего блока суммирования, выход второго блока суммирования соединен со вторым входом третьего блока суммирования и с входом блока задержки, выход которого подключен ко второму входу второго блока суммирования, к первому входу второго умножителя подключен выход третьего блока суммирования, выход второго умножителя соединен с входом объекта регулирования.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано в системах управления априорно неопределенными нестационарными динамическими объектами в периодических режимах.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является комбинированная адаптивная система управления для динамических объектов с периодическими коэффициентами (патент РФ № 2441266, Официальный бюл. «Изобретения и полезные модели». - 2012, № 3, - прототип), содержащая блок задания коэффициентов, первый, второй и третий блоки суммирования, параллельный фильтр-компенсатор, первый и второй умножители, блок задержки, интегратор, 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 к входу параллельного фильтра компенсатора, выход которого подключен к обоим входам первого умножителя и второму входу второго умножителя, выход первого умножителя подключен к входу интегратора и к первому входу второго блока суммирования, 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 первым входом второго умножителя, вход объекта управления подключен к выходу второго умножителя.

Однако недостатком данной системы является потеря работоспособности в случае присутствия в нестационарном объекте управления параметров, являющихся непериодическими функциями времени.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является расширение класса динамических объектов, в частности обеспечение диссипативной устойчивости рассматриваемой системы для неустойчивых объектов с непериодическими внешними и параметрическими возмущениями и разницей порядков числителя и знаменателя передаточной функции, превышающей единицу.

Решение поставленной задачи достигается тем, что из системы, содержащей блок задания коэффициентов, первый, второй и третий блоки суммирования, параллельный фильтр-компенсатор, первый и второй умножители, блок задержки, интегратор, объект регулирования, согласно изобретению исключается интегратор, при этом выходы объекта регулирования соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, выходы которого подключены к входам первого блока суммирования, выход первого блока суммирования соединен с входом параллельного фильтра-компенсатора, первый и второй входы первого умножителя, а также второй вход второго умножителя соединены с выходом параллельного фильтра-компенсатора, выход первого умножителя подключен к первому входу второго блока суммирования и к первому входу третьего блока суммирования, выход второго блока суммирования соединен со вторым входом третьего блока суммирования и с входом блока задержки, выход которого подключен ко второму входу второго блока суммирования, к первому входу второго умножителя подключен выход третьего блока суммирования, выход второго умножителя соединен с входом объекта регулирования.

Исключение из системы интегратора позволяет построить систему, во-первых, более простой структуры в сравнении с прототипом и, во-вторых, работоспособную при наличии непериодических внешних и параметрических возмущений.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема системы управления; на фиг.2 - блок-схема параллельного фильтра-компенсатора. Система содержит: объект регулирования 1, блок задания коэффициентов 2, первый блок суммирования 3, параллельный фильтр-компенсатор 4, первый умножитель 5, второй блок суммирования 6, блок задержки 7, третий блок суммирования 8, второй умножитель 9, y₁ , , y_m - выходы объекта регулирования, u - скалярное управляющее воздействие.

Объект регулирования описывается уравнениями

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

A(t+Т) - нестационарная матрица состояния с периодически изменяющимися параметрами;

Т - период изменения параметров матрицы состояния;

b(t) - нестационарный вектор управления;

f(t) - вектор внешних постоянно действующих возмущений, удовлетворяющий условию

; ;

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

* - символ транспонирования;

L - матрица выхода;

u(t) - скалярное управляющее воздействие;

₀ - m-мерный вектор коэффициентов блока задания коэффициентов 2, удовлетворяющий условию: полином степени n-1 ₀ ^* ( ) - устойчивый с положительным старшим коэффициентом, где ( ) - числитель передаточной функции объекта регулирования.

Пользуясь критерием гиперустойчивости В.М.Попова, можно показать, что контур управления, реализуемый комбинированным способом в виде

где _пер(t) - настраиваемый коэффициент контура управления;

_роб(t) - робастная часть алгоритма (2);

₀, ₁ - некоторые постоянные положительные величины;

обеспечивает диссипативную устойчивость системы.

Система функционирует следующим образом.

Сигналы с выходов объекта регулирования 1 поступают на соответствующие входы блока задания коэффициентов 2, внутри которого происходит умножение i-го входного сигнала на постоянный заданный коэффициент. Сигналы с выхода блока задания коэффициентов 2 идут на входы первого блока суммирования 3, где складываются. Выходной сигнал первого блока суммирования 3 поступает на вход параллельного фильтра-компенсатора 4 с функциональной схемой, соответствующей фиг.2. В каждом из блоков суммирования 10 (j=1, 2 k-1, где k - разность порядков числителя и знаменателя передаточной функции объекта регулирования 1) происходит сложение сигнала, поступающего с выхода первого блока суммирования 3 и соответствующих сигналов, полученных с выходов интеграторов 11 _j. Сигнал с выхода каждого блока суммирования 10_j поступает на вход соответствующего интегратора 11_j и на соответствующий вход блока суммирования 12. В блоке суммирования 12, формирующем выход параллельного фильтра-компенсатора 4, происходит сложение выходных сигналов каждого интегратора 11_j и каждого блока суммирования 10_j. Сигнал с выхода блока суммирования 12 поступает на оба входа первого умножителя 5 и на второй вход второго умножителя 9. Выходной сигнал первого умножителя 5 идет на первый вход третьего блока суммирования 8 и на первый вход второго блока суммирования 6, сигнал с выхода которого подается на вход блока задержки 7 и на второй вход третьего блока суммирования 8. Сигнал с выхода третьего блока суммирования 8 идет на первый вход второго умножителя 9, выходной сигнал которого подается на вход объекта регулирования 1.

Технический результат заключается в обеспечении диссипативной устойчивости системы управления циклического действия при непериодических внешних и параметрических возмущениях, а также разнице порядков числителя и знаменателя передаточной функции объекта регулирования, превышающей единицу.

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