RU2367991C2

RU2367991C2 - System of direct adaptive control

Info

Publication number: RU2367991C2
Application number: RU2007134519/09A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Яковлевич Лащев (RU); Анатолий Яковлевич Лащев; Дмитрий Витальевич Глушич (RU); Дмитрий Витальевич Глушич
Original assignee: Анатолий Яковлевич Лащев; Дмитрий Витальевич Глушич; Зао Промэлектроника
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2009-09-20
Also published as: RU2007134519A

Abstract

FIELD: physics, control.

SUBSTANCE: invention is related to the field of automatics and may be used in systems of adaptive control of non-stationary objects with pure delay by input effect. System of direct adaptive control comprises controller, control object, summator, unit of adjustment and reference model. Output of reference model is connected to input of adjustment unit and controller input.

EFFECT: higher stability of control system.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области систем автоматического управления, а именно к системам адаптивного управления нестационарными устойчивыми объектами или объектами с неопределенными параметрами.The invention relates to the field of automatic control systems, and in particular to adaptive control systems for non-stationary stable objects or objects with uncertain parameters.

Известна адаптивная система управления, содержащая эталонную модель и последовательно соединенные регулятор, объект управления, сумматор и блок настройки, выход которого соединен с первым входом регулятора, а вход системы соединен с третьим входом блока настройки и через эталонную модель - со вторым входом сумматора [1] (прототип).Known adaptive control system containing a reference model and series-connected controller, control object, adder and tuner, the output of which is connected to the first input of the regulator, and the input of the system is connected to the third input of the tuner and through the reference model to the second input of the adder [1] (prototype).

К недостаткам прототипа относится малая точность системы управления объекта высокого порядка, т.к. используемые в обратной связи производные входного сигнала определяются с большими ошибками.The disadvantages of the prototype include the low accuracy of the control system of the object of a high order, because Derivatives of the input signal used in feedback are determined with large errors.

С целью повышения точности адаптивной системы управления, содержащей последовательно соединенные регулятор, объект управления, сумматор и блок настройки, выход которого соединен с первым входом регулятора, а вход системы соединен с третьим входом блока настройки и через эталонную модель - со вторым входом сумматора, в ней выход эталонной модели соединен с третьим входом блока настройки и вторым входом регулятора.In order to improve the accuracy of an adaptive control system containing a controller, a control object, an adder and a tuner in series, the output of which is connected to the first input of the regulator, and the system input is connected to the third input of the tuner and through the reference model to the second adder input, in it the output of the reference model is connected to the third input of the tuner and the second input of the controller.

На фиг.1 изображена адаптивная система управления, а на фиг.2 - система-прототип. На фиг.3 и фиг.4 - соответственно - схема системы для моделирования в ЦВМ и переходные процессы на выходах ОУ и ЭМ. На фигурах приняты следующие обозначения: 1 - эталонная модель, 2 - регулятор, 3 - объект управления, 4 - сумматор, 5 - блок настройки, 6, 7 - корректирующие устройства, 8, 9 - сумматоры, на фиг.3 (обозначения, которые общеприняты в Simulink'e Matlab'a) изображена схема фиг.1, промоделированная в Simulink'e, g(t), x(t), y(t), ε(t), u(t) - сигналы соответственно задания, с выхода ОУ, с выхода ЭМ, ошибки и управления, F(t) - мультипликативная помеха, изменяющая коэффициенты ДУ ОУ произвольным образом.In Fig.1 shows an adaptive control system, and in Fig.2 - a prototype system. In Fig.3 and Fig.4 - respectively - a diagram of a system for modeling in computers and transients at the outputs of the op-amp and EM. The following notation is used in the figures: 1 - reference model, 2 - controller, 3 - control object, 4 - adder, 5 - tuner, 6, 7 - corrective devices, 8, 9 - adders, in Fig. 3 (designations that generally accepted in Simulink'e Matlab'a) a diagram of Fig. 1 is shown, modeled in Simulink'e, g (t), x (t), y (t), ε (t), u (t) are the signals of the task, respectively from the output of the op-amp, from the output of the EM, errors and controls, F (t) is the multiplicative interference that changes the coefficients of the op-amp of the op-amp in an arbitrary way.

Под объектом управления (ОУ) будем подразумевать так называемый обобщенный объект управления (ООУ), который при аналоговом исполнении адаптивной системы управления содержит последовательно соединенные исполнительное устройство, собственно ОУ и датчик выходной величины x(t). При цифровой реализации адаптивной системы ООУ представляет из себя последовательное соединение преобразователя «код-аналог», исполнительного устройства, ОУ, датчика x(t) и преобразователя «аналог-код».By a control object (OA) we mean the so-called generalized control object (OOU), which, with the analogue version of an adaptive control system, contains a serially connected actuator, the OA itself and an output value sensor x (t). In the digital implementation of the adaptive system, the OOU is a serial connection of a code-to-analog converter, an actuator, an op-amp, an x (t) sensor and an analog-to-code converter.

Функционирует адаптивная система управления на фиг.1 следующим образом. На вход эталонной модели 1 поступает входной сигнал g(t) - сигнал задания для системы. Выход эталонной модели (в общем случае векторный) поступает на входы регулятора 2, блока настройки 5 и сумматора 4. Сигнал с выхода регулятора 2 поступает на вход объекта управления 3. В сумматоре 4 из сигнала y(t) вычитается сигнал x(t) и полученный сигнал ε(t) используется в блоке настройки 5 для формирования параметрического управления

. Последние используются для настройки параметров (коэффициентов) регулятора 2 таким образом, чтобы ошибка ε(t) с течением времени t стремилась к нулю. В результате при ε(t)=0 выходы объекта 3 управления и эталонной модели 1 совпадут, т.е. переходные процессы совпадут. Параметрические управления Δk_i(t) формируются (синтезируются) на основе второго метода Ляпунова из условия обеспечения устойчивости и желаемого качества переходного процесса.The adaptive control system of FIG. 1 operates as follows. The input signal g (t), the reference signal for the system, is input to the reference model 1. The output of the reference model (in the general case, vector) is applied to the inputs of controller 2, tuner 5, and adder 4. The signal from the output of controller 2 is input to control object 3. In adder 4, signal x (t) is subtracted from signal y (t) and the received signal ε (t) is used in tuner 5 to generate parametric control

. The latter are used to adjust the parameters (coefficients) of controller 2 so that the error ε (t) tends to zero over time t. As a result, at ε (t) = 0, the outputs of the control object 3 and the reference model 1 coincide, i.e. transients match. The parametric controls Δk _i (t) are formed (synthesized) based on the second Lyapunov method from the condition of ensuring stability and the desired quality of the transition process.

Как видно из фиг.3, контур адаптации 5 настраивает в регуляторе 2 пять параметров - один в прямой цепи прохождения сигнала g(t) и четыре в цепи обратной связи.As can be seen from figure 3, the adaptation circuit 5 adjusts five parameters in the controller 2 - one in the direct signal path g (t) and four in the feedback circuit.

Переходные процессы на выходах объекта управления 2 и эталонной модели 1 не совпадают: на выходе объекта управления 2 они значительно затянуты, т.к. контурами настройки в виде параметрической обратной связи охватывается звено чистого запаздывания h больше 0. Из [1] известно, что при управлении объектами с чистым запаздыванием по входу нельзя в обратных связях устанавливать большие коэффициенты усиления. Предложенная адаптивная система управления содержит только параметрическую обратную связь (через контура настройки параметров Δk_i(t)) и не содержит координатной отрицательной обратной связи, т.к. в выражениях Δk_i(t) содержится не x_i(t) в качестве сомножителя, a y_i(t). Использование y_i(t) вместо x_i(t) с одной стороны делает основной контур управления содержащим регулятор 2 и объект управления 3, разомкнутым по x(t) и поэтому синтезированная система пригодна только для управления устойчивыми объектами управления 3. В промышленности большое множество объектов управления, которые устойчивы в разомкнутом состоянии. Но ввиду того что обратная связь параметрическая существует, но без координатной обратной связи, адаптивная система обладает повышенным запасом устойчивости, т.к. значение чистого запаздывания h по входу в объекте управления 3 третьего порядка может меняться от 0 до 100 при постоянных коэффициентах усиления λ_i в контурах настройки параметров регулятора 2. Важным преимуществом предложенной системы является то, что отпадает необходимость в установке реальных дифференцирующих устройств, т.к. в технике не существует идеальных дифференциаторов. Устранен тем самым и эффект подчеркивания высокочастотных помех, присутствующих обычно на выходе объекта управления 3. Как видно из фиг.3, производные y⁽ⁱ⁾(t) для формирования Δk_i(t) берутся с выходов эталонной модели 1, на которую помехи не поступают.Transients at the outputs of the control object 2 and the reference model 1 do not match: at the output of the control object 2 they are significantly tightened, because the control loops in the form of parametric feedback cover the link of the pure delay h greater than 0. From [1] it is known that when controlling objects with a pure delay at the input, large gain factors cannot be set in the feedbacks. The proposed adaptive control system contains only parametric feedback (through the parameter settings Δk _i (t)) and does not contain coordinate negative feedback, because the expressions Δk _i (t) contain not x _i (t) as a factor, ay _i (t). Using y _i (t) instead of x _i (t), on the one hand, makes the main control loop containing controller 2 and control object 3 open in x (t), and therefore the synthesized system is suitable only for controlling stable control objects 3. In industry, a large number control objects that are stable in the open state. But in view of the fact that parametric feedback exists, but without coordinate feedback, the adaptive system has an increased stability margin, because the value of the net delay h at the input in the control object 3 of the third order can vary from 0 to 100 with constant gains λ _i in the control loops of the controller 2. An important advantage of the proposed system is that there is no need to install real differentiating devices, because . there are no ideal differentiators in technology. Thus, the effect of underlining high-frequency interference, usually present at the output of control object 3, is also eliminated. As can be seen from Fig. 3, the derivatives y ⁽ⁱ⁾ (t) for the formation of Δk _i (t) are taken from the outputs of the reference model 1, to which the interference is not come in.

Изобретение обладает изобретательским уровнем, который подтверждается отличительной частью формулы изобретения - в системе выход эталонной модели соединен с третьим входом блока настройки и вторым входом регулятора. Из сопоставления фиг.1 и фиг.3 ясно, что связи между блоками фиг.1 векторные.The invention has an inventive step, which is confirmed by the distinctive part of the claims - in the system, the output of the reference model is connected to the third input of the tuner and the second input of the controller. From a comparison of FIG. 1 and FIG. 3, it is clear that the connections between the blocks of FIG. 1 are vectorial.

В заключение необходимо отметить, что преимущества изобретения наиболее ощутимы по сравнению с прототипом, когда объект управления с запаздыванием по входу и порядок уравнения объекта управления n высок (n>2), т.к. y⁽ⁱ⁾(t), используемые в законах настройки Δk_i(t), определяются в эталонной модели точно независимо от их порядка, а кроме того, регулятор 2 не содержит координатной обратной связи по y(t).In conclusion, it should be noted that the advantages of the invention are most tangible in comparison with the prototype, when the control object with a delay in input and the order of the equation of the control object n is high (n> 2), because y ⁽ⁱ⁾ (t) used in the laws of adjustment Δk _i (t) are determined in the reference model exactly regardless of their order, and in addition, controller 2 does not contain coordinate feedback on y (t).

ЛитератураLiterature

1. Справочник по теории автоматического управления. Под. Ред. А.А.Красовского. - М: Наука, 1987. - 712 с стр.489 (рис 10.4.5).1. Reference on the theory of automatic control. Under. Ed. A.A. Krasovsky. - M: Nauka, 1987 .-- 712 with p. 489 (Fig. 10.4.5).

Claims

A direct adaptive control system for a non-stationary object with a clean input delay, containing a series-connected controller, control object, adder and tuner, the output of which is connected to the first input of the regulator, and the system input is connected to the third input of the tuner and, through the reference model, to the second input adder, characterized in that the output of the reference model is connected to the third input of the tuner and the second input of the controller.