MULTI-LEVEL SIGNAL ADAPTATION IN NON-STATIONARY CONTROL SYSTEMS
Authors: Подвальный С.Л. , Васильев Е.М. 
Published: November 2022

Рассматривается задача построения адаптивных регуляторов для нестационарных систем автоматического управления. Отмечено, что известные схемы сигнальной адаптации не обеспечивают заданное качество регулирования в широком диапазоне изменения параметров объекта. Выдвигается предположение, что указанный недостаток может быть устранён, если для решения поставленной задачи воспользоваться принципами модульности и многоуровневости управления, составляющими в своей совокупности эволюционную концепцию многоальтернативности строения и функционирования сложных систем. Для реализации сигнальной адаптации на основе указанных принципов предложено исходный объект высокого порядка разбить на структурные и физические элементы низкого порядка. Показано, что если динамическая сложность каждого структурного элемента объекта по числу доминирующих корней характеристического полинома не превышает второго порядка, то для любого выделенного элемента может быть реализована простейшая одноуровневая подсистема сигнальной адаптации с явной эталонной моделью. Каждая такая подсистема обладает значительными запасами устойчивости по амплитуде и фазе, что позволяет обеспечить высокое качество адаптации в любой из них. Предложена структура системы управления, содержащая многоуровневую схему сигнальной адаптации, которая представляет собою иерархически подчинённое соединение одноуровневых схем с двумя параллельными каналами: каналом с каскадами объекта и каналом с соответствующими каскадами эталонной модели. Такая организация многоуровневой схемы исключает последовательное накопление ошибок адаптации в каждом каскаде. Составлена математическая модель схемы многоуровневой сигнальной адаптации и исследованы её адаптационные возможности. Отмечено, что для обеспечения нулевой установившейся ошибки схему адаптации целесообразно охватить дополнительным контуром регулирования по отклонению с интегратором в прямом канале системы. Представлены результаты численного моделирования предложенной схемы многоуровневой адаптации в сравнении с традиционной одноуровневой схемой и подтверждена высокая эффективность использованного в работе многоальтернативного подхода к управлению нестационарными системами
Here we considered the problem of constructing adaptive controllers for non-stationary automatic control systems. We note that the known signal adaptation schemes do not provide the desired quality of regulation in a wide range of changes in the parameters of the object. We suggested that this disadvantage can be eliminated if, to solve the problem, we use the principles of modularity and multi-level control, which together constitute the evolutionary concept of the multi-alternative structure and functioning of complex systems. To implement signal adaptation on the basis of these principles, we propose to divide the original high-order object into structural and physical elements of a low order. We show that if the dynamic complexity of each structural element of the object in terms of the number of dominant roots of the characteristic polynomial does not exceed the second order, then for any selected element the simplest one-level signal adaptation subsystem with an explicit reference model can be implemented. Each such subsystem has significant amplitude and phase stability margins, which makes it possible to ensure high quality of adaptation in any of them. The structure of the control system is proposed, containing a multilevel signal adaptation circuit, which is a hierarchically subordinate connection of single-level circuits with two parallel channels: a channel with object cascades and a channel with the corresponding reference model cascades. Such an organization of a multilevel scheme excludes the sequential accumulation of adaptation errors in each stage. We studied a mathematical model of a multi-level signal adaptation scheme has been compiled, and its adaptive capabilities. We note that in order to ensure a zero steady-state error, it is advisable to cover the adaptation circuit with an additional deviation control loop with an integrator in the forward channel of the system. We present the results of numerical simulation of the proposed multi-level adaptation scheme in comparison with the traditional one-level scheme and confirmed the high efficiency of the multi-alternative approach to the control of non-stationary systems used in the work