КОМБИНИРОВАННАЯ РОБАСТНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
COMBINED ROBUST CONTROL SYSTEM FOR NON-STATIONARY DYNAMIC OBJECTS

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.
1
m
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, y, …, y - 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
0
*
α - m-мерный вектор коэффициентов блока задания коэффициентов 2, удовлетворяющий условию: полином степени n-1 α α(λ) - устойчивый с положительным старшим коэффициентом, где α(λ) - числитель передаточной функции объекта регулирования.
Пользуясь критерием гиперустойчивости В.М.Попова, можно показать, что контур управления, реализуемый комбинированным способом в виде
пер
где χ(t) - настраиваемый коэффициент контура управления;
роб
χ(t) - робастная часть алгоритма (2);
0
1
γ, γ - некоторые постоянные положительные величины;
обеспечивает диссипативную устойчивость системы.
Система функционирует следующим образом.
j
j
j
j
j
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. Сигнал с выхода каждого блока суммирования 10 поступает на вход соответствующего интегратора 11 и на соответствующий вход блока суммирования 12. В блоке суммирования 12, формирующем выход параллельного фильтра-компенсатора 4, происходит сложение выходных сигналов каждого интегратора 11 и каждого блока суммирования 10. 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.