ИМИТАТОР АДАПТИВНО-ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫМ ОБЪЕКТОМ С САМОНАСТРОЙКОЙ БЛОКА ДИНАМИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ

Полезная модель относится к технической кибернетике и может быть использована при построении систем комбинированного адаптивного управления нелинейными объектами периодического действия с относительным порядком больше единицы.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является комбинированная адаптивная система гашения вынужденных колебаний (Еремин Е.Л., Шеленок Е.А. Система адаптивного виброгашения вынужденных колебаний // Датчики и системы. - 2014. - №5. - С. 16-22, прототип), содержащая объект управления, последовательный динамический корректор, задающее устройство, блок сравнения, комбинированный адаптивный регулятор, при этом выход объекта управления соединен с входом последовательного динамического корректора, выход последовательного динамического корректора подключен ко второму входу блока сравнения и ко второму входу комбинированного адаптивного регулятора, первый вход блока сравнения соединен с выходом задающего устройства, выход блока сравнения подключен к первому входу комбинированного адаптивного регулятора, выход комбинированного адаптивного регулятора соединен с входом объекта управления.
Однако недостатком данной системы является невозможность автоматической настройки параметра последовательного динамического корректора, с целью увеличения быстродействия системы управления.
Технической задачей, на решение которой направленна заявленная полезная модель, является расширение функциональных возможностей системы, т.е. обеспечение автоматической настройки параметра последовательного динамического корректора.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в систему, содержащую объект управления, последовательный динамический корректор, задающее устройство, блок сравнения, комбинированный адаптивный регулятор, согласно полезной модели, дополнительно вводится функциональный блок, при этом выход объекта управления подключен к первому входу последовательного динамического корректора, выход последовательного динамического корректора соединен со вторым входом блока сравнения и вторым входом комбинированного адаптивного регулятора, выход задающего устройства соединен с первым входом блока сравнения и третьим входом комбинированного адаптивного регулятора, выход блока сравнения подключен к первому входу комбинированного адаптивного регулятора, первый выход комбинированного адаптивного регулятора соединен с входом объекта управления, второй выход комбинированного адаптивного регулятора подключен к входу функционального блока, выход функционального блока соединен со вторым входом последовательного динамического корректора.
За счет введения в систему функционального блока обеспечивается автоматическая настройка параметра последовательного динамического корректора.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена блок-схема системы управления; на фиг. 2 изображена блок-схема последовательного динамического корректора; на фиг. 3 изображена блок-схема комбинированного адаптивного регулятора; на фиг. 4. представлена схема функционального блока. Система содержит: объект управления 1; последовательный динамический корректор 2; задающее устройство 3; блок сравнения 4; комбинированный адаптивный регулятор 5; функциональный блок 6; у - выход объекта управления,  - выход последовательного динамического корректора; r - выход задающего устройства; e - выход блока сравнения (ошибка регулирования); u - первый выход комбинированного адаптивного регулятора (управляющее воздействие); h - второй выход комбинированного адаптивного регулятора (настраиваемый коэффициент конура управления);  - выход функционального блока.
Объект управления описывается уравнениями:
где x(t) - n-мерный вектор состояния;
y(t) - скалярный выход объекта управления;
А - некоторая стационарная матрица;
d(t) - периодически нестационарная векторная функция;
b - стационарный вектор;
* - символ транспонирования;
L - m-мерный вектор, формирующий выход объекта;
f(t) - вектор внешних постоянно действующих возмущений;
u(t) - управляющее воздействие, удовлетворяющее соотношению:
h(t), χ(t), θ(t) - настраиваемые коэффициенты регулятора;
r(t) - командный сигнал (задающее воздействие);
z - показатель степени;
- выходной сигнал последовательного динамического корректора, состоящего из k (k=ρ-1=(n-m)-1) последовательно соединенных быстродействующих упругих звеньев, каждое из которых описывается дифференциальным уравнением
где Т>0 - постоянная времени;
- параметр, настаиваемый в соответствии с алгоритмом
0
1
где ψ, ψ - некоторые числа.
С помощью критерия гиперустойчивости В.М. Попова можно показать, что реализация алгоритмов самонастройки параметров h(t), χ(t), θ(t) регулятора (2) в виде
1
2
3
где α, α, α - некоторые положительные величины;
e(t) - ошибка регулирования;
φ - величина зоны нечувствительности; обеспечит устойчивость и работоспособность системы управления.
Система функционирует следующим образом.
1
r
r
r
r
r
r
r
r
z
f
k
Сигнал y с выхода объекта управления 1 подается на первый вход последовательного динамического корректора 2, на второй вход которого поступает сигнал  с выхода функционального блока 6. Сигнал y с первого входа последовательного динамического корректора 2 (структурная схема представлена на фиг. 2) идет на первый вход блока суммирования 7, сигнал  со второго входа последовательного динамического корректора 2 одновременно подается на вторые входы умножителей 8 (r=1, 2, …, k), на первые входы которых поступают сигналы с выходов блоков суммирования 7, выходные сигналы умножителей 8 одновременно поступают на входы интеграторов 9 и с соответствующими коэффициентами на вторые входы блоков суммирования 10, выходные сигналы интеграторов 9 поступают на первые входы блоков суммирования 10 и на вторые входы блоков суммирования 7, сигналы с выходов блоков суммирования 10 (z=1, 2, …, k-1) поступают на первые входы блоков суммирования 7 (f=2, 3, …, k), выходной сигнал блока суммирования 10 подается на выход последовательного динамического корректора 2.
Сигнал с выхода последовательного динамического корректора 2 (см. фиг. 1) одновременно поступает на второй вход блока сравнения 4 и на второй вход комбинированного адаптивного регулятора 5. Выходной сигнал r задающего устройства 3 идет на первый вход блока сравнения 4 и на третий вход комбинированного адаптивного регулятора 5. Сигнал е с выхода блока сравнения 4 подается на первый вход комбинированного адаптивного регулятора 5.
Сигнал е с первого входа комбинированного адаптивного регулятора 5 (структурная схема представлена на фиг. 3) поступает на вход блока зоны нечувствительности 11, а также на второй вход пятого умножителя 19. Выходной сигнал блока зоны нечувствительности 11 одновременно идет на первый вход первого умножителя 12 и на первый вход третьего умножителя 15. Сигнал r с третьего входа комбинированного адаптивного регулятора 5 подается на второй вход первого умножителя 12, а также на второй вход второго умножителя 14. Выходной сигнал первого умножителя 12 с соответствующим коэффициентом поступает на вход первого интегратора 13, сигнал с выхода которого (h) подается на первый вход второго умножителя 14 и на второй выход комбинированного адаптивного регулятора 5. Сигнал с выхода второго умножителя 14 идет на второй вход второго блока суммирования 23. Сигнал  со второго входа комбинированного адаптивного регулятора 5 одновременно поступает на второй вход третьего умножителя 15, на второй вход четвертого умножителя 17, а также на вход блока возведения в степень 18. Выходной сигнал третьего умножителя 15 с соответствующим коэффициентом подается на вход второго интегратора 16. Сигнал χ с выхода второго интегратора 16 идет на первый вход четвертого умножителя 17, выходной сигнал которого поступает на первый вход второго блока суммирования 23. Сигнал с выхода блока возведения в степень 18 подается на первый вход пятого умножителя 19, а также на второй вход шестого умножителя 22. Выходной сигнал пятого умножителя 19 идет на первый вход первого блока суммирования 20. Сигнал θ с выхода первого блока суммирования 20 поступает на первый вход шестого умножителя 22 и на вход блока задержки 21, выходной сигнал которого идет на второй вход первого блока суммирования 20. Выходной сигнал шестого умножителя 22 подается на третий вход второго блока суммирования 23. Сигнал u с выхода второго блока суммирования 23 поступает на первый выход комбинированного адаптивного регулятора 5.
0
Сигнал u с первого выхода комбинированного адаптивного регулятора 5 подается на вход объекта управления 1. Сигнал h со второго выхода комбинированного адаптивного регулятора 5 идет на вход функционального блока 6. Входной сигнал h функционального блока 6 (структурная схема представлена на фиг. 4) подается на вход блока выделения модуля 24, сигнал с выхода которого с соответствующим коэффициентом поступает на второй вход блока суммирования 25. На первый вход блока суммирования 25 идет сигнал ψ с выхода задающего блока 26. Выходной сигнал блока суммирования 25  подается на выход функционального блока 6. Сигнал  с выхода функционального блока 6 поступает на второй вход последовательного динамического корректора 2.
Технический результат заключается в обеспечении высокого быстродействия системы управления за счет автоматической настройки параметра последовательного динамического корректора.
Данное устройство может быть реализовано промышленным способом на основе стандартной элементной базы.