СИСТЕМА АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫМ ОБЪЕКТОМ

Полезная модель относится к системам адаптивного управления нестационарными объектами с неконтролируемыми возмущениями и может быть использована в системах управления технологическим оборудованием, в том числе цифровых системах управления электроприводами.
Известна система робастного управления дискретными объектами, содержащая последовательно соединенные задающее устройство, цифровой регулятор, объект управления и блок наблюдателя состояния [Поляк Б.Т., Щербаков П.С.Робастная устойчивость и управление. - М.: Наука, 2002. - с.143-172]. Вход блока наблюдателя состояния соединен с выходом цифрового регулятора, выход блока наблюдателя состояния связан с входом устройства сравнения, блок показателей качества управления связан своим выходом с входом цифрового регулятора.
Недостатком этой системы управления является, то, что она не может быть применена для обеспечения заданных показателей качества процесса управления при наличии возмущений на объекте по причине недостаточной чувствительности регулятора к изменениям параметров объекта управления и влиянию возмущающих воздействий.
Известна система робастного оптимального управления дискретными объектами (патент №59278, МПК: G05D 3/12, G05D 3/20, опубл. 10.12.2006 г.), являющаяся прототипом, содержащая последовательно соединенные задающее устройство, устройство сравнения, регулятор, объект управления и блок наблюдателя состояния, связанный с устройством сравнения и блоком вычисления функции Гамильтона, подключенным к блоку показателей качества управления, блоку эталонной модели и блоку
вычислений коэффициентов перенастройки, который соединен с регулятором и блоком эталонной модели.
Недостатком данной системы является снижение качества управления, в частности, увеличивается длительность переходного процесса, вследствие отличия начальных значений переменных состояния объекта управления и его эталонной модели.
Задачей полезной модели является улучшение качественных показателей регулирования процессов в объекте управления с нестационарными и неконтролируемыми изменениями его начальных значений переменных состояния.
Поставленная задача решена за счет того, что система адаптивного управления нестационарным объектом, также как в прототипе, содержит последовательно соединенные задающее устройство, устройство сравнения, регулятор, объект управления и блок наблюдателя состояния, связанный с устройством сравнения и блоком вычисления функции Гамильтона, который подключен к блоку показателей качества управления, блоку эталонной модели и блоку вычислений коэффициентов перенастройки, выход которого соединен с регулятором, а вход соединен с блоком эталонной модели.
В предложенной системе адаптивного управления нестационарным объектом выход регулятора подключен к входу широтно-импульсного модулятора, выход которого соединен с блоком эталонной модели, блоком вычисления функции Гамильтона и первым входом импульсного усилителя, выход которого подключен к объекту управления, второй вход импульсного усилителя подключен к выходу анализатора начального состояния, первый вход которого соединен с выходом блока наблюдателя состояния, второй вход анализатора начального состояния соединен с выходом блока эталонной модели, подключенного к объединенным входам блока вычисления функции Гамильтона и блока вычислений коэффициентов перенастройки, третий вход анализатора начального состояния соединен с входом блока эталонной модели и выходом блока задания начального состояния.
На фиг.1 приведена функциональная схема системы адаптивного управления нестационарным объектом.
Система адаптивного управления нестационарным объектом содержит последовательно соединенные задающее устройство 1 (ЗУ), устройство сравнения 2 (УС), регулятор 3 (Р), объект управления 4 (ОУ), блок наблюдателя состояния 5 (БНС), связанный с устройством сравнения 2 (УС) и блоком вычисления функции Гамильтона 6 (БВФГ), который подключен к блоку показателей качества управления 7 (БПКУ), блоку эталонной модели 8 (БЭМ) и блоку вычислений коэффициентов перенастройки 9 (БВКП), выход которого соединен с регулятором 3 (Р), а вход соединен с блоком эталонной модели 8 (БЭМ). Выход регулятора 3 (Р) подключен к входу широтно-импульсного модулятора 10 (ШИМ), выход которого соединен с блоком эталонной модели 8 (БЭМ), блоком вычисления функции Гамильтона 6 (БВФГ) и первым входом импульсного усилителя 11 (ИУ), выход которого подключен к объекту управления 4 (ОУ), второй вход импульсного усилителя 11 (ИУ) подключен к выходу анализатора начального состояния 12 (АНС), первый вход которого соединен с выходом блока наблюдателя состояния 5 (БНС), второй вход анализатора начального состояния 12 (АНС) соединен с выходом блока эталонной модели 8 (БЭМ), подключенного к объединенным входам блока вычисления функции Гамильтона 6 (БВФГ) и блока вычислений коэффициентов перенастройки 9 (БВКП), третий вход анализатора начального состояния 12 (АНС) соединен с входом блока эталонной модели 8 (БЭМ) и выходом блока задания начального состояния 13 (БЗНС).
В качестве задающего устройства 1 (ЗУ) может быть использован персональный компьютер или цифровое устройство, формирующее задающее воздействие, объектом управления 4 (ОУ) может выступать технологическое оборудование, функционирование которого во времени описано системой дифференциальных или алгебраических уравнений. Блоком наблюдателя состояний 5 (БНС) могут служить аналого-цифровые
преобразователи или цифровые датчики. Для реализации устройства сравнения 2 (УС), регулятора 3 (Р), блока вычисления функции Гамильтона 6 (БВФГ), блока показателей качества управления 7 (БПКУ), блока эталонной модели 8 (БЭМ), блока вычисления коэффициентов перенастройки 9 (БВКП), широтно-импульсного модулятора 10 (ШИМ), анализатора начального состояния 12 (АНС), блока задания начального состояния 13 (БЗНС) могут быть использованы вычислительные и программные средства программируемого контроллера ЭЛСИ-ТМ компании «ЭлеСи» (г.Томск). В качестве импульсного усилителя 11 (ИУ) может быть использован транзисторный инвертор на IGBT транзисторах.
Задающее устройство 1 (ЗУ) генерирует задающее воздействие, которое поступает на устройство сравнения 2 (УС) для вычитания сигнала обратной связи, значение которого формируется блоком наблюдателя состояний 5 (БНС) по измерениям текущего состояния объекта управления 4 (ОУ). Ошибка регулирования с выхода устройства сравнения 2 (УС) преобразуется регулятором 3 (Р) и широтно-импульсным модулятором 10 (ШИМ) в импульсную последовательность, которая усиливается импульсным усилителем 11 (ИУ). Выходной сигнал импульсного усилителя 11 (ИУ) соответствующей мощности приводит в действие объект управления 4 (ОУ).
Требования к качеству регулирования процессов в объекте управления 4 (ОУ) назначаются в блоке показателей качества управления 7 (БПКУ), численные значения которых поступают в блок вычисления функции Гамильтона 6 (БВФГ). Текущее значение качественных показателей процесса управления объектом 4 (ОУ) определяется функцией Гамильтона, которая вычисляется в блоке вычисления функции Гамильтона 6 (БВФГ) на основе значений управляющего сигнала с выхода широтно-импульсного модулятора 10 (ШИМ), значений измеряемых переменных с выхода блока наблюдателя состояний 5 (БНС) и значений оценок неизмеряемых переменных с выхода блока эталонной модели 8 (БЭМ).
Поступающие данные с выхода блока вычисления функции Гамильтона 6 (БВФГ) и выхода блока эталонной модели 8 (БЭМ) позволяют вычислить в реальном времени в блоке вычислений коэффициентов перенастройки 9 (БВКП) коэффициенты применяемого закона регулирования в регуляторе 3 (Р) (например, пропорционально-интегрально-дифференциального закона).
В блоке задания начального состояния 13 (БЗНС) на основе предварительной информации о регулируемых процессах в объекте управления 4 (ОУ) определяется область оценок начальных значений измеряемых и неизмеряемых переменных его состояния, которые поступают в блок эталонной модели 8 (БЭМ) и анализатор начального состояния 12 (АНС). При отличии реальных начальных значений переменных состояния объекта управления 4 (ОУ) от назначенных значений, сформированных в блоке задания начального состояния 13 (БЗНС), анализатор начального состояния 12 (АНС) генерирует запрещающий сигнал на импульсный усилитель 11 (ИУ), отключающий объект управления 4 (ОУ) от источника энергии. Таким образом, переходные процессы в блоке эталонной модели 8 (БЭМ) и блоке вычислений коэффициентов перенастройки 9 (БВКП) не оказывают влияния на динамические процессы в объекте управления 4 (ОУ), что положительно сказывается на качестве регулирования.
В результате получаем улучшение качественных показателей регулирования процессов в объекте управления с нестационарными и неконтролируемыми изменениями его начальных значений переменных состояния.