RU2295151C2 - Устройство для моделирования системы управления - Google Patents
Устройство для моделирования системы управления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2295151C2 RU2295151C2 RU2005112702/09A RU2005112702A RU2295151C2 RU 2295151 C2 RU2295151 C2 RU 2295151C2 RU 2005112702/09 A RU2005112702/09 A RU 2005112702/09A RU 2005112702 A RU2005112702 A RU 2005112702A RU 2295151 C2 RU2295151 C2 RU 2295151C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- modeling
- block
- gain
- Prior art date
Links
Abstract
Устройство для моделирования системы управления относится к технике автоматического управления и регулирования и может быть использовано для испытаний управляющих и регулирующих систем, обладающих существенными нелинейностями и нестационарностями динамических характеристик. Техническим результатом является повышение точности моделирования. Технический результат достигается за счет введения блоков оценки и прогнозирования типопредставительной ситуации на объекте, что позволяет повысить качество адаптируемых коэффициентов настройкой модели в условиях предстоящего периода ее функционирования. 1 ил.
Description
Изобретение относится к технике автоматического управления и регулирования и может быть использовано для испытаний управляющих и регулирующих систем, обладающих существенными нелинейностями и нестационарностями динамических характеристик.
Задачей изобретения является повышение точности моделирования.
Это достигается тем, что устройство для моделирования системы управления содержит блок моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции, первый узел моделирования параметров объекта управления, первый, второй и третий масштабирующие элементы, первый и второй блоки вычитания, преобразователь угла поворота вала в напряжение, регулятор, усилитель и исполнительный механизм, блок моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции содержит первый и второй фильтры низкой частоты, первый, второй, третий и четвертый масштабирующие элементы, первый и второй источники постоянного сигнала, первый и второй сумматоры, причем первые входы первого и второго сумматоров блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции подключены к выходам первого и второго источников постоянного сигнала, второй и третий входы первого сумматора блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции подключены к выходам первого и второго масштабирующих элементов этого же блока соответственно, входы которых соединены с выходами одноименных фильтров низкой частоты блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции, второй и третий входы второго сумматора этого же блока подключены к выходам третьего и четвертого масштабирующих элементов блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции, входы которых соединены с выходами первого и второго фильтров низкой частоты того же блока соответственно, первый узел моделирования параметров объекта управления состоит из элемента задержки, блока умножения, блока вычитания, блока деления и интегратора, вход которого подключен к выходу блока деления, вход делимого которого соединен с выходом блока вычитания, вход вычитаемого которого подключен к выходу интегратора, вход уменьшаемого - к выходу блока умножения, первым входом соединенного с выходом элемента задержки, а вторым - с выходом первого сумматора блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции, выход второго сумматора блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции соединен с входом делителя блока деления первого узла моделирования параметров объекта управления, выход интегратора соединен с входом вычитаемого первого блока вычитания устройства, вход уменьшаемого которого подключен к выходу второго масштабирующего элемента и входу второго фильтра низкой частоты блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции, входы первого и второго масштабирующих элементов являются первым и вторым информационными входами устройства соответственно, выход первого масштабирующего элемента подключен к входу первого фильтра низкой частоты блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции и входу уменьшаемого второго блока вычитания, вход вычитаемого которого подключен к выходу преобразователя угла поворота вала в напряжение, вал которого соединен жесткой механической связью с выходом исполнительного механизма, вход которого подключен к выходу усилителя, вход усилителя соединен с выходом регулятора, вход задания закона регулирования которого является входом задания эталонного сигнала устройства, выход второго блока вычитания подключен к входу элемента задержки первого узла моделирования параметров объекта управления, выход третьего масштабирующего элемента соединен с информационным входом регулятора, также содержащий третий и четвертый блоки вычитания, второй и третий узлы моделирования параметров объекта управления, первый и второй блоки моделирования изменения коэффициента усиления, каждый из которых содержит фильтр низкой частоты, масштабирующий элемент и сумматор, а блок моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции содержит третий фильтр низкой частоты и пятый масштабирующий элемент, выход которого подключен к четвертому входу первого сумматора блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции, вход пятого масштабирующего элемента соединен с выходом третьего фильтра низкой частоты того же блока, вход которого подключен к выходу преобразователя угла поворота вала в напряжение, первый вход сумматора каждого блока моделирования изменения коэффициента усиления подключен к выходу масштабирующего элемента того же блока, входом соединенного с фильтром низкой частоты своего блока, вторые входы сумматоров первого и второго блоков моделирования изменения коэффициента усиления подключены к выходу первого сумматора блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции, входы фильтров низкой частоты первого и второго блоков моделирования изменения коэффициента усиления подключены к выходам первого и третьего блоков вычитания соответственно, выходы сумматоров первого и второго блоков моделирования изменения коэффициента усиления соединены со вторыми входами блоков умножения второго и третьего узлов моделирования параметров объекта управления соответственно, вход элемента задержки каждого 1-го (где i=2, 3) узла моделирования параметров объекта управления подключен к выходу элемента задержки (i-1)-го узла моделирования параметров объекта управления, выходы интеграторов второго и третьего узлов моделирования параметров объекта управления подключены к входам вычитаемого третьего и четвертого блоков вычитания, входы уменьшаемого которых подключены к выходу второго масштабирующего элемента, выход четвертого блока вычитания соединен с входом третьего масштабирующего элемента, входы делителя блоков деления второго и третьего узлов моделирования параметров объекта управления подключены к выходу второго сумматора блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции, а также содержит блок оценки типопредставительной ситуации на объекте и блок прогнозирования типопредставительной ситуации на объекте, второй вход блока оценки типопредставительной ситуации на объекте соединен с выходом первого, а третий - с выходом второго масштабирующих элементов, а четвертый вход является дополнительно введенным входом контролируемых внешних воздействий устройства, выход блока оценки типопредставительной ситуации на объекте соединен со входом блока прогнозирования типопредставительной ситуации на объекте, выход которого подключен к третьему входу регулятора.
Введение новых блоков и связей позволяет повысить качество адаптируемых коэффициентов за счет настройки модели в условиях предстоящего периода ее функционирования.
На чертеже представлена блок-схема описываемого устройства для моделирования системы управления.
Устройство для моделирования системы содержит блок 1 моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции, первый 2, второй 3, третий 4 узлы моделирования параметров объекта управления, первый 5 и второй 6 блоки моделирования изменения коэффициента усиления, первый 7, второй 8 и третий 9 масштабирующие элементы, первый 10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 блоки вычитания, регулятор 14, усилитель 15, исполнительный механизм 16, преобразователь 17 угла поворота вала в напряжение, блок оценки типопредставительной ситуации на объекте 38, блок прогнозирования типопредставительной ситуации на объекте 39, четвертый фильтр низкой частоты 40 и шестой масштабирующий элемент 41.
Блок 1 моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции содержит первый 18, второй 19, третий 20, четвертый 21, пятый 22 масштабирующие элементы, первый 23 и второй 24 сумматоры, первый 25, второй 26 и третий 27 фильтры низкой частоты, первый 28 и второй 29 источники постоянного сигнала.
Каждый из узлов 2-4 моделирования параметров объекта управления состоит из элемента 30 задержки, блока 31 умножения, блока 32 вычитания, блока 33 деления, интегратора 34.
Каждый из блоков 5 и 6 моделирования изменения коэффициента усиления содержит фильтр 35 низкой частоты, масштабирующий элемент 36 и сумматор 37.
Работает устройство для моделирования системы управления следующим образом.
Регулятор 14 вырабатывает командный сигнал на регулирование Up как реакцию на модельный выход и заданное значение Y* выхода объекта. Воздействие Up через усилитель 15 поступает в виде усиленного сигнала Up на исполнительный механизм 16, выходной вал которого связан с преобразователем 17, преобразующим угол поворота вала исполнительного механизма в электрический сигнал, величина которого соответствует моделируемой величине управляющего сигнала Uм объекта. Этот сигнал поступает на вход блока 11 вычитания. Сигнал Uм поступает также на вход фильтра 27 низкой частоты.
На входе блока 11 вычитания коэффициент усиления первой модели вычисляется разность δUм=Uн-Uм между натурным Uн и модельным Uм регулирующими воздействиями. Полученный сигнал δUм, проходя через элемент 30 задержки, где задерживается на время запаздывания в объекте, через блок 31 умножения, где умножается на коэффициент усиления первой модели , проходит через блок 32 вычитания, где из него вычитается сигнал, поступающий с интегратора 34, через блок 33 деления, где он делится на величину Тм постоянной времени инерции модели, и интегрируется интегратором 34, охваченным вместе с блоком 33 деления отрицательной обратной связью. На выходе интегратора 34 в результате перечисленных преобразований формируется реакция первой модели на разность δUм. Этот процесс может быть описан следующим выражением:
ТМ - постоянная времени инерции;
τ0 - время запаздывания первой модели, эквивалентное запаздыванию объекта управления.
Сигнал поступает на вход блока 10 вычитания, на другой вход которого поступает сигнал Yн с масштабирующего элемента 8. Сигнал Yн представляет собой преобразованный в масштабирующем элементе 8 сигнал о значении выхода Y натурного управления. В блоке вычитания 10 вычисляется оценка модельного выхода первой модели.
Коэффициенты первой модели определяются следующим образом.
Сигнал Uм, поступающий на вход фильтра 27 низкой частоты, сглаживается и поступает на вход масштабирующего элемента 22, где он умножается на постоянный коэффициент, например α3, и полученный сигнал поступает на вход сумматора 23. На другие входы сумматора 23 поступают сигналы и с выходов третьего и четвертого масштабирующих элементов 18 и 19 соответственно, и сигнал α0 с источника 28 постоянного сигнала. В сумматоре 23 рассчитывается значение коэффициента усиления первой модели в соответствии с выражением:
где , - сглаженные значения натурного регулирующего воздействия UН и натурного выхода YН. Сигнал формируется фильтром 25 низкой частоты; сигнал формируется фильтром 26 низкой частоты; сигнал UМ формируется фильтром 27 низкой частоты.
Сигнал о значении коэффициента с сумматора 23 поступает на блок 31 умножения в составе узла 2 и используется при расчете реакции первой модели на воздействие δUм, а также на сумматоры 37 блоков 5 и 6, где используется для расчетов коэффициентов и усиления второй и третьей моделей.
Постоянная времени инерции Тм модели рассчитывается в сумматоре 24 по выражению:
где b0 - постоянный сигнал с источника 29 сигнала;
b1, b2 - коэффициенты масштабирования масштабирующих элементов 20 и 21;
С получением модельного выхода уточняется коэффициент усиления модели и формируется модельный выход с использованием уточненной оценки коэффициента усиления второй модели.
Для получения уточненного коэффициента усиления сигнал о модельном выходе с блока 10 вычитания сглаживается фильтром 35 блока 5 и поступает через масштабирующий элемент 36, где умножается на постоянный коэффициент C1, на сумматор 37 блока 5, где суммируется с сигналом с сумматора 23.
Сигнал об уточненном значении коэффициента с сумматора 37 блока 5 поступает на блок 31 умножения узла 3.
На блок 33 деления узла 3 поступает сигнал с постоянной времени инерции Тм с сумматора 24.
На блок 31 умножения узла 3 через элемент 30 задержки узла 3 τр поступает также сигнал δUм с блока 30 τ задержки узла 2. Время задержки τр блока 30 τ задержки узла 3 выбирают таким, чтобы к моменту поступления сигнала δUм на блок 31 умножения узла 3 были завершены расчет коэффициента усиления второй модели и его ввод в блок 31 умножения узла 3.
Во второй модели формируется реакция на входное воздействие первой δUм при новом значении коэффициента усиления . Выражение (1) для этого случая принимает вид:
Тм - постоянная времени инерции;
τ0 - время запаздывания первой модели;
τр - время запаздывания второй модели, обеспечивающее задержку δUм на время выполнения расчетов в блоках первой модели.
Сигнал с интегратора 34 узла 3 поступает на блок 12 вычитания, где вычитается из сигнала Yн, поступающего с масштабирующего элемента 8. Так формируется оценка модельного выхода второй модели.
Сигнал используется для уточнения коэффициента усиления третьей модели. Расчет происходит аналогично расчету по выражению:
Далее моделирование происходит аналогично моделированию с использованием первой и второй моделей.
Коэффициент усиления с сумматора 37 блока 6 поступает на блок 31 умножения узла 4, а сигнал о постоянной времени инерции Тм с сумматора 24 - на блок 33 деления узла 4.
На блок 31 умножения узла 4 поступает также через элемент 30 задержки узла 4 сигнал δUм с элемента 30 задержки узла 3. Время задержки τр элемента 30 задержки узла 4 выбирают равным времени Тр задержки элемента 30 задержки узла 3. За счет этого обеспечивается одновременное поступление сигналов δUм и на блок 31 умножения узла 4.
В третьей модели формируется реакция на входное воздействие δUм при новом значении коэффициента усиления . Выражение (1) для этого случая принимает вид:
Остальные обозначения в (3) те же, что в (1) и (2).
Сигнал с интегратора 34 узла 4 поступает на блок 13 вычитания, где вычитается из сигнала Yн с масштабирующего элемента 8. Полученный результирующий сигнал разности является оценкой модельного выхода третьей модели.
Сигнал с блока 13 вычитания через масштабирующий элемент 9, предназначенный для согласования входного сигнала регулятора с выходным сигналом блока 13 вычитания, поступает на автоматический регулятор 14 и моделирование продолжается по описанной выше схеме, пока не будет достигнута цель моделирования.
Число моделей и соответствующих блоков настройки коэффициентов усиления определяется требуемой точностью моделирования и максимальным вероятным диапазоном отличий модельных регулирующих воздействий Uм от натурных Uн. При большем числе моделей, чем это показано на чертеже, устройство для моделирования системы управления выполняется и работает аналогичным образом.
Модельный выход является результирующим выхода блока моделей устройства и показывает, что было бы на объекте управления, если бы взамен натурных регулирующих воздействий были реализованы регулирующие воздействия Up испытываемого и настраиваемого автоматического регулятора.
В общем случае формирование модельного выхода любой j-й модели в составе устройства может быть описано выражением:
Uн, Uм - преобразованные натурные и модельные регулирующие воздействия;
Yн - преобразованное значение натурного выхода;
Тм - постоянная времени инерции моделей;
τ0, τр - время запаздывания моделей (для первой модели при j=1 произведение из выражения (1) равно нулю);
b0, b1, b2 - коэффициенты для расчета Тм;
Применение предлагаемого устройства для моделирования системы управления позволяет за счет более высокой точности результатов моделирования получать в ходе испытаний практически отлаженные управляющие системы, пригодные к работе в широком диапазоне изменения входов и выходов объекта управления и не требующие подстройки на натурном объекте.
Claims (1)
- Устройство для моделирования системы управления, содержащее блок моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции, первый узел моделирования параметров объекта управления, первый, второй и третий масштабирующие элементы, первый и второй блоки вычитания, преобразователь угла поворота вала в напряжение, регулятор, усилитель и исполнительный механизм, блок моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции содержит первый и второй фильтры низкой частоты, первый, второй, третий и четвертый масштабирующие элементы, первый и второй источники постоянного сигнала, первый и второй сумматоры, причем первые входы первого и второго сумматоров блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции подключены к выходам первого и второго источников постоянного сигнала, второй и третий входы первого сумматора блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции подключены к выходам первого и второго масштабирующих элементов этого же блока соответственно, входы которых соединены с выходами одноименных фильтров низкой частоты блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции, второй и третий входы второго сумматора этого же блока подключены к выходам третьего и четвертого масштабирующих элементов блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции, входы которых соединены с выходами первого и второго фильтров низкой частоты того же блока соответственно, первый узел моделирования параметров объекта управления состоит из элемента задержки, блока умножения, блока вычитания, блока деления и интегратора, вход которого подключен к выходу блока деления, вход делимого которого соединен с выходом блока вычитания, вход вычитаемого которого подключен к выходу интегратора, вход уменьшаемого - к выходу блока умножения, первым входом соединенного с выходом элемента задержки, а вторым - с выходом первого сумматора блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции, выход второго сумматора блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции соединен с входом делителя блока деления первого узла моделирования параметров объекта управления, выход интегратора соединен с входом вычитаемого первого блока вычитания устройства, вход уменьшаемого которого подключен к выходу второго масштабирующего элемента и входу второго фильтра низкой частоты блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции, входы первого и второго масштабирующих элементов являются первым и вторым информационными входами устройства соответственно, выход первого масштабирующего элемента подключен к входу первого фильтра низкой частоты блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции и входу уменьшаемого второго блока вычитания, вход вычитаемого которого подключен к выходу преобразователя угла поворота вала в напряжение, вал которого соединен жесткой механической связью с выходом исполнительного механизма, вход которого подключен к выходу усилителя, вход усилителя соединен с выходом регулятора, вход задания закона регулирования которого является входом задания эталонного сигнала устройства, выход второго блока вычитания подключен к входу элемента задержки первого узла моделирования параметров объекта управления, выход третьего масштабирующего элемента соединен с информационным входом регулятора, также содержащий третий и четвертый блоки вычитания, второй и третий узлы моделирования параметров объекта управления, моделирование происходит аналогично моделированию с использованием первой и второй моделей, первый и второй блоки моделирования изменения коэффициента усиления, каждый из которых содержит фильтр низкой частоты, масштабирующий элемент и сумматор, а блок моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции содержит третий фильтр низкой частоты и пятый масштабирующий элемент, выход которого подключен к четвертому входу первого сумматора блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции, вход пятого масштабирующего элемента соединен с выходом третьего фильтра низкой частоты того же блока, вход которого подключен к выходу преобразователя угла поворота вала в напряжение, первый вход сумматора каждого блока моделирования изменения коэффициента усиления подключен к выходу масштабирующего элемента того же блока, входом соединенного с фильтром низкой частоты своего блока, вторые входы сумматоров первого и второго блоков моделирования изменения коэффициента усиления подключены к выходу первого сумматора блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции, входы фильтров низкой частоты первого и второго блоков моделирования изменения коэффициента усиления подключены к выходам первого и третьего блоков вычитания соответственно, выходы сумматоров первого и второго блоков моделирования изменения коэффициента усиления соединены со вторыми входами блоков умножения второго и третьего узлов моделирования параметров объекта управления соответственно, вход элемента задержки каждого i-го (где i=2, 3) узла моделирования параметров объекта управления подключен к выходу элемента задержки (i-1)-го узла моделирования параметров объекта управления, выходы интеграторов второго и третьего узлов моделирования параметров объекта управления подключены к входам вычитаемого третьего и четвертого блоков вычитания, входы уменьшаемого которых подключены к выходу второго масштабирующего элемента, выход четвертого блока вычитания соединен с входом третьего масштабирующего элемента, входы делителя блоков деления второго и третьего узлов моделирования параметров объекта управления подключены к выходу второго сумматора блока моделирования коэффициента усиления и постоянной времени инерции, а также содержит блок оценки типопредставительной ситуации на объекте и блок прогнозирования типопредставительной ситуации на объекте соединен с выходом первого, а третий - с выходом второго масштабирующих элементов, а четвертый вход является дополнительно введенным входом контролируемых внешних воздействий устройства, выход блока оценки типопредставительной ситуации на объекте соединен с входом блока прогнозирования типопредставительной ситуации на объекте, выход которого подключен к третьему входу регулятора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005112702/09A RU2295151C2 (ru) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | Устройство для моделирования системы управления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005112702/09A RU2295151C2 (ru) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | Устройство для моделирования системы управления |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005112702A RU2005112702A (ru) | 2006-11-10 |
RU2295151C2 true RU2295151C2 (ru) | 2007-03-10 |
Family
ID=37500421
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005112702/09A RU2295151C2 (ru) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | Устройство для моделирования системы управления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2295151C2 (ru) |
-
2005
- 2005-04-26 RU RU2005112702/09A patent/RU2295151C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Мышляев Л.П. Прогнозирование в системах управления. Монография. Новокузнецк, 2002. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005112702A (ru) | 2006-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106292550A (zh) | 具有在线优化控制增益的功能的伺服控制装置 | |
JP2009175917A (ja) | 制御パラメータ調整方法および制御パラメータ調整プログラム | |
RU2295151C2 (ru) | Устройство для моделирования системы управления | |
CN109946966B (zh) | 基于参数不确定量化的磁流体运动控制方法 | |
CN112234815B (zh) | 一种反馈电压斜坡补偿方法及相关装置 | |
JPH10281925A (ja) | 振動試験装置 | |
Goodman et al. | Continuous measurement of characteristics of systems with random inputs: A step toward self-optimizing control | |
RU2230350C2 (ru) | Самонастраивающаяся система автоматического управления нестационарным объектом | |
RU2150728C1 (ru) | Система автоматического управления нестационарным объектом | |
RU93994U1 (ru) | Регулятор для многомерного объекта | |
Müller et al. | Compensation techniques for iterative rig control in multi-axial durability testing | |
RU2010321C1 (ru) | Устройство для моделирования прогноза состояния и отбраковки радиоэлектронной аппаратуры | |
RU2665908C1 (ru) | Адаптивное цифровое сглаживающее устройство | |
Hwang et al. | Computation of weighted moments of discrete-time systems using experimental data | |
JP4155508B2 (ja) | 制御装置の制御パラメータ調整方法 | |
JP2845534B2 (ja) | 2自由度調節装置 | |
JP2756170B2 (ja) | ニューラルネットワーク学習回路 | |
RU2409827C2 (ru) | Устройство прогнозирования технического состояния систем | |
RU2257667C2 (ru) | Цифровой рекурсивный фильтр | |
SU608615A1 (ru) | Устройство дл определени упругих относительных деформаций режущего инструмента и детали | |
JPS61164133A (ja) | 振動試験方法 | |
Dehmani et al. | Model Predictive Control based on the ARX-Laguerre model | |
RU2522899C1 (ru) | Адаптивная система для регулирования и стабилизации физических величин | |
Kallakuri et al. | Modeling the fast orbit feedback control system for APS Upgrade | |
JP2022122018A (ja) | 制御装置の設計方法及び電気慣性制御装置の設計方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070427 |