RU2343524C1 - Adaptive control system - Google Patents

Adaptive control system Download PDF

Info

Publication number
RU2343524C1
RU2343524C1 RU2007142655/09A RU2007142655A RU2343524C1 RU 2343524 C1 RU2343524 C1 RU 2343524C1 RU 2007142655/09 A RU2007142655/09 A RU 2007142655/09A RU 2007142655 A RU2007142655 A RU 2007142655A RU 2343524 C1 RU2343524 C1 RU 2343524C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
amplitude
phase
output
input
generator
Prior art date
Application number
RU2007142655/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владимирович Спицын (RU)
Александр Владимирович Спицын
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Электроспецприбор"
Общество с ограниченной ответственностью "Промавтоматика"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Электроспецприбор", Общество с ограниченной ответственностью "Промавтоматика" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Электроспецприбор"
Priority to RU2007142655/09A priority Critical patent/RU2343524C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2343524C1 publication Critical patent/RU2343524C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics; control.
SUBSTANCE: invention is related to the field of automatics and may be used for control of chemical, power-producing, electromechanical and other objects with alternating or non-stationary parameters. Adaptive control system contains regulator, summator, control object, three amplitude and phase meters, unit of phase frequency self-tuning, generator, computer unit, computer of amplitude-phase characteristic, unit of amplitude self-tuning. Connection of mentioned elements of adaptive system is executed according to application documents.
EFFECT: exclusion of band-stop filter from circuit; expansion of amplitude range of operation; make it possible to operate with low amplitude at the output from control object, expansion of application field.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим самонастраивающимся системам управления, а именно к области адаптивных систем управления с пробным гармоническим сигналом, и предназначено для управления химическими, энергетическими, электромеханическими и другими объектами с переменными или нестационарными параметрами.The invention relates to electrical self-adjusting control systems, and in particular to the field of adaptive control systems with a test harmonic signal, and is intended to control chemical, energy, electromechanical and other objects with variable or non-stationary parameters.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является самонастраивающаяся система управления с гармоническим пробным сигналом (патент РФ №2068196, кл. G05B 13/02), содержащая регулятор, объект управления, выход которого подключен к первому входу измерителя амплитуды и фазы, первый вход которого соединен с первым входом вычислительного блока, выход которого соединен с входом подстройки параметров регулятора, сигнальный вход которого соединен с выходом устройства сравнения, первый вход которого является входом задания системы, сумматор и генератор пробных гармонических колебаний, блок фазовой подстройки, вход которого соединен с вторым выходом измерителя амплитуды и фазы, заграждающий фильтр и блок вычисления коэффициентов заграждающего фильтра, вход которого соединен с выходом блока фазовой подстройки, подключенным к второму входу вычислительного блока и к входу генератора пробных гармонических колебаний, выход которого соединен с вторым входом измерителя амплитуды и фазы и с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу регулятора, а выход к входу объекта управления, выход которого соединен с информационным входом заграждающего фильтра, подключенного выходом к второму входу устройства сравнения, а управляющим входом к выходу блока вычисления коэффициентов заграждающего фильтра.The closest in technical essence to the proposed solution is a self-adjusting control system with a harmonic test signal (RF patent No. 2068196, class G05B 13/02), containing a controller, a control object, the output of which is connected to the first input of the amplitude and phase meter, the first input of which connected to the first input of the computing unit, the output of which is connected to the input of the tuning parameters of the controller, the signal input of which is connected to the output of the comparison device, the first input of which is the input of the system we, the adder and generator of trial harmonic oscillations, a phase adjustment block, the input of which is connected to the second output of the amplitude and phase meter, a blocking filter and a block filter coefficient calculation unit, the input of which is connected to the output of the phase adjustment block, connected to the second input of the computing block and to the input of the generator of trial harmonic oscillations, the output of which is connected to the second input of the amplitude and phase meter and to the first input of the adder, the second input of which is connected to the output of the regulator, and the output to the input of the control object, the output of which is connected to the information input of the blocking filter, connected by the output to the second input of the comparison device, and the control input to the output of the block calculating the coefficients of the blocking filter.

Недостатки известного устройства связаны с тем, что определение настроек регулятора происходит путем поиска одной «характерной» точки амплитудно-фазовой характеристики (АФХ) объекта управления, в частности точки, фаза которой равна -π и последующего использования эмпирического метода Циглера-Никольса расчета параметров ПИД-регулятора. При этом, в известном устройстве практически невозможно оценить качество получаемых в процессе адаптации настроек регулятора, относящихся к работе системы в целом, а именно: оценить наиважнейший показатель функционирования системы управления - запасы устойчивости по амплитуде и фазе. Таким образом, известное устройство не осуществляет непрерывный контроль результатов полученных оптимальных настроек, то есть не контролирует АФХ разомкнутой системы управления на частоте пробных колебаний.The disadvantages of the known device are connected with the fact that the controller settings are determined by searching for one “characteristic” point of the amplitude-phase characteristic (AFC) of the control object, in particular, the point whose phase is -π and then using the empirical Ziegler-Nichols method for calculating PID- regulator. At the same time, in the known device it is practically impossible to assess the quality of the controller settings obtained during adaptation related to the operation of the system as a whole, namely: to evaluate the most important indicator of the functioning of the control system - stability margins in amplitude and phase. Thus, the known device does not continuously monitor the results of the obtained optimal settings, that is, it does not control the AFC of the open-loop control system at the frequency of test oscillations.

При проведении процесса адаптации требуются априорные данные хотя бы о коэффициенте усиления объекта управления. Они необходимы для задания подходящей амплитуды пробных колебаний, подаваемых генератором синусоидальных колебаний на вход объекта управления. Амплитуда пробной гармоники на входе объекта должна быть, с одной стороны, достаточной для выделения пробной гармоники в выходном сигнале объекта на фоне шумов и, с другой стороны, не столь большой, чтобы вывести объект из режима нормального функционирования. Это обстоятельство ограничивает область применения известного устройства.When carrying out the adaptation process, a priori data are required at least about the gain of the control object. They are necessary to set a suitable amplitude of test oscillations supplied by the generator of sinusoidal oscillations to the input of the control object. The amplitude of the test harmonic at the input of the object should be, on the one hand, sufficient to highlight the test harmonic in the output signal of the object against the background of noise and, on the other hand, not so large as to bring the object out of normal operation. This circumstance limits the scope of the known device.

Задачей изобретения является обеспечение и непрерывный контроль заданных запасов устойчивости в системе при оптимальных настройках ПИД-регулятора при одновременном осуществлении безыдентификационного подхода построения адаптивной системы управления, когда при функционировании системы нигде в явном виде не используется математическая модель объекта управления,The objective of the invention is the provision and continuous monitoring of the given stability margins in the system with optimal settings of the PID controller while simultaneously implementing an identityless approach to constructing an adaptive control system when the mathematical model of the control object is not used explicitly anywhere in the system’s functioning,

Техническим результатом является исключение из контура заграждающего фильтра и связанных с его наличием негативных эффектов процесса самонастройки, а также расширение амплитудного диаппазона работы путем организации специального контура стабилизации амплитуды пробной гармоники на выходе объекта управления, позволяющее работать с малой амплитудой на выходе объекта управления, и, как следствие, расширение области применения адаптивной системы.The technical result is the exclusion of the blocking filter from the circuit and the negative effects of the self-tuning process associated with it, as well as the expansion of the amplitude range of operation by organizing a special stabilization circuit for the amplitude of the test harmonic at the output of the control object, which allows working with a small amplitude at the output of the control object, and, how consequence, the expansion of the scope of the adaptive system.

Указанный результат достигается тем, что в адаптивную систему управления, содержащую регулятор, первый вход которого подключен к входу адаптивной системы управления, а выход через последовательно соединенные сумматор, объект управления к первому входу первого измерителя амплитуды и фазы, блок фазовой автоподстройки частоты, выход которого подключен к входу генератора и через вычислительный блок к второму входу регулятора, выход генератора подключен к второму входу сумматора и второму входу первого измерителя амплитуды и фазы, введены второй измеритель амплитуды и фазы, первый и второй входы которого подключены к выходу сумматора и выходу генератора соответственно, вычислитель амплитудно-фазовой характеристики, выход амплитуды которого подключен к второму входу вычислительного блока, а первый и второй входы подключены к первому и второму выходам второго измерителя амплитуды и фазы, выход фазы вычислителя амплитудно-фазовой характеристики подключен к входу блока фазовой автоподстройки частоты, третий измеритель амплитуды и фазы, первый и второй входы которого подключены к выходу регулятора и выходу генератора соответственно, а выходы амплитуды и фазы подключены к третьему и четвертому входам вычислителя амплитудно-фазовой характеристики, блок автоподстройки амплитуды, подключенный между выходом амплитуды первого измерителя амплитуды и фазы и вторым входом генератора, а выход объекта управления подключен к третьему входу регулятора.This result is achieved by the fact that in an adaptive control system containing a regulator, the first input of which is connected to the input of the adaptive control system, and the output is through a series-connected adder, a control object to the first input of the first amplitude and phase meter, a phase-locked loop, the output of which is connected to the input of the generator and through the computing unit to the second input of the regulator, the output of the generator is connected to the second input of the adder and the second input of the first meter of amplitude and phase, introduced the second amplitude and phase meter, the first and second inputs of which are connected to the output of the adder and the output of the generator, respectively, the amplitude-phase characteristic calculator, the amplitude output of which is connected to the second input of the computing unit, and the first and second inputs are connected to the first and second outputs of the second amplitude meter and phase, the phase output of the amplitude-phase characteristic calculator is connected to the input of the phase-locked loop, the third amplitude and phase meter, the first and second inputs of which are connected to the output of the controller and the output of the generator, respectively, and the outputs of the amplitude and phase are connected to the third and fourth inputs of the computer of the amplitude-phase characteristic, the amplitude auto-tuning unit connected between the amplitude output of the first amplitude and phase meter and the second input of the generator, and the output of the control object is connected to the third input of the regulator.

Кроме того, регулятор выполнен на основе цифрового скоростного ПИД-регулятора,In addition, the controller is based on a digital high-speed PID controller,

- первый и второй и третий измерители амплитуды и фазы выполнены на основе фильтров Фурье.- the first and second and third amplitude and phase meters are based on Fourier filters.

Изобретение поясняется с помощью чертежей, где на Фиг.1. показана структурная схема адаптивной системы управления, на Фиг.2. - график работы адаптивной системы управления при самонастройке, на Фиг.3 - график работы адаптивной системы управления при отработке задающих воздействий.The invention is illustrated using the drawings, where in Fig.1. shows a structural diagram of an adaptive control system, Fig.2. - the schedule of the adaptive control system during self-tuning, Fig.3 - schedule of the adaptive control system when practicing master actions.

Адаптивная система управления содержит регулятор 1, первый вход которого подключен к входу адаптивной системы управления, а выход через последовательно соединенные сумматор 2, объект управления 3 - к первому входу первого 4 измерителя амплитуды и фазы, блок 5 фазовой автоподстройки частоты (БФАЧ), выход которого подключен к входу генератора 6 и через вычислительный блок 7 к второму входу регулятора 1, выход генератора подключен к второму входу сумматора 2 и второму входу первого измерителя амплитуды и фазы, второй 8 измеритель амплитуды и фазы, первый и второй входы которого подключены к выходу сумматора и выходу генератора соответственно, вычислитель 9 амплитудно-фазовой характеристики, выход амплитуды которого подключен к второму входу вычислительного блока, а первый и второй входы подключены к первому и второму выходам второго измерителя амплитуды и фазы, выход фазы вычислителя амплитудно-фазовой характеристики подключен к входу блока фазовой автоподстройки частоты, третий 10 измеритель амплитуды и фазы, первый и второй входы которого подключены к выходу регулятора и выходу генератора соответственно, а выходы амплитуды и фазы подключены к третьему и четвертому входам вычислителя амплитудно-фазовой характеристики, блок 11 автоподстройки амплитуды, подключенный между выходом амплитуды первого измерителя амплитуды и фазы и вторым входом генератора. Выход объекта управления подключен к третьему входу регулятора. При этом регулятор выполнен на основе цифрового скоростного ПИД-регулятора, а первый второй и третий измерители амплитуды и фазы выполнены на основе фильтров Фурье.The adaptive control system contains a controller 1, the first input of which is connected to the input of the adaptive control system, and the output is connected through an adder 2 in series, the control object 3 is connected to the first input of the first 4 amplitude and phase meters, phase-locked loop 5 (BFAC), the output of which connected to the input of the generator 6 and through the computing unit 7 to the second input of the controller 1, the output of the generator is connected to the second input of the adder 2 and the second input of the first meter of amplitude and phase, the second 8 meter of amplitude and phase, the first and second inputs of which are connected to the output of the adder and the output of the generator, respectively, the calculator 9 amplitude-phase characteristics, the amplitude output of which is connected to the second input of the computing unit, and the first and second inputs are connected to the first and second outputs of the second amplitude and phase meter, phase output the amplitude-phase characteristic calculator is connected to the input of the phase-locked loop, the third 10 amplitude and phase meter, the first and second inputs of which are connected to the output of the controller and the output to the generator, respectively, and the outputs of the amplitude and phase are connected to the third and fourth inputs of the calculator of the amplitude-phase characteristic, the amplitude automatic adjustment unit 11 connected between the amplitude output of the first amplitude and phase meter and the second input of the generator. The output of the control object is connected to the third input of the controller. In this case, the controller is based on a digital high-speed PID controller, and the first second and third amplitude and phase meters are based on Fourier filters.

Для большинства промышленных объектов управления вектор АФХ разомкнутой оптимально настроенной системы занимает положение Wp.c (jω)=0.8·е-j·2.62 на частоте, соответствующей периоду Трез=mTи, где при отсутствии каких-либо априорных сведений о динамике объекта расчетную величину m целесообразно выбирать m≈3.5 [1].For most industrial control objects, the AFC vector of an open optimally tuned system occupies the position W pc (jω) = 0.8 · е -j · 2.62 at a frequency corresponding to the period Т rez = mT and where, in the absence of any a priori information about the object’s dynamics, the calculated value m it is advisable to choose m≈3.5 [1].

Поэтому контур адаптации предлагаемой адаптивной системы осуществляет контроль и стабилизацию вектора амплитудно-фазовой характеристики (АФХ) разомкнутой системы управления в заданном положении Wр.c.(jω)=0.8·е-j·2.62, в отличие от прототипа, без использования заграждающего фильтра в структуре основного контура регулирования. Для оценки вектора АФХ разомкнутой системы добавлена новая точка отбора сигнала: выход ПИД-регулятора Up. Данный сигнал анализирует третий измеритель амплитуды и фазы (третий фильтр Фурье).Therefore, the adaptation circuit of the proposed adaptive system monitors and stabilizes the vector of the amplitude-phase characteristic (AFC) of the open-loop control system in a given position W r.c. (jω) = 0.8 · е -j · 2.62 , unlike the prototype, without the use of a blocking filter in the structure of the main control loop. To evaluate the open-loop phase response vector, a new signal sampling point has been added: PID controller output U p . This signal analyzes the third amplitude and phase meter (third Fourier filter).

Адаптивная система управления работает следующим образом.Adaptive control system operates as follows.

На вход объекта управления поступает сумма управляющего и пробного гармонического, формируемого генератором, сигналов Up(t)+Uг(t). Особенность работы системы в необходимости установки предварительных настроек ПИД-регулятора, в противном случае невозможна оценка вектора АФХ-системы. Второй вычислитель амплитуды и фазы (второй фильтр Фурье) осуществляет оценку установившихся значений амплитуды Rвх и фазы ϕвх пробных колебаний на входе объекта управления U(t). Третий фильтр Фурье оценивает Rp и ϕр в выходном сигнале Up(t) регулятора. Затем вычислитель АФХ определяет вектор комплексной характеристики разомкнутого контура управления Rc, ϕс на частоте тестового сигнала ω. Использование двух фильтров Фурье необходимо для оценки вектора АФХ в замкнутом контуре.The input of the control object receives the sum of the control and trial harmonic, generated by the generator, signals U p (t) + U g (t). The peculiarity of the system’s operation is the need to set up the PID controller’s preliminary settings; otherwise, it is impossible to evaluate the vector of the AFX system. The second amplitude and phase calculator (second Fourier filter) evaluates the steady-state values of the amplitude R I and phase ϕ I of test oscillations at the input of the control object U (t). The third Fourier filter estimates R p and ϕ p in the output signal U p (t) of the controller. Then, the AFC calculator determines the vector of the complex characteristic of the open control loop R c , ϕ c at the frequency of the test signal ω. The use of two Fourier filters is necessary for estimating the AFX vector in a closed loop.

Поиск и отслеживание частоты, на которой фазовый сдвиг системы ϕс равен ϕз=-2.62 рад осуществляется блоком фазовой автоподстройки частоты (БФАЧ). Вычислительный блок производит расчет настроек ПИД-регулятора kp, Ти, Тд при достижении фазой ϕс с определенной точностью значения ϕз=-2.62 рад по формулам:Search and tracking of the frequency at which the phase shift of the system ϕ s is equal to ϕ s = -2.62 rad is carried out by the phase locked loop (BFAC). The calculation unit calculates the PID settings k p, T u, T d when the phase φ with a certain accuracy value of φ = -2.62 rad by the formulas:

Figure 00000001
;
Figure 00000002
;
Figure 00000003
,
Figure 00000001
;
Figure 00000002
;
Figure 00000003
,

где j - номер текущего периода перестройки регулятора,where j is the number of the current period of adjustment of the controller,

Figure 00000004
- значение амплитуды вектора АФХ системы, в котором его надо стабилизировать,
Figure 00000004
- the value of the amplitude of the vector of the AFC of the system in which it must be stabilized,

Ти и Тд - параметры настройки адаптивной системы управления, нормированные по периоду квантования Tq,T and and T d - the settings of the adaptive control system, normalized by the quantization period T q ,

Nj=2π/(ωTq) - нормированный период пробных колебаний,N j = 2π / (ωT q ) is the normalized period of trial oscillations,

m - выбирается в районе 3,5.m - is selected in the region of 3.5.

Таким образом, параметры настройки регулятора зависят от своих предыдущих значений.Thus, the controller settings depend on their previous values.

Третий 10 фильтр Фурье оценивает значения амплитуды Rp и фазы ϕр гармоники с частотой пробных колебаний ω на выходе регулятора.The third 10 Fourier filter estimates the values of the amplitude R p and phase ϕ p of the harmonic with the frequency of test oscillations ω at the output of the regulator.

Если обозначить выходной сигнал регулятора V=Up, а выходной сигнал генератора χ=Uг, тогда оператор выхода регулятора относительно генератора определяется следующим выражением:If we denote the controller output signal V = U p , and the generator output signal χ = U g , then the controller output operator relative to the generator is determined by the following expression:

Figure 00000005
.
Figure 00000005
.

Зависимость фазы от частоты пробной синусоиды ω на выходе регулятора имеет вид:The dependence of the phase on the frequency of the test sinusoid ω at the output of the regulator has the form:

φp(ω)=arg{Фχv(jω)}=arg{-Wпид(jω)Woy(jω)}-arg{1+Wпид(jω)Woy(jω)}.φ p (ω) = arg {Ф χv (jω)} = arg {-W pid (jω) W oy (jω)} - arg {1 + W pid (jω) W oy (jω)}.

Следующая разность:The following difference:

φp(ω)-φвх(ω)=arg{-Wпид(jω)Woy(jω)}=arg{Wпид(jω)Woy(jω)}-π, откуда φc(ω)=arg{Wпид(jω)Woy(jω)}=φр(ω)-φвх(ω)+π.φ p (ω) -φ in (ω) = arg {-W pid (jω) W oy (jω)} = arg {W pid (jω) W oy (jω)} - π, whence φ c (ω) = arg {W pid (jω) W oy (jω)} = φ p (ω) -φ in (ω) + π.

Следовательно, вычислитель 9 амплитудно-фазовой характеристики для получения на j-м цикле самонастройки несмещенной оценки фазы вектора АФХ разомкнутой системы должен использовать следующий алгоритм работы:Therefore, the computer 9 amplitude-phase characteristics to obtain on the j-th cycle of self-tuning an unbiased estimate of the phase of the AFC vector of an open system should use the following algorithm:

Figure 00000006
.
Figure 00000006
.

В адаптивный регулятор, кроме основных блоков, входит также контур стабилизации амплитуды пробных колебания. Он состоит из первого фильтра Фурье и блока автоподстройки амплитуды (БАА). Такой контур необходим, так как при управлении технологическим процессом с переменными параметрами его коэффициент усиления может меняться в широких пределах, при этом желательно, чтобы уровень пробной гармоники на выходе объекта не превышал наперед заданной величины

Figure 00000007
диапазона изменения выходной переменной. БАА по текущей оценке амплитуды Rвых(j) на j-м цикле адаптации изменяет амплитуду пробной синусоиды генератора:In addition to the main blocks, the adaptive controller also includes a stabilization circuit for the amplitude of the test oscillations. It consists of the first Fourier filter and the amplitude auto-tuning block (BAA). Such a circuit is necessary, since when controlling a technological process with variable parameters, its gain can vary within wide limits, while it is desirable that the level of test harmonic at the output of the object does not exceed a predetermined value
Figure 00000007
range of variation of the output variable. BAA according to the current estimate of the amplitude R o (j) on the j-th adaptation cycle changes the amplitude of the probe sine wave of the generator:

Figure 00000008
.
Figure 00000008
.

Работа блоков, входящих в структуру системы управления может быть описана следующим образом.The work of the blocks included in the structure of the control system can be described as follows.

Генератор 6 пробных гармонических колебаний формирует пробный сигнал:The generator 6 trial harmonic oscillations generates a test signal:

Uг[k]=Rг sin(δ[k]),U g [k] = R g sin (δ [k]),

где k - текущий номер периода квантования;where k is the current number of the quantization period;

Rг - заданное значение амплитуды тестовой гармоники;R g - the specified value of the amplitude of the test harmonic;

δ[k] - дискретное время генератора пробных колебаний, зависящее от текущей величины нормируемого периода колебаний Nj и определяющееся соотношением: δ[k]=δ[k]+2π/Nj, при этом, если δ[k]≥2π, то δ[k]=δ[k]-2π.δ [k] is the discrete time of the trial oscillation generator, depending on the current value of the normalized oscillation period N j and determined by the relation: δ [k] = δ [k] + 2π / N j , moreover, if δ [k] ≥2π, then δ [k] = δ [k] -2π.

Nj - нормированный период, который связан с частотой пробных колебаний соотношением:N j is the normalized period, which is associated with the frequency of test oscillations by the ratio:

ω=2π/(NjTq),ω = 2π / (N j T q ),

где Tq - период квантования.where T q is the quantization period.

Измерители амплитуды и фазы представляют собой дискретные фильтры Фурье, которые по m-периодов пробных колебаний определяют на j-м цикле адаптации оценки амплитуды R(j) и фазы φ(j) гармонической составляющей в сигнале S[k] согласно формулам:Amplitude and phase meters are discrete Fourier filters, which determine the amplitude of R (j) and phase φ (j) of the harmonic component in the signal S [k] according to the formulas from the m-periods of trial oscillations on the jth adaptation cycle:

Figure 00000009
Figure 00000010
Figure 00000009
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

где Rs(j), Rc(j) - синусная и косинусная составляющие сигнала Y[k];where R s (j), R c (j) is the sine and cosine components of the signal Y [k];

m - число анализируемых периодов колебаний, варьируя которое можно достичь повышения помехоустойчивости контура адаптации в зависимости от «зашумленности» Y[k].m is the number of analyzed oscillation periods, varying which can be achieved to increase the noise immunity of the adaptation circuit, depending on the "noise" Y [k].

В качестве анализируемого сигнала S[k] для первого фильтра Фурье (блок 4) выступает выходной сигнал выхода объекта управления Y[k] (S[k]=Y[k]). При работе адаптивной системы управления в реальном времени текущие значения сигнала с выхода объекта управления Y[k] получают путем аналого-цифрового преобразования. Для второго фильтра Фурье (блок 8) анализируемым сигналом является вход объекта управления U[k] (S[k]=U[k]). Для третьего фильтра Фурье (блок 10) - Up[k] (S[k]=Up[k]).The output signal of the control object Y [k] (S [k] = Y [k]) acts as the analyzed signal S [k] for the first Fourier filter (block 4). When the adaptive control system operates in real time, the current signal values from the output of the control object Y [k] are obtained by analog-to-digital conversion. For the second Fourier filter (block 8), the analyzed signal is the input of the control object U [k] (S [k] = U [k]). For the third Fourier filter (block 10) - U p [k] (S [k] = U p [k]).

Длительность анализируемой на j-м цикле последовательности, в течение которой не меняется частота генератора, равна mNjTq.The duration of the sequence analyzed on the jth cycle, during which the generator frequency does not change, is mN j T q .

Блок 5 фазовой подстройки работает, в простейшем случае, по интегральному закону управления, так как скачки по пробной частоте нежелательны. Он, путем изменения частоты колебаний ω генератора, отслеживает фазовый сдвиг между гармоникой пробной частоты на входе объекта управления и гармоникой той же частоты на выходе регулятора на уровне φз=-2,62 рад. Блок фазовой подстройки частоты реализует следующую функцию:Block 5 phase adjustment works, in the simplest case, according to the integral control law, since jumps in the test frequency are undesirable. It is, by changing the frequency of the oscillator ω monitors the phase shift between the harmonic test frequencies at the input level of the control object and the same harmonic frequencies, the controller output of φ = -2.62 rad. The frequency phase adjustment block implements the following function:

Nj+1=Nj{βφ(j)/φз-(β-1)},N j + 1 = N j {βφ (j) / φ s - (β-1)},

где β выбирается в диапазоне 0,5÷1,5, обеспечивающем устойчивую работу контура адаптации для объектов с различными величинами запаздывания.where β is selected in the range of 0.5 ÷ 1.5, which ensures stable operation of the adaptation circuit for objects with different values of delay.

Регулятор 1 реализует алгоритм цифрового скоростного ПИД-регулятора с фильтрацией Д составляющей. Он получается путем дискретизации соответствующего непрерывного ПИД-регулятора, и закон управления выглядит следующим образом:Controller 1 implements the digital high-speed PID controller algorithm with filtering the D component. It is obtained by discretizing the corresponding continuous PID controller, and the control law is as follows:

Figure 00000012
Figure 00000012

где kp - коэффициент передачи регулятора, Ти - постоянная времени изодрома регулятора, Т - постоянная времени дифференцирования регулятора.where k p is the transfer coefficient of the controller, T and is the time constant of the controller isodrome, T is the time constant of the differentiation of the controller.

На вход объекта управления 3 подается сумма сигналов с выхода регулятора Up(t) и пробное гармоническое воздействие Uг(t) с генератора пробных гармонических колебаний, частота которого может изменяться.The input of the control object 3 is the sum of the signals from the output of the regulator U p (t) and the trial harmonic effect U g (t) from the generator of trial harmonic oscillations, the frequency of which can vary.

Работа адаптивной системы управления исследовалась на компьютерной модели. На Фиг.2 приведен график самонастройки адаптивного ПИ-регулятора (при отключенной Д-составляющей, Тд=0) со стабилизацией вектора АФХ разомкнутой системы при управлении объектом. На графике: N - нормированный период пробных колебаний; Rг - амплитуда пробного сигнала; Kp, Ти, Тд - настройки ПИД-регулятора; k - коэффициент передачи объекта управления; Т1 - первая постоянная времени объекта; Rвых - амплитуда колебаний на выходе объекта; Ph - фаза вектора АФХ объекта.The work of the adaptive control system was investigated on a computer model. Figure 2 shows a graph of self-tuning of an adaptive PI controller (with the D component turned off, Td = 0) with stabilization of the open-loop phase characteristic vector when controlling the object. On the graph: N - normalized period of trial oscillations; R g - the amplitude of the test signal; Kp, Ti, TD - PID controller settings; k is the transmission coefficient of the control object; T1 is the first time constant of the object; R o - the amplitude of the oscillations at the output of the object; Ph is the phase of the AFC vector of the object.

Были установлены следующие начальные параметры ПИ-регулятора: kp=0.8, Ти=3200с. Эти параметры далеки от своих оптимальных значений, определенных в результате самонастройки и представленных в правом верхнем углу графика: kp=1.5, Tи=297.14 c. На графике представлены также: Rs и PHs - соответственно амплитуда и фаза вектора АФХ разомкнутой системы управления на частоте пробных колебаний. Период квантования в системе Tq=20 c.The following initial parameters of the PI controller were established: k p = 0.8, T and = 3200 s. These parameters are far from their optimal values determined as a result of self-tuning and presented in the upper right corner of the graph: k p = 1.5, T and = 297.14 s. The graph also shows: Rs and PHs - respectively, the amplitude and phase of the vector of the AFC of the open-loop control system at the frequency of test oscillations. The quantization period in the system is T q = 20 s.

На Фиг.3 показан график отработки адаптивным регулятором задания. При этом контур самонастройки продолжал работу, что является неотъемлемым условием при управлении объектами с переменными параметрами.Figure 3 shows a graph of the development of the adaptive task controller. At the same time, the self-tuning loop continued to work, which is an integral condition for managing objects with variable parameters.

График выявляет особенности работы адаптивного регулятора со стабилизацией вектора АФХ разомкнутой системы: при больших скачках задающего воздействия происходит также бросок оценок вектора АФХ, после чего для восстановления истинных значений амплитуды и фаза требуется несколько периодов пробных колебаний. Это связано с тем, что при подобном построении алгоритма адаптации частота пробных колебаний близка к частоте резонанса системы, с которой и протекают переходные процессы в системе. Данный факт несколько снижает быстродействие контура самонастройки, однако в целом графики показывают качественную динамику основного контура системы управления.The graph reveals the features of the adaptive controller with stabilization of the open-loop phase characteristic vector: at large jumps of the driving influence, the estimates of the vector of the phase characteristic curve are also thrown, after which several periods of test oscillations are required to restore the true values of the amplitude and phase. This is due to the fact that with a similar construction of the adaptation algorithm, the frequency of test oscillations is close to the resonance frequency of the system, with which transients in the system proceed. This fact slightly reduces the speed of the self-tuning loop, however, in general, the graphs show the qualitative dynamics of the main loop of the control system.

Представленные графики подтверждают работоспособность адаптивной системы управления при управлении объектами с переменными параметрами, даже в условиях наиболее сложных параметрических возмущений в виде скачков.The presented graphs confirm the operability of the adaptive control system when controlling objects with variable parameters, even under the most complex parametric disturbances in the form of jumps.

Таким образом, предлагаемая адаптивная система управления обеспечивает непрерывный контроль заданных запасов устойчивости в системе при оптимальных настройках ПИД-регулятора при одновременном осуществлении безыдентификационного подхода построения адаптивной системы управления, т.е. при функционировании системы нигде в явном виде не используется математическая модель объекта управления. В предлагаемой адаптивной системе управления из контура исключен заграждающий фильтр и связанные с его наличием негативные эффекты процесса самонастройки, а сама адаптивная система управления имеет более широкий амплитудный диапазона работы по сравнению с прототипом, что позволяет работать с малой амплитудой на входе объекта управления и, как следствие, расширить область применения адаптивной системы управления.Thus, the proposed adaptive control system provides continuous monitoring of the specified stability margins in the system at the optimal settings of the PID controller while simultaneously implementing an identityless approach to constructing an adaptive control system, i.e. when the system operates, the mathematical model of the control object is not used explicitly anywhere. In the proposed adaptive control system, a blocking filter and the negative effects of the self-adjustment process associated with its presence are excluded from the circuit, and the adaptive control system has a wider amplitude range of operation compared to the prototype, which allows working with a small amplitude at the input of the control object and, as a result , expand the scope of the adaptive control system.

ЛитератураLiterature

1. Ротач В.Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования, М.: Энергия, 1973, 440 с.1. Rotach V.Ya. Calculation of the dynamics of industrial automatic control systems, M .: Energy, 1973, 440 p.

Claims (3)

1. Адаптивная система управления, включающая регулятор, первый вход которого подключен к входу адаптивной системы управления, а выход через последовательно соединенные сумматор, объект управления к первому входу первого измерителя амплитуды и фазы, блок фазовой автоподстройки частоты, выход которого подключен к входу генератора и через вычислительный блок к второму входу регулятора, выход генератора подключен к второму входу сумматора и второму входу первого измерителя амплитуды и фазы, отличающаяся тем, что в нее введены второй измеритель амплитуды и фазы, первый и второй входы которого подключены к выходу сумматора и выходу генератора соответственно, вычислитель амплитудно-фазовой характеристики, выход амплитуды которого подключен к второму входу вычислительного блока, а первый и второй входы подключены к первому и второму выходам второго измерителя амплитуды и фазы, выход фазы вычислителя амплитудно-фазовой характеристики подключен к входу блока фазовой автоподстройки частоты, третий измеритель амплитуды и фазы, первый и второй входы которого подключены к выходу регулятора и выходу генератора соответственно, а выходы амплитуды и фазы подключены к третьему и четвертому входам вычислителя амплитудно-фазовой характеристики, блок автоподстройки амплитуды, подключенный между выходом амплитуды первого измерителя амплитуды и фазы и вторым входом генератора, а выход объекта управления подключен к третьему входу регулятора.1. Adaptive control system, including a controller, the first input of which is connected to the input of the adaptive control system, and the output through a series-connected adder, a control object to the first input of the first amplitude and phase meter, a phase-locked loop, the output of which is connected to the generator input and through computing unit to the second input of the regulator, the output of the generator is connected to the second input of the adder and the second input of the first meter of amplitude and phase, characterized in that the second measurement amplitude and phase amplifier, the first and second inputs of which are connected to the output of the adder and the output of the generator, respectively, the amplitude-phase characteristic computer, the amplitude output of which is connected to the second input of the computing unit, and the first and second inputs are connected to the first and second outputs of the second amplitude meter and phase, the phase output of the amplitude-phase characteristic calculator is connected to the input of the phase-locked loop, the third amplitude and phase meter, the first and second inputs of which are connected to the output the regulator and the generator output, respectively, and the amplitude and phase outputs are connected to the third and fourth inputs of the amplitude-phase characteristic calculator, the amplitude auto-tuning unit connected between the amplitude output of the first amplitude and phase meter and the second generator input, and the output of the control object is connected to the third input regulator. 2. Адаптивная система управления по п.1, отличающаяся тем, что регулятор выполнен на основе цифрового скоростного ПИД-регулятора.2. The adaptive control system according to claim 1, characterized in that the controller is based on a digital high-speed PID controller. 3. Адаптивная система управления по п.1 отличающаяся тем, что первый, второй и третий измерители амплитуды и фазы выполнены на основе фильтров Фурье. 3. The adaptive control system according to claim 1, characterized in that the first, second, and third amplitude and phase meters are based on Fourier filters.
RU2007142655/09A 2007-11-20 2007-11-20 Adaptive control system RU2343524C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007142655/09A RU2343524C1 (en) 2007-11-20 2007-11-20 Adaptive control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007142655/09A RU2343524C1 (en) 2007-11-20 2007-11-20 Adaptive control system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2343524C1 true RU2343524C1 (en) 2009-01-10

Family

ID=40374327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007142655/09A RU2343524C1 (en) 2007-11-20 2007-11-20 Adaptive control system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2343524C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2461037C1 (en) * 2011-06-14 2012-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Электроспецприбор" Adaptive control system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2461037C1 (en) * 2011-06-14 2012-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Электроспецприбор" Adaptive control system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gyöngy et al. On the automatic tuning and adaptation of PID controllers
CN107924162B (en) Optimal control device, optimal control method, recording medium, and optimal control system
US10734933B2 (en) Motor control apparatus
Sánchez et al. Identification of process transfer function parameters in event-based PI control loops
Tomar et al. Amplitude and frequency estimation of exponentially decaying sinusoids
Monje et al. Auto-tuning of fractional lead-lag compensators
RU2368934C2 (en) Adaptive control system
Katebi Robust multivariable tuning methods
RU2343524C1 (en) Adaptive control system
Goubej Kalman filter based observer design for real-time frequency identification in motion control systems
Yilmaz et al. Exponential extremum seeking with unbiased convergence
RU2339988C1 (en) Adaptive control system
Chen et al. On comparison between smith predictor and predictor observer based adrcs for nonlinear uncertain systems with output delay
Alrawashdeh et al. Adaptive Kalman filter for voltage sag detection in power system
RU2068196C1 (en) Self-tuning control system
Yang et al. An improved frequency tracking strategy in ultrasonic transducer
RU2419122C2 (en) Self-tuning pid controller
Al Janaideh et al. Adaptive control of uncertain Hammerstein systems with hysteretic nonlinearities
Shah et al. Performance analysis of IMC based PID controller tuning on approximated process model
Crowe et al. A new nonparametric identification procedure for online controller tuning
Nia et al. Robust MPC design using orthonormal basis function for the processes with ARMAX model
Mizutani et al. A direct design from input/output data of the youla parameter for compensating plant perturbation on GIMC structure
Wang et al. Adaptive Kalman filter for harmonic detection in active power filter application
RU2612340C1 (en) Adaptive control system
Oh et al. Sine-Sweep Input Generation With Minimum Energy Restriction for Obtaining a Precise Frequency Response Function in Industrial Servo Systems

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091121