RU2379735C2

RU2379735C2 - Robust control system

Info

Publication number: RU2379735C2
Application number: RU2008106562/09A
Authority: RU
Inventors: Евгений Леонидович Ерёмин (RU); Евгений Леонидович Ерёмин; Наталья Владимировна Кван (RU); Наталья Владимировна Кван; Наталья Петровна Семичевская (RU); Наталья Петровна Семичевская
Original assignee: АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ГОУ ВПО "АмГУ")
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2010-01-20
Also published as: RU2008106562A

Abstract

FIELD: physics; control.

SUBSTANCE: invention relates to automatic control systems and can be used in systems for regulating objects, parametres of which are unknown constants and values varying over time. The system comprises a regulation object, a unit for setting coefficients, first and second adder units, series-connected first and second multipliers, series-connected unit for finding modulus, non-linear steady conversion unit, third multiplier, where outputs of the control object are connected to corresponding inputs of the unit for setting coefficients; signals from outputs of the unit for setting coefficients enter corresponding inputs of the first adder unit, outputs of the first adder unit are connected to the first and second inputs of the first multiplier, to one input of the second multiplier, second adder unit, and the output of the first adder unit is connected to the input of the unit for finding modulus, the output of the multiplier unit is connected to one input of the second adder unit, with an additional dynamic correction unit also included for correcting difference in orders of the denominator and numerator of the transfer function of the control object.

EFFECT: widening of functional capabilities of the control system.

2 dwg

Description

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано в системах регулирования объектами с запаздыванием по состоянию, причем параметры объекта - неизвестные постоянные или меняющиеся во времени величины с неполным измерением пространства состояния объекта управления. Такими системами являются, например, системы автоматического управления летательными аппаратами, ядерными реакторами, гидромелиоративными сооружениями и т.д.The invention relates to automatic control systems and can be used in control systems for objects with a delay in state, moreover, the parameters of the object are unknown constant or time-varying quantities with an incomplete measurement of the state space of the control object. Such systems are, for example, automatic control systems for aircraft, nuclear reactors, irrigation and drainage facilities, etc.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является робастная система управления /1, Патент RU №2222040, кл. G05В 13/02, 2002/, содержащая объект регулирования, блок задания коэффициентов, первый и второй блок суммирования, последовательно соединенные первый умножитель и второй умножитель, также последовательно соединенные блок нахождения модуля, блок нелинейного степенного преобразования и третий умножитель. Выходы объекта управления соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, сигналы с выходов блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого блока суммирования, выход первого блока суммирования подключен к первому и второму входам первого умножителя, к одному из входов второго умножителя, второго блока суммирования, блока нелинейного степенного преобразования. А также выход первого блока суммирования подается на вход блока нахождения модуля, последовательно соединенного с блоком нелинейного степенного преобразования и блоком третьего умножителя. Выход с блока третьего умножителя подается на один из входов второго блока суммирования, сигнал с которого подключен к входу объекта регулирования.The closest technical solution to the proposed is a robust control system / 1, Patent RU No. 2222040, class. G05B 13/02, 2002 / comprising a control object, a coefficient setting unit, a first and second summing unit, a first multiplier and a second multiplier connected in series, also a module finding unit, a non-linear power conversion unit and a third multiplier connected in series. The outputs of the control object are connected to the corresponding inputs of the coefficient setting block, the signals from the outputs of the coefficient setting block are supplied to the corresponding inputs of the first summing block, the output of the first summing block is connected to the first and second inputs of the first multiplier, to one of the inputs of the second multiplier, the second summing block, block nonlinear power conversion. And also the output of the first summing block is fed to the input of the module finding block, connected in series with the nonlinear power conversion block and the third multiplier block. The output from the third multiplier block is fed to one of the inputs of the second summing block, the signal from which is connected to the input of the control object.

Недостатком этой системы является неспособность функционировать для объектов с разницей порядков знаменателя и числителя передаточной функции более чем на единицу.The disadvantage of this system is the inability to function for objects with a difference of orders of the denominator and numerator of the transfer function by more than one.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей системы управления.The objective of the invention is to expand the functionality of the control system.

Поставленная задача достигается тем, что в робастную систему, содержащую объект регулирования, блок задания коэффициентов, первый и второй блок суммирования, последовательно соединенные первый умножитель и второй умножитель, последовательно соединенные блок нахождения модуля, блок нелинейного степенного преобразования, третий умножитель, вводится блок динамического корректора. Выходы объекта управления соединены с соответствующими входами блока задания коэффициентов, сигналы с выходов блока задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого блока суммирования, выход первого блока суммирования подключен к первому и второму входам первого умножителя, к одному из входов второго умножителя, второго блока суммирования, блока нелинейного степенного преобразования, а также выход первого блока суммирования подается на вход блока нахождения модуля, последовательно соединенного с блоком нелинейного степенного преобразования и блоком третьего умножителя, выход с блока третьего умножителя подается на один из входов второго блока суммирования, сигнал с которого подается на вход дополнительно введенного динамического корректора, а выход динамического корректора попадает на объект управления.The problem is achieved in that in a robust system containing a control object, a coefficient setting unit, a first and second summing unit, a first multiplier and a second multiplier connected in series, a module finding unit, a nonlinear power conversion unit, a third multiplier, a dynamic corrector block is introduced . The outputs of the control object are connected to the corresponding inputs of the coefficient setting block, the signals from the outputs of the coefficient setting block are supplied to the corresponding inputs of the first summing block, the output of the first summing block is connected to the first and second inputs of the first multiplier, to one of the inputs of the second multiplier, the second summing block, block nonlinear power conversion, as well as the output of the first summing unit is fed to the input of the unit finding module, connected in series with the nonlinear power conversion and the block of the third multiplier, the output from the block of the third multiplier is fed to one of the inputs of the second summing block, the signal from which is fed to the input of an additionally introduced dynamic corrector, and the output of the dynamic corrector is sent to the control object.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемой системы; на фиг.2 - блока-схема динамического корректора.Figure 1 presents a block diagram of the proposed system; figure 2 is a block diagram of a dynamic corrector.

Система содержит объект регулирования 1, первый блок задания коэффициентов 2, первый блок суммирования 3, первый умножитель 4, второй умножитель 5, второй блок суммирования 6, блок нахождения модуля 7, блок нелинейного степенного преобразования 8, третий умножитель 9 и блок динамического корректора 10. При этом динамический корректор состоит из последовательно соединенных k-1 одинаковых звеньев 10₁, 10₂,…,10_k-1, каждое из которых содержит первый сумматор звена 11_i, интегратор 12_i, второй сумматор звена 13_i при i=1, 2,…,k-1.The system contains a control object 1, a first unit for setting coefficients 2, a first summing unit 3, a first multiplier 4, a second multiplier 5, a second summing unit 6, a unit 7 for finding a module, a nonlinear power conversion unit 8, a third multiplier 9, and a dynamic corrector 10. The dynamic corrector consists of k-1 identical links 10 ₁ , 10 ₂ , ..., 10 _k-1 , each of which contains the first adder of link 11 _i , the integrator 12 _i , the second adder of link 13 _i at i = 1, 2, ..., k-1.

Сигналы у₁,…,у_m - выходы объекта регулирования, U - скалярное управляющее воздействие, удовлетворяющее уравнениюThe signals y ₁ , ..., y _m are the outputs of the control object, U is the scalar control action satisfying the equation

,

где γ₁>0, γ₂>0, γ₃>0, 0≤q≤1 - постоянные; g^T - числовой вектор; у - m-мерный вектор выходных координат объекта.where γ ₁ > 0, γ ₂ > 0, γ ₃ > 0, 0≤q≤1 - constants; g ^T is a numerical vector; y is the m-dimensional vector of the output coordinates of the object.

Система функционирует следующим образом.The system operates as follows.

Сигналы у₁, …, у_m с выходов объекта регулирования 1 поступают на соответствующие входы блока 2 задания коэффициентов, который представляет собой блок умножителей. В блоке 2 задания коэффициентов происходит умножение сигнала с i-го выхода объекта управления на постоянный коэффициент g_i. Сигналы с выходов блока 2 задания коэффициентов поступают на соответствующие входы первого блока суммирования 3, где складываются. Сигналы g^Tу с выхода первого блока суммирования 3 поступают на оба входа первого умножителя 4, на второй вход второго умножителя 5, на вход блока нахождения модуля 7. В первом умножителе 4 происходит умножение сигнала с выхода первого блока суммирования 3 на этот же сигнал. Сигнал g^Tу поступает на второй вход второго умножителя 5, где происходит умножение его на сигнал (g^Tу)². Полученный сигнал (g^Tу)³ поступает с выхода второго умножителя 5 на первый вход второго блока суммирования 6, на второй вход которого поступает сигнал g^Tу выхода первого блока суммирования 3. Сигнал g^Tу с выхода первого блока суммирования 3 поступает на вход блока нахождения модуля 7, с выхода которого сигнал

поступает на вход блока нелинейного степенного преобразования 8. Сигнал

с выхода блока нелинейного степенного преобразования 8 поступает на первый вход третьего умножителя 9, где происходит его умножение на сигнал g^Tу, поступающий на второй вход третьего умножителя 9 с выхода первого блока суммирования 3. Во втором блоке суммирования 6 происходит сложение сигналов, полученных с выхода второго умножителя 5, выхода первого блока суммирования 3 и выхода третьего умножителя 9 с нужными коэффициентами. Сигнал

с выхода второго блока суммирования 6 поступает на вход динамического корректора 10, состоящего из одинаковых, последовательно соединенных k-1 динамических звеньев 10₁, 10₂,…,10_k-1 (k - разность порядков знаменателя и числителя передаточной функции объекта управления), каждое из которых имеет передаточную функциюThe signals y ₁ , ..., y _m from the outputs of the regulatory object 1 are fed to the corresponding inputs of the coefficient setting unit 2, which is a multiplier block. In block 2 of setting the coefficients, the signal is multiplied from the i-th output of the control object by a constant coefficient g _i . The signals from the outputs of block 2 setting the coefficients are supplied to the corresponding inputs of the first block summation 3, where they add up. The signals g ^T y from the output of the first summing block 3 are fed to both inputs of the first multiplier 4, to the second input of the second multiplier 5, to the input of the module 7's finding block. In the first multiplier 4, the signal is multiplied from the output of the first summing block 3 by the same signal. The signal g ^T y is supplied to the second input of the second multiplier 5, where it is multiplied by the signal (g ^T y) ² . The received signal (g ^T y) ^{3 is} supplied from the output of the second multiplier 5 to the first input of the second summing block 6, the second input of which receives the signal g ^T at the output of the first summing block 3. The signal g ^T y from the output of the first summing block 3 is input unit 7 module, from the output of which the signal

arrives at the input of the nonlinear power conversion block 8. The signal

from the output of the block of nonlinear power conversion 8 is supplied to the first input of the third multiplier 9, where it is multiplied by the signal g ^T y supplied to the second input of the third multiplier 9 from the output of the first summing unit 3. In the second summing unit 6, the signals obtained from the output of the second multiplier 5, the output of the first summing unit 3 and the output of the third multiplier 9 with the desired coefficients. Signal

from the output of the second summing unit 6 is fed to the input of the dynamic corrector 10, consisting of the same k-1

dynamic links

10 ₁ , 10 ₂ , ..., 10 _k-1 connected in series (k is the order difference of the denominator and numerator of the transfer function of the control object), each of which has a transfer function

,

где T₁>0, Т₂>0 - постоянные времени, T₁>>T₂. В каждом звене 10_i поступивший сигнал попадает в первый блок суммирования звена 11_i и во второй блок суммирования звена 13_i. В блоке суммирования 11_i происходит суммирование входящего в звено сигнала и выхода сумматора 13_i, сигнал с выхода сумматора 11_i поступает на вход интегратора 12_i, из которого подается на вход сумматора 13_i, а выход из сумматора 13_i попадает на вход следующего звена динамического корректора и т.д. Выход последнего звена 10_k-1 подается на вход объекта управления 1.where T ₁ > 0, T ₂ > 0 are the time constants, T ₁ >> T ₂ . In each link 10 _{i, the} incoming signal enters the first block of the summation of the link 11 _i and the second block of the summation of the link 13 _i . In block summation 11, _i the summation included in the link signal, and the output of the adder 13 _i, the signal 11 of the adder output _i is input to an integrator 12 _i, from which is fed to input 13 _i of the adder and the output from the adder 13 _i reaches the input of the next link dynamic corrector, etc. The output of the last link 10 _k-1 is fed to the input of the control object 1.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей системы управления за счет повышения порядка числителя передаточной функции объекта управления.The technical result is to expand the functionality of the control system by increasing the order of the numerator of the transfer function of the control object.

Данное устройство может быть реализовано промышленным способом, на основе стандартной элементарной базы.This device can be implemented industrially, based on a standard elementary base.

Claims

A robust control system comprising a control object, a coefficient setting unit, a first and second summing unit, a first multiplier and a second multiplier connected in series, a module finding unit, a nonlinear power conversion unit, a third multiplier connected in series, the outputs of the control object being connected to the corresponding inputs of the task unit coefficients; the signals from the outputs of the coefficient setting unit are supplied to the corresponding inputs of the first summing unit, the output of the first summing unit is connected to the first and second inputs of the first multiplier, to one of the inputs of the second multiplier, the second summing unit, also the output of the first summing unit is connected to the input of the module finding unit, the output of the third multiplier unit is connected to one of the inputs of the second summing unit, characterized in that an additional dynamic correction unit is introduced for correction and the difference of the orders of the denominator and numerator of the transfer function of the control object, while it consists of k-1 identical links connected in series, each of which contains a first link adder, an integrator, a second link adder, and the input of the first link adder is connected to the second input of the second link adder, and the output of the second link adder is connected to the second input of the first link adder and the next link of the dynamic corrector, and the output of the last link of the dynamic corrector under is applied to the input of the control object, where k is the difference of the orders of the denominator and numerator of the transfer function of the control object.