RU2541848C1 - Adaptive control system - Google Patents
Adaptive control system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2541848C1 RU2541848C1 RU2013153643/08A RU2013153643A RU2541848C1 RU 2541848 C1 RU2541848 C1 RU 2541848C1 RU 2013153643/08 A RU2013153643/08 A RU 2013153643/08A RU 2013153643 A RU2013153643 A RU 2013153643A RU 2541848 C1 RU2541848 C1 RU 2541848C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- adder
- block
- delay
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам автоматического управления. Система предназначена для регулирования нестационарных объектов с запаздыванием, функционирующих в условиях высокого уровня неконтролируемых возмущений. Система может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности.The invention relates to automatic control systems. The system is designed to control non-stationary objects with delay, operating in conditions of a high level of uncontrolled disturbances. The system can find application in the chemical, petrochemical, metallurgical and other industries.
Известен ряд адаптивных систем, решающих задачу высококачественного регулирования нестационарных объектов, функционирующих в условиях высокого уровня неконтролируемых возмущений, например системы с использованием эталонных моделей [1] - Солодовников В.В., Шрамко Л.С. Расчет и проектирование самонастраивающихся систем с эталонными моделями. М.: Машиностроение, 1972, с.35-37 и [2] - Громыко В.Д., Санковский Е.А. Самонастраивающиеся системы с моделью. М.: ЭНЕРГИЯ, 1974, с.17-22, а также системы с инверсной эталонной моделью [3] - Авторское свидетельство СССР №591821, кл. G05B 17/02, 1977, [4] - Авторское свидетельство СССР №824142, кл. G05B 17/02, 1979 и [5] - Авторское свидетельство СССР №1113781, кл. G05B 17/02, 1982.A number of adaptive systems are known that solve the problem of high-quality regulation of non-stationary objects operating under conditions of a high level of uncontrolled disturbances, for example, systems using reference models [1] - Solodovnikov VV, Shramko LS Calculation and design of self-tuning systems with reference models. M: Engineering, 1972, p. 35-37 and [2] - Gromyko V.D., Sankovsky E.A. Self-tuning systems with a model. M .: ENERGY, 1974, p.17-22, as well as systems with an inverse reference model [3] - USSR Author's Certificate No. 591821, class. G05B 17/02, 1977, [4] - USSR Copyright Certificate No. 824142, cl. G05B 17/02, 1979 and [5] - USSR Copyright Certificate No. 1113781, cl. G05B 17/02, 1982.
Системы, описанные в [1], обладают более высокой точностью и приспосабливаемостью к изменениям параметров объекта по сравнению с обычными одноконтурными системами регулирования, при этом имеют достаточно простую структуру. Однако эти преимущества проявляются при больших значениях коэффициента передачи контура сигнальной самонастройки, а его увеличение ограничивается условием устойчивости, и особенно сильно это ограничение проявляется для объектов с запаздыванием. Системы, подобные описанной в [2], синтезированы на основе второго метода Ляпунова по условию устойчивости, когда берется определенно положительная, обычно достаточно простая, квадратичная функция фазовых координат, и на контур самонастройки накладываются такие условия, чтобы производная функции Ляпунова была отрицательной знакопостоянной. В результате, обеспечивается устойчивость контуров самонастройки, но при этом качество самонастройки может быть невысоким, поскольку выбор функции Ляпунова основан обычно на интуиции проектировщика, и эта функция представляет произвольную квадратичную форму. Поэтому система, построенная на выбранной функции Ляпунова, совершенно необязательно является наилучшей. Система с инверсной эталонной моделью [3] обладает двукратной инвариантностью до ε, имеет многократно более высокую точность по сравнению с обычными системами регулирования, но теряет устойчивость в случае, если модель не совпадает по структуре с объектом. Системы [4 и 5] лишены указанного недостатка, их устойчивость за счет включения в цепь сигнальной самонастройки корректирующего фильтра и выбора его структуры в соответствии с определенными условиями может быть обеспечена даже в случае отличия структуры модели и объекта.The systems described in [1] have higher accuracy and adaptability to changes in the parameters of an object compared to conventional single-loop control systems, and have a fairly simple structure. However, these advantages are manifested when the transmission coefficient of the signal self-tuning loop is large, and its increase is limited by the stability condition, and this restriction is especially pronounced for objects with delay. Systems similar to those described in [2] were synthesized on the basis of the second Lyapunov method according to the stability condition, when a definite positive, usually quite simple, quadratic function of phase coordinates is taken, and such conditions are imposed on the self-tuning loop that the derivative of the Lyapunov function is negative sign-constant. As a result, the stability of the self-tuning circuits is ensured, but the quality of the self-tuning can be low, since the choice of the Lyapunov function is usually based on the intuition of the designer, and this function represents an arbitrary quadratic form. Therefore, a system based on the selected Lyapunov function is not necessarily the best. A system with an inverse reference model [3] has double invariance up to ε, has a much higher accuracy compared to conventional control systems, but loses stability if the model does not coincide in structure with the object. Systems [4 and 5] are devoid of this drawback, their stability due to the inclusion of a corrective filter in the signal self-tuning circuit and the selection of its structure in accordance with certain conditions can be ensured even if the structure of the model and the object are different.
Как известно, выражение для изображения по Лапласу выходного сигнала объекта системы [5], через параметры систем и входные воздействия имеет вид:As is known, the expression for the Laplace image of the output signal of the system object [5], through the parameters of the systems and input actions, has the form:
где Y(p) - изображение по Лапласу выходного сигнала объекта Y(t);where Y (p) is the Laplace image of the output signal of the object Y (t);
X(p) - изображение по Лапласу входного воздействия (сигнала задания) X(t);X (p) - Laplace image of the input action (reference signal) X (t);
G(p) - изображение по Лапласу неконтролируемого возмущения g(t);G (p) - Laplace image of an uncontrolled disturbance g (t);
Wo(p) -передаточная функция объекта, регулятора;W o (p) is the transfer function of the object, the regulator;
Wp(p) - передаточная функция регулятора;W p (p) is the transfer function of the regulator;
WF(p) - передаточная функция корректирующего фильтра,W F (p) is the transfer function of the correction filter,
Wm -1(p) - передаточная функция идеальной инверсной (обратной) модели объекта;W m -1 (p) is the transfer function of the ideal inverse (inverse) model of the object;
e-pΔ - передаточная функция блока задержки.e -pΔ is the transfer function of the delay unit.
Если модель объекта управления описывается передаточной функцией Wm(p), равной If the model of the control object is described by the transfer function W m (p) equal to
то передаточная функция идеальной инверсной модели объекта имеет видthen the transfer function of the ideal inverse model of the object has the form
Однако такая передаточная функция физически не реализуема. Как было показано в [5], передаточную функцию реальной физически реализуемой инверсной модели можно представить в следующем виде:However, such a transfer function is not physically feasible. As was shown in [5], the transfer function of a real physically realizable inverse model can be represented in the following form:
Где Wmr -1(p) - передаточная функция реальной физически реализуемой инверсной модели объекта;Where W mr -1 (p) is the transfer function of a real physically realizable inverse model of an object;
Wm -1(p) - передаточная функция идеальной инверсной модели объекта;W m -1 (p) is the transfer function of the ideal inverse model of the object;
e-pΔ - передаточная функция блока временной задержки;e -pΔ is the transfer function of the time delay block;
Δ - достаточно малое запаздывание, определяемое условиями физической реализуемости инверсной модели объекта.Δ is a sufficiently small delay determined by the conditions of physical realizability of the inverse model of the object.
Для удобства анализа предельных свойств системы положим, что модель адекватна объекту Wm(p)=Wo(p), тогда Wo(p)Wm -1(p)=1, кроме того, в этом случае можно положить для простоты WF(p)=1. Так как при Δ→0, e-pΔ→1 и (1-e-pΔ)→0, то, выбирая значение интервала задержки Δ достаточно малым, можно обеспечить выполнение условияFor the convenience of analyzing the limiting properties of the system, we assume that the model is adequate to the object W m (p) = W o (p), then W o (p) W m -1 (p) = 1, in addition, in this case we can put for simplicity W F (p) = 1. Since as Δ → 0, e -pΔ → 1 and (1-e -pΔ ) → 0, choosing the value of the delay interval Δ is sufficiently small, we can ensure that the condition
Тогда, с учетом принятых условий, после умножения числителя и знаменателя на Wm(p) и сокращения на Wo(p) выражение (1) принимает вид:Then, taking into account the accepted conditions, after multiplying the numerator and denominator by W m (p) and reducing it by W o (p), expression (1) takes the form:
Как видно из выражения (6), передаточная функция системы по каналу управления близка к эталонной, и при ограниченном внешнем возмущении G(p) можно выбрать такое значение Δ, что будет выполняться условие:As can be seen from expression (6), the transfer function of the system along the control channel is close to the reference one, and with a limited external disturbance G (p), one can choose a value Δ such that the condition is satisfied:
где ε - любое малое, наперед заданное число. Т.е. система обладает инвариантностью до ε к внешним возмущениям. Однако для объектов с транспортным запаздыванием блок временной задержки будет включать в себя и величину транспортного запаздывания объекта -τO, и его передаточная функция будет иметь вид
В результате подстановки p=jω и преобразования выражение (8) принимает вид:As a result of substitution p = jω and transformation, expression (8) takes the form:
Из (9) следует, чтоIt follows from (9) that
Ограничение на время запаздывания, при соблюдении которого цепи компенсации неконтролируемых возмущений (цепи сигнальной самонастройки) эффективны, для частот в полосе пропускания объекта примет вид The restriction on the delay time, under which the compensation circuits of uncontrolled disturbances (signal self-tuning circuits) are effective, will take the form for frequencies in the object passband
где ωс - частота среза объекта.where ω с is the cutoff frequency of the object.
Таким образом, точность систем [4, 5] при наличии транспортного запаздывания в объекте регулирования очевидно существенно снижается.Thus, the accuracy of systems [4, 5] in the presence of transport lag in the control object is obviously significantly reduced.
Наиболее близкой к предлагаемой системе, выбранной в качестве прототипа, является система автоматического управления объектами с запаздыванием [6] - Авторское свидетельство СССР №591821, кл. G05B 17/02, 13/04, 1986, содержащая последовательно соединенные первый сумматор, регулятор, второй сумматор, объект регулирования, инверсную модель объекта управления, третий сумматор, блок прогнозирования с перестраиваемым интервалом прогноза и корректирующий блок, выход корректирующего блока инверсно соединен со вторым входом второго сумматора, первый вход первого сумматора соединен с выходом блока задатчика входного сигнала, его второй вход соединен инверсно с выходом объекта регулирования, второй вход третьего сумматора инверсно соединен с блоком временной задержки с перестраиваемым запаздыванием, вход которого соединен с выходом второго сумматора, выход третьего сумматора соединен с первым и вторым входом первого блока умножения, выход которого соединен с входом блока интегрирования на скользящем интервале времени, выход первого сумматора соединен с первым и вторым входом второго блока умножения, выход которого соединен с входом второго блока интегрирования на скользящем интервале времени, выход второго блока интегрирования на скользящем интервале времени соединен с первым входом блока деления, а выход первого блока интегрирования на скользящем интервале времени соединен со вторым входом блока деления, выход блока деления соединен с входом блока самонастройки, а выход блока самонастройки соединен с управляющим входом блока прогноза и управляющим входом блока временной задержки с перестраиваемым запаздыванием. На объект управления воздействует неконтролируемое возмущение, передаточная функция канала этого воздействия в общем случае неизвестна. На вход блока самонастройки поступает сигнал, численно равный отношению интегрально квадратичной оценки сигнала рассогласования между заданием (входным сигналом) и выходным сигналом объекта и интегрально квадратичной оценки неконтролируемого возмущения. Блок самонастройки формирует значение интервала прогноза, обеспечивающего минимизацию его входного сигнала. Таким образом, путем организации прогноза оценки неконтролируемого возмущения в системе, оптимизации интервала прогноза прогнозирующего блока достигается более высокая эффективность компенсации неконтролируемых возмущений и более высокая точность стабилизации выходного сигнала объекта регулирования.Closest to the proposed system, selected as a prototype, is a system for automatic control of objects with delay [6] - USSR Author's Certificate No. 591821, cl. G05B 17/02, 13/04, 1986, comprising a first adder, a regulator, a second adder, a control object, an inverse model of the control object, a third adder, a prediction unit with a tunable forecast interval and a correction block, the output of the correction block is inverted to the second the input of the second adder, the first input of the first adder is connected to the output of the input signal generator unit, its second input is inverted to the output of the control object, the second input of the third adder is inverted with a time delay unit with tunable delay, the input of which is connected to the output of the second adder, the output of the third adder is connected to the first and second input of the first multiplication unit, the output of which is connected to the input of the integration unit on a moving time interval, the output of the first adder is connected to the first and second input the second unit of multiplication, the output of which is connected to the input of the second integration unit on a moving time interval, the output of the second integration unit on a moving time interval is connected with the first input of the division unit, and the output of the first integration unit on a moving time interval is connected to the second input of the division unit, the output of the division unit is connected to the input of the self-adjustment unit, and the output of the self-adjustment unit is connected to the control input of the prediction unit and the control input of the time delay unit with tunable delay . An uncontrolled disturbance acts on the control object; the transfer function of the channel of this action is generally unknown. A signal is received at the input of the self-tuning unit, numerically equal to the ratio of the integral-quadratic estimate of the mismatch signal between the reference (input signal) and the output signal of the object and the integral-quadratic estimate of the uncontrolled disturbance. The self-tuning unit forms the value of the forecast interval, which minimizes its input signal. Thus, by organizing a forecast for evaluating an uncontrolled disturbance in a system, optimizing a forecast interval for a forecasting unit, a higher compensation efficiency for uncontrolled disturbances and a higher accuracy of stabilization of the output signal of an object of regulation are achieved.
Однако известная система обладает рядом недостатков.However, the known system has several disadvantages.
1. Интегрально квадратичная оценка сигнала рассогласования между выходным сигналом объекта и заданием зависит от сигнала задания, изменяемого в системах управления промышленными объектами оперативным персоналом, либо в следящих системах - внешним по отношению к данной системе сигналом. Поэтому предлагаемая система будет нормально функционировать при постоянном значении сигнала задания, т.е. в режиме стабилизации фиксированного во времени значения выходного сигнала объекта. При изменении сигнала задания входной сигнал блока самонастройки будет определяться характером изменения сигнала задания и в меньшей степени внешними возмущениями, блок самонастройки в этих условиях будет вырабатывать ложные значения интервала прогноза, в результате система может потерять устойчивость.1. The integrally quadratic estimate of the mismatch signal between the object output signal and the task depends on the task signal, which is changed by operating personnel in industrial facilities control systems, or in tracking systems - by an external signal to this system. Therefore, the proposed system will function normally with a constant value of the reference signal, i.e. in stabilization mode, fixed in time values of the output signal of the object. When the reference signal changes, the input signal of the self-tuning unit will be determined by the nature of the changing of the reference signal and to a lesser extent by external disturbances, the self-tuning unit under these conditions will generate false values of the forecast interval, as a result, the system may lose stability.
2. Реализуемая в системе коррекция интервала задержки в блоке временной задержки на величину интервала прогноза будет нарушать синхронизацию выходного сигнала блока задержки и инверсной модели. Действительно, блок временной задержки предназначен для исключения управляющего воздействия из выходного сигнала инверсной модели, представляющей оценку суммы двух сигналов: управляющего воздействия, формируемого на выходе второго сумматора, и оценки неконтролируемого возмущения, приведенного к входу канала регулирования. Для того чтобы исключить влияние управляющего воздействия на оценку неконтролируемого возмущения, для его синхронизации с выходным сигналом инверсной модели объекта, интервал временной задержки блока задержки выбирается равным сумме временной задержки объекта регулирования и задержки в инверсной модели, обусловленной ее физической реализуемостью. Иными словами интервал временной задержки не зависит от интервала прогноза. Поэтому корректировка интервала задержки пропорционально интервалу прогноза ведет к нарушению синхронизации сигналов управления и выходного сигнала инверсной модели, что может привести к ухудшению точности регулирования и с увеличением интервала прогноза к нарушению устойчивости системы.2. The delay interval correction implemented in the system in the time delay block by the value of the forecast interval will disrupt the synchronization of the output signal of the delay block and the inverse model. Indeed, the time delay block is designed to exclude the control action from the output signal of the inverse model, which represents an estimate of the sum of two signals: the control action generated at the output of the second adder, and the evaluation of uncontrolled disturbance brought to the input of the control channel. In order to exclude the influence of the control action on the estimation of an uncontrolled disturbance, to synchronize it with the output signal of the inverse model of the object, the time interval of the delay block of the delay unit is chosen equal to the sum of the time delay of the control object and the delay in the inverse model due to its physical feasibility. In other words, the time delay interval does not depend on the forecast interval. Therefore, adjusting the delay interval in proportion to the forecast interval leads to a violation of the synchronization of the control signals and the output signal of the inverse model, which can lead to a deterioration in the accuracy of regulation and with an increase in the forecast interval to a violation of the system stability.
3. Используемый в системе алгоритм прогнозирования описывается простым выражением, близким к линеаризованной формуле Тейлора, что ограничивает точность прогноза и эффективность применения блока прогноза.3. The forecasting algorithm used in the system is described by a simple expression close to the linearized Taylor formula, which limits the accuracy of the forecast and the effectiveness of using the forecast block.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении точности регулирования и устойчивости системы.The technical result from the use of the invention is to increase the accuracy of regulation and stability of the system.
Указанный результат достигается тем, что в адаптивную систему управления, содержащую первый задатчик входного сигнала, выход которого подключен к суммирующему входу первого сумматора, подключенного выходом к входу первого регулятора, выход первого регулятора подключен к суммирующему входу второго сумматора, объект управления, вход которого подключен к выходу второго сумматора, а выход объекта управления подключен к входу физически реализуемой инверсной модели объекта и к вычитающему входу первого сумматора, первый блок временной задержки, подключенный входом к выходу второго сумматора, а выход первого блока временной задержки подключен к вычитающему входу третьего сумматора, суммирующий вход которого подключен к выходу физически реализуемой инверсной модели объекта, блок прогнозирования с перестраиваемым интервалом прогноза, вход которого подключен к выходу третьего сумматора, введены корректирующий фильтр с перестраиваемой постоянной времени, первый и второй блоки ограничения и первый и второй формирователь сигналов уровней ограничения, первый, второй и третий блоки усреднения на скользящем интервале времени, первый, второй и третий блоки умножения, четвертый, пятый и шестой сумматоры, второй блок временной задержки с перестраиваемым запаздыванием, блок деления, второй, третий, четвертый и пятый задатчики сигналов, второй регулятор, причем первый вход корректирующего фильтра подключен к выходу прогнозирующего блока, выход корректирующего фильтра подключен к входу первого блока ограничения, выход которого подключен к вычитающему входу второго сумматора, второй и третий входы первого блока ограничения подключены к выходам первого формирователя сигналов уровней ограничения, вход первого блока усреднения на скользящем интервале времени подключен к выходу третьего сумматора, а выход первого блока усреднения на скользящем интервале времени подключен к вычитающему входу четвертого сумматора, суммирующий вход которого подключен к выходу третьего сумматора, вход второго блока временной задержки с перестраиваемым запаздыванием соединен с выходом четвертого сумматора, первый и второй входы первого блока умножения подключены к выходу четвертого сумматора, первый вход второго блока умножения подключен к выходу четвертого сумматора, а второй вход второго блока умножения соединен с выходом второго блока временной задержки с перестраиваемым запаздыванием, выход первого блока умножения соединен с входом второго блока усреднения на скользящем интервале времени, выход которого подключен к первому входу блока деления в качестве делителя, выход второго блока умножения соединен с входом третьего блока усреднения на скользящем интервале времени, выход которого подключен к второму входу блока деления в качестве делимого, выход блока деления подключен к суммирующему входу пятого сумматора, вычитающий вход пятого сумматора подключен к выходу второго задатчика, выход пятого сумматора подключен к первому информационному входу второго регулятора, второй параметрический вход второго регулятора подключен к третьему задатчику, выход второго регулятора подключен к первому входу второго блока ограничения, второй и третий входы второго блока ограничения подключены к выходам второго формирователя сигналов уровней ограничения, выход второго блока ограничения подключен к первому входу третьего блока умножения, к второму параметрическому входу второго блока временной задержки с перестраиваемым запаздыванием и к второму параметрическому входу блока прогноза, второй вход третьего блока умножения подключен к выходу четвертого задатчика, выход третьего блока умножения подключен к первому входу шестого сумматора, второй вход которого подключен к выходу пятого задатчика, выход шестого сумматора подключен к второму параметрическому входу корректирующего фильтра.This result is achieved by the fact that in an adaptive control system containing a first input signal generator, the output of which is connected to the summing input of the first adder connected to the input of the first controller, the output of the first controller is connected to the summing input of the second adder, the control object, the input of which is connected to the output of the second adder, and the output of the control object is connected to the input of a physically feasible inverse model of the object and to the subtracting input of the first adder, the first block Arms connected to the output of the second adder, and the output of the first time delay unit connected to the subtracting input of the third adder, the summing input of which is connected to the output of a physically feasible inverse model of the object, a prediction unit with a tunable forecast interval, the input of which is connected to the output of the third adder, is introduced correction filter with a tunable time constant, the first and second restriction blocks and the first and second signal generator of the restriction levels, the first, second and third th averaging blocks on a moving time interval, the first, second and third multiplication blocks, the fourth, fifth and sixth adders, the second time delay block with tunable delay, the division block, the second, third, fourth and fifth signal adjusters, the second controller, the first input the correction filter is connected to the output of the predictive block, the output of the correction filter is connected to the input of the first limiting block, the output of which is connected to the subtracting input of the second adder, the second and third inputs of the first block are the boundaries are connected to the outputs of the first driver of the signals of the restriction levels, the input of the first averaging unit on a moving time interval is connected to the output of the third adder, and the output of the first averaging unit on a moving time interval is connected to the subtracting input of the fourth adder, the summing input of which is connected to the output of the third adder, input the second block of time delay with tunable delay is connected to the output of the fourth adder, the first and second inputs of the first block of multiplication are connected the output of the fourth adder, the first input of the second multiplication unit is connected to the output of the fourth adder, and the second input of the second multiplication unit is connected to the output of the second time delay unit with tunable delay, the output of the first multiplication unit is connected to the input of the second averaging unit on a moving time interval, the output of which is connected to the first input of the division unit as a divider, the output of the second multiplication unit is connected to the input of the third averaging unit on a moving time interval, the output of which is sub is connected to the second input of the division unit as a dividend, the output of the division unit is connected to the summing input of the fifth adder, the subtracting input of the fifth adder is connected to the output of the second master, the output of the fifth adder is connected to the first information input of the second controller, the second parametric input of the second controller is connected to the third master , the output of the second regulator is connected to the first input of the second limiting block, the second and third inputs of the second limiting block are connected to the outputs of the second signal shaper in the levels of limitation, the output of the second limiting block is connected to the first input of the third block of multiplication, to the second parametric input of the second block of time delay with tunable delay and to the second parametric input of the forecast block, the second input of the third block of multiplication is connected to the output of the fourth setter, the output of the third block of multiplication connected to the first input of the sixth adder, the second input of which is connected to the output of the fifth setter, the output of the sixth adder is connected to the second parametric input to corrective filter.
В адаптивной системе управления блок прогнозирования с перестраиваемым интервалом прогноза содержит последовательно соединенные сглаживающий фильтр, первый и второй дифференциаторы, первый усилитель, четвертый блок умножения, седьмой сумматор, а также второй усилитель, вход которого подключен к выходу первого дифференциатора, и пятый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго усилителя, а выход - ко второму входу седьмого сумматора, к третьему входу седьмого сумматора подключен выход сглаживающего фильтра, вход сглаживающего фильтра подключен к выходу третьего сумматора, а вторые входы четвертого и пятого блоков умножения подключены к выходу второго регулятора.In an adaptive control system, a prediction unit with a tunable forecast interval contains a series-connected smoothing filter, a first and second differentiator, a first amplifier, a fourth multiplication unit, a seventh adder, and a second amplifier, the input of which is connected to the output of the first differentiator, and a fifth multiplication unit, the first the input of which is connected to the output of the second amplifier, and the output to the second input of the seventh adder, the output of the smoothing filter is connected to the third input of the seventh adder, the input from lazhivayuschego filter connected to the output of the third adder and the second inputs of the fourth and fifth multiplication units connected to the output of the second regulator.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:The invention is illustrated by the following drawings:
на Фиг.1 представлена структурная схема предлагаемой адаптивной системы управления.figure 1 presents the structural diagram of the proposed adaptive control system.
на Фиг.2 - структурная схема блока прогнозирования с перестраиваемым интервалом прогноза.figure 2 is a structural diagram of a forecasting unit with a tunable forecast interval.
на Фиг.3 - структурная схема блоков усреднения на скользящем интервале времени.figure 3 is a structural diagram of averaging blocks on a moving time interval.
на Фиг.4 - структурная схема реализации блока временной задержки с перестраиваемым запаздыванием.figure 4 is a structural diagram of an implementation of a block of time delay with tunable delay.
на Фиг.5 - структурная схема реализации корректирующего фильтра с перестраиваемой постоянной времени.figure 5 is a structural diagram of the implementation of a correction filter with a tunable time constant.
на Фиг.6 - схема реализации инверсной модели объекта управления.6 is a diagram of the implementation of the inverse model of the control object.
на Фиг.7 - иллюстрация качества переходных процессов оптимального ПИД регулятора.Fig.7 is an illustration of the quality of transients of the optimal PID controller.
на Фиг.8 - иллюстрация зависимости точности регулирования предлагаемой адаптивной системы от соотношения постоянной времени корректирующего фильтра и интервала прогноза.on Fig - illustration of the dependence of the accuracy of regulation of the proposed adaptive system on the ratio of the time constant of the correction filter and the forecast interval.
на Фиг.9 - иллюстрация зависимости точности регулирования предлагаемой адаптивной системы от величины транспортного запаздывания объекта.figure 9 is an illustration of the dependence of the accuracy of regulation of the proposed adaptive system from the value of the transport delay of the object.
Адаптивная система (Фиг.1) содержит задатчик входного сигнала - 1, первый сумматор - 2, первый регулятор - 3, второй сумматор - 4, объект регулирования с запаздыванием - 5, физически реализуемую инверсную динамическую модель объекта - 6, блок временной задержки - 7, третий сумматор - 8, блок прогнозирования с перестраиваемым интервалом прогноза - 9, корректирующий фильтр с перестраиваемой постоянной времени - 10, первый блок ограничения - 11, первый формирователь сигналов уровней ограничения - 12, первый блок усреднения на скользящем интервале времени - 13, четвертый сумматор - 14, первый блок умножения - 15, второй блок усреднения на скользящем интервале времени - 16, второй блок временной задержки с перестраиваемым интервалом задержки - 17, второй блок умножения - 18, третий блок усреднения на скользящем интервале времени - 19, блок деления - 20, пятый сумматор - 21, задатчик значения автокорреляционной функции оценки неконтролируемого возмущения - 22, второй регулятор - 24, задатчик начального значения интегральной части второго регулятора - 23, второй блок ограничения - 26, второй формирователь сигналов уровней ограничения - 25, третий блок умножения - 28, задатчик коэффициента пропорциональности между постоянной времени корректирующего фильтра TF и интервалом прогноза Tpro - 27, шестой сумматор - 29, задатчик минимально допустимого значения постоянной времени корректирующего фильтра - 30.The adaptive system (Fig. 1) contains an input signal adjuster - 1, a first adder - 2, a first regulator - 3, a second adder - 4, a control object with a delay - 5, a physically implemented inverse dynamic model of the object - 6, a time delay block - 7 , the third adder is 8, the forecasting unit with a tunable forecast interval is 9, the correction filter with a tunable time constant is 10, the first limiting block is 11, the first signal generator of the limiting levels is 12, the first averaging block on a moving time interval is 13, the fourth adder is 14, the first multiplication block is 15, the second averaging block on a moving time interval is 16, the second time delay block with a tunable delay interval is 17, the second multiplication block is 18, the third averaging block on a sliding time interval is 19, the division block - 20, the fifth adder - 21, the value adjuster of the autocorrelation function for evaluating the uncontrolled disturbance - 22, the second regulator - 24, the initial value integrator of the integral part of the second regulator - 23, the second limiting block - 26, the second signal conditioning the limits are 25, the third multiplication block is 28, the proportionality coefficient adjuster between the correction filter time constant T F and the forecast interval Tpro is 27, the sixth adder is 29, and the minimum permissible correction filter time constant value generator is 30.
На фиг.1 приняты следующие обозначения:In figure 1, the following notation:
X - сигнал задания;X is the reference signal;
Y - выходной сигнал объекта;Y is the output signal of the object;
g - неконтролируемое возмущение;g is an uncontrolled disturbance;
ε - сигнал рассогласования между заданием X и выходным сигналом объекта Y;ε is the error signal between job X and the output signal of object Y;
Up - выходной сигнал первого регулятора 3;U p is the output signal of the
U - полное управляющее воздействие;U is the total control action;
TF - постоянная времени корректирующего фильтра;T F - time constant of the correction filter;
ΔU - окончательное значение сигнала самонастройки;ΔU is the final value of the self-tuning signal;
ΔUH - сигнал ограничения максимального значения выходного сигнала блока 11 - сигнала самонастройки;ΔU H - signal limiting the maximum value of the output signal of the block 11 - signal self-tuning;
ΔUL - сигнал ограничения минимального значения выходного сигнала блока 11 - сигнала самонастройки;ΔU L is the signal for limiting the minimum value of the output signal of block 11 - the self-tuning signal;
R(τ) - скользящая оценка автокорреляционной функции сигнала
R(0) - скользящая оценка автокорреляционной функции сигнала
ZR - заданное значение отношения сигналов R(τ)/R(0);Z R - set value of the signal ratio R (τ) / R (0);
UT - выходной сигнал регулятора 24;U T is the output signal of the controller 24;
UTH - сигнал ограничения максимального значения сигнала UT;U TH - signal limiting the maximum value of the signal U T ;
UTL - сигнал ограничения минимального значения сигнала UT;U TL - signal limiting the minimum value of the signal U T ;
τ - величина временного сдвига между значениями сигнала
Tpro - интервал прогноза в цепи формирования сигнала самонастройки, соответствующий заданному значению отношения R(τ)/R(0).Tpro is the forecast interval in the self-tuning signal generation circuit corresponding to a given value of the ratio R (τ) / R (0).
Блок прогнозирования 9 (Фиг.2) включает последовательно соединенные сглаживающий фильтр 31, дифференциаторы 32 и 33, усилитель 34, блок умножения 37, сумматор 38, а также усилитель 35, вход которого подключен к выходу дифференциатора 32, и блок умножения 36, вход которого подключен к выходу усилителя 35, а выход - ко второму входу сумматора 38, к третьему входу сумматора 38 подключен выход сглаживающего фильтра 31. Алгоритм блока прогнозирования 9 описывается выражением, близким к формуле Тейлора, ограниченной тремя первыми членами:The prediction block 9 (Figure 2) includes a series-connected smoothing
где Y(t+Tpro) - выходной сигнал блока прогнозирования;where Y (t + Tpro) is the output signal of the prediction block;
K1≤1 и K2≤0.25 - коэффициенты усиления усилителей 35 и 34 соответственно, в общем случае выбираются экспериментально;K 1 ≤1 and K 2 ≤0.25 - amplification factors of
Tpro - интервал прогноза.Tpro - forecast interval.
Блоки усреднения на скользящем интервале времени 13, 16 и 19 (Фиг.3) включают последовательно соединенные блок временной задержки 39, сумматор 40, интегратор 41 и блок деления 42. Выходной сигнал блока усреднения на скользящем интервале времени (Фиг.3) описывается выражением:The averaging blocks on a moving
где Y(t) - выходной сигнал блока усреднения на скользящем интервале времени;where Y (t) is the output signal of the averaging block on a moving time interval;
X(t) - входной сигнал блока усреднения на скользящем интервале времени;X (t) is the input signal of the averaging block on a moving time interval;
T - величина скользящего интервала времени.T is the value of the moving time interval.
Блок временной задержки 17 с перестраиваемым запаздыванием (Фиг.4) содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 43, усилители 44-1, … 44-n, инверторы 45-1, … 45-n, управляемые ключи 46-1, … 46-n, блоки задержки 47-1, … 47-n, управляемые ключи 48-1, … 48-n. Схема блока задержки с перестраиваемым запаздыванием работает следующим образом.The time delay unit 17 with tunable delay (Figure 4) contains an analog-to-digital converter (ADC) 43, amplifiers 44-1, ... 44-n, inverters 45-1, ... 45-n, controlled keys 46-1, ... 46 -n, delay blocks 47-1, ... 47-n, managed keys 48-1, ... 48-n. The circuit block delay with tunable delay works as follows.
На вход АЦП поступает сигнал, численно равный величине интервала запаздывания T, этот сигнал преобразуется АЦП 43 в цифровой параллельный двоичный код. Сигналы с каждого из n разрядов через согласующие усилители 44-1, … 44-n поступают на управляемые ключи 48-1, … 48-n и через инверторы 45-1, … 45-n на ключи 46-1, … 46-n. Если i-й разряд АЦП равен логической единице, то он открывает 48-i-й ключ и закрывает 46-i-й ключ, пропуская входной сигнал блока задержки X(t) через соответствующий блок задержки, имеющий величину запаздывания, равную τ·2i, где τ=UHT/(2n-1), а UHT - максимально допустимое значение интервала прогноза (см. Фиг.1). Если i-й разряд АЦП равен логическому нулю, то он закрывает 48-i-й ключ и открывает 46-i-й ключ, в результате входной сигнал пропускается через 46-i-й ключ в обход соответствующего блока задержки. Таким образом, имея в составе блока задержки с перестраиваемым запаздыванием n блоков задержки с фиксированными интервалами задержки τ, τ·21, …, τ·2i, …, τ·2n, схема, представленная на фиг.2, позволяет варьировать величину интервала запаздывания в пределах от τ до τ·(2n+1-1).A signal is received at the ADC input numerically equal to the value of the delay interval T, this signal is converted by the
Корректирующий фильтр с перестраиваемой постоянной времени 10 может быть выполнен в виде инерционного звена, схема которого представлена на Фиг.5. На схеме приняты следующие обозначения:Corrective filter with tunable time constant 10 can be made in the form of an inertial link, a diagram of which is presented in Fig.5. The following notation is used in the diagram:
R, R1, R2 - электрические сопротивления;R, R1, R2 - electrical resistance;
C - емкость вариконда, изменяющаяся в зависимости от приложенного к нему управляющего напряжения Uc;C is the capacitance of the varicond, which varies depending on the control voltage Uc applied to it;
U1 - напряжение на входе фильтра;U1 is the voltage at the input of the filter;
U2 - напряжение на вариконде;U2 is the voltage across the varicond;
U3 - напряжение на выходе фильтра;U3 is the voltage at the output of the filter;
i1 - электрический ток, протекающий через сопротивление R и вариконд C;i1 is the electric current flowing through the resistance R and the varicond C;
i2 - электрический ток, протекающий через сопротивления R1 и R2.i2 is the electric current flowing through the resistance R1 and R2.
Передаточная функция корректирующего фильтра имеет вид:The transfer function of the correction filter has the form:
где и Where and
Инверсная модель объекта управления 6, прямая модель которого описывается выражением (2), может быть реализована в виде схемы, изображенной на Фиг.6. Где входной сигнал схемы Y является выходным сигналом объекта управления, находящегося под воздействием суммы сигнала управления U и внешнего возмущения g, а выходной сигнал схемы
Передаточная функция схемы, представленной на Фиг.6, будет иметь вид:The transfer function of the circuit shown in Fig.6 will be:
Передаточная функция (15) отличается от передаточной функции идеальной инверсной модели (3) наличием множителя
Тогда выражение для физически реализуемой инверсной модели (15) преобразуется к виду, представленному формулой (3): Wmr -1(p)=Wm -1(p)·e-pΔ.Then the expression for the physically realizable inverse model (15) is transformed to the form represented by formula (3): W mr -1 (p) = W m -1 (p) · e -pΔ .
Предлагаемая адаптивная система управления предназначена для управления технологическими параметрами в химии, нефтехимии, металлургии и других отраслях промышленности, характеризующихся непрерывным характером производства. Системы управления такими процессами работают в основном в режиме стабилизации технологических параметров объектов регулирования в окрестности заданных значений, близких к оптимальным. Поэтому можно полагать, что действующие на объекты регулирования случайные возмущения близки к стационарным и подчиняются гипотезе эргодичности, когда величина среднего значения случайного сигнала по множеству равна соответствующему среднему по времени.The proposed adaptive control system is designed to control technological parameters in chemistry, petrochemistry, metallurgy and other industries characterized by a continuous nature of production. The control systems of such processes operate mainly in the mode of stabilization of the technological parameters of the regulated objects in the vicinity of the set values close to optimal. Therefore, we can assume that the random disturbances acting on the control objects are close to stationary and obey the ergodicity hypothesis, when the average value of a random signal in the set is equal to the corresponding time average.
Адаптивная система (Фиг.1) работает следующим образом.Adaptive system (Figure 1) works as follows.
С задатчика 1 сигнал задания - X(t) поступает на первый вход сумматора 2, на второй вход которого инверсно подается выходной сигнал объекта регулирования 5 - Y(t), на выходе первого сумматора получается сигнал рассогласования ε между заданием X и выходным сигналом объекта Y. Сигнал рассогласования ε преобразуется регулятором 2 в управляющее воздействие UP, которое подается на первый вход сумматора 4, на вычитающий вход которого поступает сигнал самонастройки ΔU, являющийся итоговой оценкой неконтролируемого возмущения g. На выходе сумматора 4 получается полное управляющее воздействие U, которое подается на объект 5. На объект также поступает и неконтролируемое возмущение g. Итоговая оценка неконтролируемого возмущения ΔU получается в системе следующим образом. На выходе физически реализуемой инверсной (обратной) модели 6, на вход которой поступает выходной сигнал объекта Y, получается оценка суммарного входного воздействия объекта, приведенного к входу канала управления. Выходной сигнал инверсной модели равен по величине сумме оценки полного управляющего воздействия
Как известно, автокорреляционная функция определяет зависимость случайной величины в последующий момент времени x(t1) от предшествующего значения x(t) в момент времени t. Это есть мера связи между ними. Очевидно, что при совпадении моментов времени t1=t, автокорреляционная функция принимает максимальное значение. Величина отношения R(τ)/R(0) фактически является оценкой нормированной меры связи, с максимальным значением, равным единице.As is known, the autocorrelation function determines the dependence of a random variable at a subsequent time x (t1) from a previous value x (t) at a time t. This is a measure of the connection between them. Obviously, when the moments of time t1 = t coincide, the autocorrelation function takes the maximum value. The value of the ratio R (τ) / R (0) is actually an estimate of the normalized communication measure, with a maximum value equal to one.
При прогнозировании случайного сигнала, каковым является оценка неконтролируемого возмущения
Так как при возрастании интервала прогноза увеличиваются высокочастотные ошибки в оценке прогнозируемого неконтролируемого возмущения, для их уменьшения в системе предусмотрена организация автоматического формирования постоянной времени фильтра 10 - TF с помощью блоков 27-30. С этой целью выходной сигнал блока 26 подается на первый вход третьего блока умножения 28, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 27, равный заданному коэффициенту пропорциональности между постоянной времени корректирующего фильтра TF и интервалом прогноза Tpro. Выходной сигнал блока умножения 28 поступает на первый вход шестого сумматора 29, на второй вход которого подается сигнал с задатчика 30, равный минимально допустимому значению постоянной времени корректирующего фильтра 10. В результате на выходе шестого сумматора 29 получается сигнал, численно равный постоянной времени корректирующего фильтра 10, который поступает на параметрический вход фильтра 10. Таким образом, автоматическое изменение постоянной времени TF корректирующего фильтра 10 пропорционально изменениям интервала прогноза Tpro, позволяет при возрастании Tpro автоматически сгладить высокочастотные составляющие оценки прогноза неконтролируемого возмущения, уменьшить колебательность переходных процессов в системе и повысить устойчивость системы. В результате, в предлагаемой системе устранены отмеченные ранее недостатки системы [6]: работа цепи самонастройки не зависит от изменения задания по основному контуру регулирования, автоматически подстраиваясь под изменения статистических свойств случайных неконтролируемых возмущений, выходные сигналы блока временной задержки 7 и инверсной модели 6 синхронизированы во времени, и работа блока прогнозирования 10 синхронизацию не нарушает, наконец, становится возможным использовать более сложный и эффективный алгоритм прогноза оценки неконтролируемого возмущения (см. (18)) и увеличивать интервал прогноза, с сохранением приемлемой точности прогноза, поскольку с изменением интервала прогноза в системе автоматически настраивается постоянная времени корректирующего фильтра, обеспечивая тем самым более высокую точность и устойчивость системы.Since when the forecast interval increases, high-frequency errors in the estimation of the predicted uncontrolled disturbance increase, the system provides for the organization of automatic generation of the filter time constant 10 - T F using blocks 27-30. To this end, the output signal of block 26 is supplied to the first input of the third multiplication block 28, the second input of which receives a signal from the setter 27, equal to the specified proportionality coefficient between the time constant of the correction filter T F and the forecast interval Tpro. The output signal of the multiplication unit 28 is supplied to the first input of the
Таким образом, введением в цепь компенсации неконтролируемого возмущения новых контуров автоматической настройки интервала прогноза прогнозирующего блока 9 и постоянной времени корректирующего фильтра 10 и применением более сложной структуры самого блока прогноза 10 достигается цель изобретения - более высокая эффективность компенсации неконтролируемых возмущений, следовательно, более высокая точность и обеспечивается более высокая устойчивость системы.Thus, by introducing into the compensation circuit an uncontrolled disturbance of new loops for automatically adjusting the prediction interval of the
Для иллюстрации достигнутой цели ниже приведены результаты цифрового моделирования предлагаемой системы в сравнении с аналогом [5] и прототипом [6]. В качестве эталона использовался интегрально квадратичный критерий регулирования системы на базе оптимального ПИД регулятора. Рассматривался объект управления, описываемый инерционным звеном второго порядка с транспортным запаздыванием, передаточная функция которого имеет вид:To illustrate the achieved goal, below are the results of digital modeling of the proposed system in comparison with the analogue [5] and prototype [6]. An integrally quadratic system control criterion based on the optimal PID controller was used as a reference. We considered the control object described by the second-order inertial link with transport delay, the transfer function of which has the form:
Где Ko=1, T10=35, T2o=75, τO=10Where K o = 1, T 10 = 35, T 2o = 75, τ O = 10
Передаточная функция ПИД регулятора
Фиг.7, на которой отображена реакция оптимального ПИД регулятора на скачкообразное изменение задания, иллюстрирует качество настройки параметров ПИД регулятора. На Фиг.7 приняты обозначения:Figure 7, which shows the response of the optimal PID controller to a step change in the task, illustrates the quality of tuning the parameters of the PID controller. In figure 7, the following notation:
Z(t) - задание регулятору;Z (t) - task to the regulator;
Upid - управляющее воздействие (выходной сигнал ПИД регулятора);Upid - control action (output signal of the PID controller);
y(t) - выходной сигнал объекта (регулируемый параметр).y (t) - object output signal (adjustable parameter).
На Фиг.8 представлены результаты сравнения точности регулирования предлагаемой адаптивной системы управления и наиболее близкого аналога [5] (система прототип [6] в данных условиях теряет устойчивость) для объекта, находящегося под воздействием случайного не измеряемого экспоненциально коррелированного возмущения с частотным спектром в полосе пропускания объекта и одновременно под воздействием ступенчатого возмущения. Параметры модели принимались равными параметрам объекта, заданное значение отношения сигналов R(τ)/R(0) принималось равным ZR=0.95, в результате интервал прогноза стабилизировался в окрестности Tpro≈10±2, постоянная времени корректирующего фильтра Tf поддерживалась пропорциональной интервалу прогноза Tf=A·Tpro+1, коэффициент усиления корректирующего фильтра принимался равным Kf=1. На Фиг.8 Qpid - интегрально-квадратичный критерий регулирования системы на базе оптимального ПИД регулятора, Qas - интегрально-квадратичный критерий регулирования предлагаемой адаптивной системы управления.On Fig presents the results of comparing the accuracy of regulation of the proposed adaptive control system and the closest analogue [5] (the prototype system [6] under these conditions loses stability) for an object under the influence of a random not measured exponentially correlated disturbance with the frequency spectrum in the passband object and at the same time under the influence of step perturbation. The parameters of the model were taken equal to the parameters of the object, the specified value of the signal ratio R (τ) / R (0) was taken equal to Z R = 0.95, as a result, the forecast interval stabilized in the vicinity of Tpro≈10 ± 2, the time constant of the correction filter Tf was maintained proportional to the forecast interval Tf = A ·
Кривая 1 иллюстрирует зависимость отношения Qpid/Qas от параметра A (фактически от постоянной времени фильтра) при полностью функционирующей структуре системы, с реализацией прогноза в цепи сигнальной самонастройки, а кривая 2 - при подаче на параметрический вход блока прогноза, вместо формируемого на выходе второго регулятора интервала прогноза, нулевого сигнала, т.е. фактически без прогноза. Как следует из результатов, представленных на Фиг.8, эффективность предлагаемой системы по сравнению с эффективностью системы [5] очевидна.
На Фиг.9 представлены результаты сравнения точности регулирования предлагаемой адаптивной системы управления и наиболее близкого аналога [5] для объекта, находящегося в тех же условиях, что и на Фиг.8 в зависимости от величины транспортного запаздывания объекта управления τO. Система прототип с ростом τO интервала прогноза теряет устойчивость. Кривая 1 иллюстрирует зависимость отношения Qpid/Qas от τO предлагаемой системы, с реализацией прогноза сигнала самонастройки, а кривая 2 - системы без прогноза. Как следует из Фиг.9, эффективность предлагаемой системы с ростом величины транспортного запаздывания объекта снижается, но остается существенно выше эффективности и адаптивной системы без блока прогноза и тем более оптимального ПИД регулятора.Figure 9 presents the results of comparing the accuracy of regulation of the proposed adaptive control system and the closest analogue [5] for an object located in the same conditions as in Fig. 8, depending on the magnitude of the transport delay of the control object τ O. The prototype system with increasing τ O forecast interval loses stability.
Исследовалась эффективность предлагаемой системы в подавлении воздействующего на объект случайного неконтролируемого экспоненциально коррелированного возмущения в условиях, когда скачкообразно изменяется задание основному (первому) регулятору при неточном знании динамики объекта. Рассматривался случай, когда постоянные времени объекта имели значения T10=55, T20=95, а постоянные времени эталонной модели не менялись и оставались равными T1m=35, T2m=75. В этих условиях точность отработки изменившегося скачком задания в предлагаемой системе примерно на 50% выше, чем у системы на базе ПИД регулятора, а эффективность подавления случайных неконтролируемых возмущений примерно в 4 раза выше, чем у ПИД регулятора, и в 2 раза выше, чем в адаптивной системе без блока прогноза. Система прототип, в условиях, когда изменяется задание регулятору, теряет устойчивость.We studied the effectiveness of the proposed system in suppressing a random uncontrolled exponentially correlated disturbance acting on an object under conditions when the task of the main (first) controller changes abruptly with inaccurate knowledge of the object's dynamics. The case was considered when the time constants of the object had the values T 10 = 55, T 20 = 95, and the time constants of the reference model did not change and remained equal to T 1m = 35, T2 m = 75. Under these conditions, the accuracy of working out a jump-changed task in the proposed system is approximately 50% higher than that of a system based on a PID controller, and the efficiency of suppressing random uncontrolled disturbances is approximately 4 times higher than that of a PID controller, and 2 times higher than adaptive system without forecast block. The prototype system, in conditions when the task of the regulator changes, loses stability.
Таким образом, предлагаемая адаптивная система позволяет повысить точность регулирования и устойчивость системы за счет введения в цепь сигнальной самонастройки нового контура автоматического регулирования интервала прогноза прогнозирующего блока и контура настройки постоянной времени корректирующего фильтра. Интервал прогноза в предлагаемой системе автоматически подстраивается под изменяющиеся статистические свойства неконтролируемого возмущения. Автоматическая настройка постоянной времени корректирующего фильтра пропорционально интервалу прогноза позволяет дополнительно усложнить структуру и повысить эффективность прогнозирующего блока.Thus, the proposed adaptive system makes it possible to increase the accuracy of regulation and the stability of the system by introducing into the signal self-tuning circuit a new circuit for automatically adjusting the forecast interval of the forecasting unit and the loop for setting the time constant of the correction filter. The forecast interval in the proposed system automatically adjusts to the changing statistical properties of an uncontrolled disturbance. Automatic adjustment of the time constant of the correction filter in proportion to the forecast interval allows you to further complicate the structure and increase the efficiency of the prediction block.
Предлагаемая адаптивная система наиболее легко может быть реализована на базе промышленных микропроцессорных контроллеров.The proposed adaptive system can most easily be implemented on the basis of industrial microprocessor controllers.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Солодовников В.В., Шрамко Л.С. Расчет и проектирование самонастраивающихся систем с эталонными моделями. М.: Машиностроение, 1972, с.35-37.1. Solodovnikov V.V., Shramko L.S. Calculation and design of self-tuning systems with reference models. M.: Mechanical Engineering, 1972, p. 35-37.
2. Громыко В.Д., Санковский Е.А. Самонастраивающиеся системы с моделью. М.: ЭНЕРГИЯ, 1974, с.17-22.2. Gromyko V.D., Sankovsky E.A. Self-tuning systems with a model. M .: ENERGY, 1974, p.17-22.
3. Авторское свидетельство СССР №591821, кл. G05B 17/02, 1977.3. Copyright certificate of the USSR No. 591821, cl. G05B 17/02, 1977.
4. Авторское свидетельство СССР №824142, кл. G05B 17/02, 1979.4. Copyright certificate of the USSR No. 824142, cl. G05B 17/02, 1979.
5. Авторское свидетельство СССР №1113781, кл. G05B 17/02, 1982.5. Copyright certificate of the USSR No. 1113781, cl. G05B 17/02, 1982.
6. Авторское свидетельство СССР №591821, кл. G05B 17/02, 13/04, 1986.6. Copyright certificate of the USSR No. 591821, cl. G05B 17/02, 13/04, 1986.
Claims (2)
в систему введены корректирующий фильтр с перестраиваемой постоянной времени, первый и второй блоки ограничения и первый и второй формирователи сигналов уровней ограничения, первый, второй и третий блоки усреднения на скользящем интервале времени, первый, второй и третий блоки умножения, четвертый, пятый и шестой сумматоры, второй блок временной задержки с перестраиваемым запаздыванием, блок деления, второй, третий, четвертый и пятый задатчики сигналов, второй регулятор, причем первый вход корректирующего фильтра подключен к выходу прогнозирующего блока, выход корректирующего фильтра подключен к входу первого блока ограничения, выход которого подключен к вычитающему входу второго сумматора, второй и третий входы первого блока ограничения подключены к выходам первого формирователя сигналов уровней ограничения, вход первого блока усреднения на скользящем интервале времени подключен к выходу третьего сумматора, а выход первого блока усреднения на скользящем интервале времени подключен к вычитающему входу четвертого сумматора, суммирующий вход которого подключен к выходу третьего сумматора, вход второго блока временной задержки с перестраиваемым запаздыванием соединен с выходом четвертого сумматора, первый и второй входы первого блока умножения подключены к выходу четвертого сумматора, первый вход второго блока умножения подключен к выходу четвертого сумматора, а второй вход второго блока умножения соединен с выходом второго блока временной задержки с перестраиваемым запаздыванием, выход первого блока умножения соединен с входом второго блока усреднения на скользящем интервале времени, выход которого подключен к первому входу блока деления в качестве делителя, выход второго блока умножения соединен с входом третьего блока усреднения на скользящем интервале времени, выход которого подключен к второму входу блока деления в качестве делимого, выход блока деления подключен к суммирующему входу пятого сумматора, вычитающий вход пятого сумматора подключен к выходу второго задатчика, выход пятого сумматора подключен к первому информационному входу второго регулятора, второй параметрический вход второго регулятора подключен к третьему задатчику, выход второго регулятора подключен к первому входу второго блока ограничения, второй и третий входы второго блока ограничения подключены к выходам второго формирователя сигналов уровней ограничения, выход второго блока ограничения подключен к первому входу третьего блока умножения, к второму параметрическому входу второго блока временной задержки с перестраиваемым запаздыванием и к второму параметрическому входу блока прогноза, второй вход третьего блока умножения подключен к выходу четвертого задатчика, выход третьего блока умножения подключен к первому входу шестого сумматора, второй вход которого подключен к выходу пятого задатчика, выход шестого сумматора подключен к второму параметрическому входу корректирующего фильтра. 1. Adaptive control system containing a first input signal generator, the output of which is connected to the summing input of the first adder, connected by the output to the input of the first controller, the output of the first controller is connected to the summing input of the second adder, the control object, the input of which is connected to the output of the second adder, and the output of the control object is connected to the input of a physically feasible inverse model of the object and to the subtracting input of the first adder, the first block of time delay connected by the input to the output of the second th adder, and the output of the first time delay block is connected to the subtracting input of the third adder, the summing input of which is connected to the output of a physically feasible inverse model of the object, the forecast block with a tunable forecast interval, the input of which is connected to the output of the third adder, characterized in that in order to increase system accuracy in terms of delay in the control object:
a correction filter with a tunable time constant, the first and second restriction blocks and the first and second signal conditioners of the restriction levels, the first, second and third averaging blocks on a moving time interval, the first, second and third multiplication blocks, the fourth, fifth and sixth adders are introduced , a second block of time delay with tunable delay, a division block, a second, third, fourth and fifth signal setter, a second regulator, and the first input of the correction filter is connected to the output of of the nosing block, the output of the correction filter is connected to the input of the first block of limitation, the output of which is connected to the subtracting input of the second adder, the second and third inputs of the first block of limitation are connected to the outputs of the first driver of signals of the restriction levels, the input of the first averaging block is connected to the output of the third the adder, and the output of the first averaging unit on a moving time interval is connected to the subtracting input of the fourth adder, the summing input of which is connected to the output of the third adder, the input of the second delay delay block with tunable delay is connected to the output of the fourth adder, the first and second inputs of the first multiplication unit are connected to the output of the fourth adder, the first input of the second multiplication unit is connected to the output of the fourth adder, and the second input of the second multiplication unit is connected to the output of the second block of the time delay with tunable delay, the output of the first block of multiplication is connected to the input of the second block of averaging over a moving time interval, the output is connected to the first input of the division unit as a divider, the output of the second multiplication unit is connected to the input of the third averaging unit on a sliding time interval, the output of which is connected to the second input of the division unit as a dividend, the output of the division unit is connected to the summing input of the fifth adder, subtracting the input the fifth adder is connected to the output of the second master, the output of the fifth adder is connected to the first information input of the second controller, the second parametric input of the second controller is connected to To the setter, the output of the second controller is connected to the first input of the second restriction block, the second and third inputs of the second restriction block are connected to the outputs of the second signal generator of the restriction levels, the output of the second restriction block is connected to the first input of the third multiplication block, to the second parametric input of the second time delay block with tunable delay and to the second parametric input of the prediction block, the second input of the third multiplication block is connected to the output of the fourth setter, the output is tr This multiplication unit is connected to the first input of the sixth adder, the second input of which is connected to the output of the fifth setter, the output of the sixth adder is connected to the second parametric input of the correction filter.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013153643/08A RU2541848C1 (en) | 2013-12-03 | 2013-12-03 | Adaptive control system |
PCT/RU2014/000836 WO2015084212A1 (en) | 2013-12-03 | 2014-11-06 | Adaptive control system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013153643/08A RU2541848C1 (en) | 2013-12-03 | 2013-12-03 | Adaptive control system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2541848C1 true RU2541848C1 (en) | 2015-02-20 |
Family
ID=53273820
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013153643/08A RU2541848C1 (en) | 2013-12-03 | 2013-12-03 | Adaptive control system |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2541848C1 (en) |
WO (1) | WO2015084212A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2616219C1 (en) * | 2016-02-24 | 2017-04-13 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский И Проектный Институт Карбамида И Продуктов Органического Синтеза" (Оао Ниик) | Self-adjusting automatic control system |
RU2693680C1 (en) * | 2018-03-27 | 2019-07-03 | Александр Игоревич Галькевич | Intelligent integrated digital platform designed to control large systems, and a method of controlling large systems |
RU2752800C1 (en) * | 2020-09-29 | 2021-08-06 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Apparatus for arrangement of measurement unit standard base |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106557028A (en) * | 2016-11-02 | 2017-04-05 | 华南理工大学 | A kind of piezoelectric ceramic actuator self-adaptation control method |
CN112859793B (en) * | 2021-02-04 | 2022-05-10 | 中南大学 | Industrial production process dynamic time delay identification method based on improved sliding time window |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1659980A1 (en) * | 1988-11-17 | 1991-06-30 | Иркутское высшее военное авиационное инженерное училище им.50-летия ВЛКСМ | Adaptive control system with a variable structure |
RU2215318C1 (en) * | 2002-08-19 | 2003-10-27 | Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН | Variable-structure adaptive system for controlling motion speed of submerged robot |
US7418432B2 (en) * | 2000-05-27 | 2008-08-26 | Georgia Tech Research Corporation | Adaptive control system having direct output feedback and related apparatuses and methods |
RU2468406C1 (en) * | 2011-06-10 | 2012-11-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Амурский Государственный Университет" | Adaptive system for controlling astatic object with delay |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU591821A1 (en) * | 1977-01-12 | 1978-02-05 | Предприятие П/Я В-8413 | Automatic control device |
SU1399700A1 (en) * | 1986-08-25 | 1988-05-30 | Организация П/Я В-8413 | Adaptive control system |
RU2457529C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-07-27 | Учреждение Российской академии наук Институт лазерной физики Сибирского отделения | Adaptive system for controlling and stabilising physical quantities |
-
2013
- 2013-12-03 RU RU2013153643/08A patent/RU2541848C1/en not_active IP Right Cessation
-
2014
- 2014-11-06 WO PCT/RU2014/000836 patent/WO2015084212A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1659980A1 (en) * | 1988-11-17 | 1991-06-30 | Иркутское высшее военное авиационное инженерное училище им.50-летия ВЛКСМ | Adaptive control system with a variable structure |
US7418432B2 (en) * | 2000-05-27 | 2008-08-26 | Georgia Tech Research Corporation | Adaptive control system having direct output feedback and related apparatuses and methods |
RU2215318C1 (en) * | 2002-08-19 | 2003-10-27 | Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН | Variable-structure adaptive system for controlling motion speed of submerged robot |
RU2468406C1 (en) * | 2011-06-10 | 2012-11-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Амурский Государственный Университет" | Adaptive system for controlling astatic object with delay |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2616219C1 (en) * | 2016-02-24 | 2017-04-13 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский И Проектный Институт Карбамида И Продуктов Органического Синтеза" (Оао Ниик) | Self-adjusting automatic control system |
RU2693680C1 (en) * | 2018-03-27 | 2019-07-03 | Александр Игоревич Галькевич | Intelligent integrated digital platform designed to control large systems, and a method of controlling large systems |
RU2693680C9 (en) * | 2018-03-27 | 2019-07-16 | Александр Игоревич Галькевич | An intelligent, integrated digital platform for managing large systems, and a way to manage large systems |
RU2752800C1 (en) * | 2020-09-29 | 2021-08-06 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Apparatus for arrangement of measurement unit standard base |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2015084212A1 (en) | 2015-06-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2541848C1 (en) | Adaptive control system | |
Huba | Performance measures, performance limits and optimal PI control for the IPDT plant | |
Grimholt et al. | Optimal PI and PID control of first-order plus delay processes and evaluation of the original and improved SIMC rules | |
Micić et al. | Optimization of PID controller with higher-order noise filter | |
Mataušek et al. | PID controller frequency-domain tuning for stable, integrating and unstable processes, including dead-time | |
Ingimundarson et al. | Robust tuning procedures of dead-time compensating controllers | |
Kaya | IMC based automatic tuning method for PID controllers in a Smith predictor configuration | |
Raja et al. | Smith predictor based parallel cascade control strategy for unstable and integrating processes with large time delay | |
Jeng et al. | Simultaneous automatic tuning of cascade control systems from closed-loop step response data | |
Pavković et al. | PID controller auto-tuning based on process step response and damping optimum criterion | |
Panda et al. | Parameter estimation of integrating and time delay processes using single relay feedback test | |
Tran et al. | A normalized PID controller in networked control systems with varying time delays | |
Jeng et al. | Disturbance-rejection-based tuning of proportional–integral–derivative controllers by exploiting closed-loop plant data | |
Laskawski et al. | Sampling rate impact on the tuning of PID controller parameters | |
Chen et al. | Modified Smith predictor scheme for periodic disturbance reduction in linear delay systems | |
Wang et al. | Tuning of linear active disturbance rejection controllers for second-order underdamped systems with time delay | |
Morato et al. | A novel unified method for time-varying dead-time compensation | |
Peterle et al. | Control of second order processes with dead time: the predictive PID solutions | |
JP5585381B2 (en) | Auto tuning device and auto tuning method | |
Zhang et al. | Enhancing performance of generalized minimum variance control via dynamic data reconciliation | |
US5796608A (en) | Self controllable regulator device | |
Grimholt et al. | Improved optimization-based design of PID controllers using exact gradients | |
I Muresan | Simplified optimization routine for tuning robust fractional order controllers | |
Przystupa | Tuning of PID controllers–approximate methods | |
Tchamna et al. | Optimization approach for the analytical design of an industrial PI controller for the optimal regulatory control of first order processes under operational constraints |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161204 |