RU2571570C1 - Automatic control system and method - Google Patents

Automatic control system and method Download PDF

Info

Publication number
RU2571570C1
RU2571570C1 RU2014122724/08A RU2014122724A RU2571570C1 RU 2571570 C1 RU2571570 C1 RU 2571570C1 RU 2014122724/08 A RU2014122724/08 A RU 2014122724/08A RU 2014122724 A RU2014122724 A RU 2014122724A RU 2571570 C1 RU2571570 C1 RU 2571570C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
controller
variable
output variable
Prior art date
Application number
RU2014122724/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014122724A (en
Inventor
Артём Андреевич Коробов
Евгений Иванович Глинкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ
Priority to RU2014122724/08A priority Critical patent/RU2571570C1/en
Publication of RU2014122724A publication Critical patent/RU2014122724A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2571570C1 publication Critical patent/RU2571570C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: information technology.
SUBSTANCE: in an automatic control system, having a controller which is connected in series through an actuating mechanism to a controlled object, unlike the prototype, the actuating mechanism is a digital-to-analogue converter and the system further includes an analogue-to-digital converter connected between the output of the controlled object and the input of a controller, which consists of a command value setting device, connected in series to adders, the outputs of which are connected through a divider to an exponentiation unit, the output of which is the output of the controller, the inputs of which are the second inputs of the adders which serve for the output variable of the controlled object.
EFFECT: automatic control of systems in an adaptive range owing to adaptive signal estimation based on a program-controlled normalised measure.
4 cl, 8 dwg, 5 tbl

Description

Предлагаемые изобретения относятся к автоматике и могут быть использованы в чистых помещениях для поддержания постоянной оптимальной температуры.The present invention relates to automation and can be used in cleanrooms to maintain a constant optimum temperature.

Известен способ автоматического управления системами, включающий в себя использование командных и фактических величин выходных переменных для регулирования управляемой системы [Носов Г.Р. и др. Автоматика и автоматизация мобильных сельскохозяйственных машин. - К.: Высшая школа, 1984, с.171]. Для его осуществления известно устройство, включающее в себя соединенные в блоки элементы преобразования и усиления выходной переменной управляемого объекта, а также блок для измерения возмущенного воздействия на управляемом объекте.A known method of automatic control of systems, including the use of command and actual values of the output variables to regulate the managed system [Nosov GR and others. Automation and automation of mobile agricultural machinery. - K .: Higher School, 1984, p.171]. For its implementation, a device is known that includes the elements of transformation and amplification of the output variable of a controlled object connected in blocks, as well as a block for measuring the disturbed effect on a controlled object.

Недостатком способа и устройства является низкая эффективность из-за недостаточной точности управления переходными процессами при требуемом быстродействии.The disadvantage of this method and device is low efficiency due to insufficient accuracy of transient control at the required speed.

За прототип принят способ автоматического управления системами [См. патент РФ №2153697, G05B 17/00, 2000, Фурунжиев Р.И.], при котором выходную переменную исполнительного механизма подают на вход управляемого объекта, измеряют фактическую величину выходной переменной управляемого объекта, которую вместе с величиной выходной переменной исполнительного механизма и командной величиной выходной переменной управляемого объекта используют для формирования управляющего сигнала, который подают на вход исполнительного механизма, причем дополнительно используют отрицательную обратную связь по выходной переменной исполнительного механизма, что измеряют скорость и ускорение изменения фактической величины выходной переменной управляемого объекта и подают ее на вход блока формирования желаемых свойств движения выходной переменной управляемого объекта вместе с фактической величиной выходной переменной управляемого объекта и величиной выходной переменной исполнительного механизма.The prototype adopted a method of automatic control of systems [see RF patent No. 2153697, G05B 17/00, 2000, Furunzhiev RI], in which the output variable of the actuator is fed to the input of the managed object, measure the actual value of the output variable of the managed object, which together with the value of the output variable of the actuator and the command value the output variable of the controlled object is used to generate a control signal, which is fed to the input of the actuator, and additionally use negative feedback on the output variable ADDITIONAL mechanism that measure the velocity and acceleration of change of the actual value of the output variable controlled object and fed it to the input of block forming the desired properties of the motion of the output variable controlled object together with the actual value of the output variable controlled object and the value of the output variable of the actuator.

В регуляторе, включающем в себя объединенные в блоки элементы преобразования и усиления скорости сигнала управляемого объекта, каналы измерения величины, скорости и ускорения выходной переменной которого связаны со входами регулятора, выход которого связан со входом исполнительного привода, выход последнего связан со входом управляемого объекта, имеются признаки: каналы измерения выходной переменной скорости и ускорения управляемого объекта связаны со входами блока, формирующего желаемые свойства движения выходной переменной управляемого объекта.In the controller, which includes the elements of conversion and amplification of the signal speed of the controlled object combined into blocks, the channels for measuring the magnitude, speed and acceleration of the output variable of which are connected to the inputs of the controller, the output of which is connected to the input of the actuator, the output of the latter is connected to the input of the controlled object signs: measurement channels of the output variable of speed and acceleration of the controlled object are connected to the inputs of the block forming the desired motion properties of the output variable of the control object to be added.

Прототипы обладают существенными недостатками: невозможностью автоматизации в адаптивном диапазоне из-за необходимости ручной настройки по субъективной мере оценки. Это снижает универсальность использования способа и устройства и их эффективность.Prototypes have significant drawbacks: the inability to automate in the adaptive range due to the need for manual tuning according to the subjective measure of assessment. This reduces the versatility of using the method and device and their effectiveness.

Технической задачей предлагаемого решения является автоматизация регулирования системами в адаптивном диапазоне за счет адаптивной оценки сигнала по программно-управляемой нормируемой мере.The technical task of the proposed solution is the automation of regulation by systems in the adaptive range due to adaptive signal estimation by software-controlled standardized measure.

Поставленная задача достигается тем, чтоThe task is achieved by the fact that

1. в способе автоматического управления системами, при котором выходную переменную исполнительного механизма подают на вход управляемого объекта, измеряют фактическую величину выходной переменной управляемого объекта, которую вместе с командной величиной входной переменной управляемого объекта используют для формирования управляющего сигнала. Управляющий сигнал подают на вход исполнительного механизма за счет использования отрицательной обратной связи по выходной переменной управляемого объекта. В отличие от прототипа выходную переменную управляемого объекта в цифровом эквиваленте подают на вход блока контроллера, управляющий сигнал которого соответствует желаемым свойствам выходной переменной управляемого объекта и его реализуют мультипликативно-симметричным критерием погрешности, выполняющим роль автоматического регулятора, который адаптируется по диапазону за счет оценки фактических величин входной и выходной переменной к нормированному эквиваленту их максимальных величин в каждый момент времени, и соответствующим квадрату отношения разности и суммы командной входной и выходной переменных управляемого объекта.1. in the method of automatic control of systems, in which the output variable of the actuator is fed to the input of the controlled object, the actual value of the output variable of the controlled object is measured, which, together with the command value of the input variable of the controlled object, is used to generate the control signal. The control signal is fed to the input of the actuator through the use of negative feedback on the output variable of the managed object. Unlike the prototype, the output variable of the controlled object in digital equivalent is fed to the input of the controller block, the control signal of which corresponds to the desired properties of the output variable of the controlled object and it is implemented by the multiplicatively symmetric error criterion, which acts as an automatic controller that adapts to the range by evaluating the actual values input and output variables to the normalized equivalent of their maximum values at each moment of time, and corresponding to the ratio of the difference and the sum of the command input and output variables of the managed object.

2. В системе автоматического управления, содержащей контроллер, последовательно соединенный через исполнительный механизм с управляемым объектом, в отличие от прототипа, исполнительным механизмом служит цифроаналоговый преобразователь и дополнительно введен аналого-цифровой преобразователь, включенный между выходом управляемого объекта и входом контроллера, который состоит из задатчика командной величины, последовательно соединенных с ним сумматоров, выходы которых через делитель связаны с блоком возведения в степень, выход которого является выходом контроллера, входами которого являются вторые входы сумматоров, служащие для выходной переменной управляемого объекта.2. In an automatic control system containing a controller connected in series through an actuator to a controlled object, in contrast to the prototype, a digital-to-analog converter serves as an actuator and an analog-to-digital converter is added, connected between the output of the controlled object and the input of the controller, which consists of a master command quantity, series-connected adders, the outputs of which through the divider are connected to the exponentiation block, the output of which th is the controller output, whose inputs are the second inputs of adders serving to output variable managed object.

3. В системе по п. 2, в отличие от прототипа, контроллер состоит из задатчика командной величины, подключенного ко входам сумматора и умножителя. Выход сумматора объединен со входом квадратора, выход которого через делитель связан с выходом умножителя, а выход делителя соединен через блок вычитания с выходом контроллера.3. In the system according to claim 2, in contrast to the prototype, the controller consists of a command value master connected to the inputs of the adder and multiplier. The output of the adder is combined with the input of the quadrator, the output of which through the divider is connected to the output of the multiplier, and the output of the divider is connected via the subtraction unit to the output of the controller.

4. В системе по п. 2, в отличие от прототипа, контроллер выполнен на программируемой логической матрице, включающей по числу эквивалентов командной величины количество программируемых дешифраторов двоичного кода входной переменной командной величины и выходной переменной управляемого объекта, систематизированных в адресном пространстве программируемой логической матрицы в знакогенератор, информационные входы которого служат для тактирования переменными, а выходы для формирования управляющего сигнала знакогенератора, который адаптируется по диапазону за счет оценки фактических величин входной и выходной переменных к нормированному эквиваленту их максимальных величин в каждый момент времени и соответствующим квадрату отношения разности и суммы командной входной и выходной переменных управляемого объекта на выходах логической матрицы.4. In the system of claim 2, in contrast to the prototype, the controller is executed on a programmable logic matrix, including the number of programmable decoders of the binary code of the input variable of the command value and the output variable of the managed object, systematized in the address space of the programmable logic matrix in the number of equivalents of the command quantity sign generator, information inputs of which are used for clocking by variables, and outputs for generating a control signal of the sign generator, which adapt ruetsya on the range by evaluating the actual values of input and output variables to a normalized equivalent of their maximum values at each time point and the corresponding square of the ratio of the difference and the sum of the command input and output variable of the controlled object at the outputs of the logical framework.

Сущность способа и устройства поясняют фиг. 1-8. Фиг. 1-5 отражают структуры устройства на уровне обобщенной и структурной, функциональной и матричной схем. Зависимости амплитудно-временных динамических характеристик U и погрешности ε от вида управляющего воздействия показаны на фиг. 6-7, качественный анализ которых представлен в таблицах 1-3. Фиг. 8 показывает зависимость погрешности ε и времени t выхода на режим от коэффициента k, реализуемой при регулировании с использованием стандартного критерия.The essence of the method and device is illustrated in FIG. 1-8. FIG. 1-5 reflect the structure of the device at the level of generalized and structural, functional and matrix circuits. The dependences of the amplitude-time dynamic characteristics U and the error ε on the type of control action are shown in FIG. 6-7, a qualitative analysis of which is presented in tables 1-3. FIG. Figure 8 shows the dependence of the error ε and the time t of reaching the regime on the coefficient k realized during regulation using the standard criterion.

В предлагаемом способе автоматического управления системами выходную переменную ε(E,U)=ε исполнительного механизма подают на вход управляемого объекта, измеряют фактическую величину U выходной переменной управляемого объекта, которую вместе с командной величиной входной переменной Е управляемого объекта используют для формирования управляющего сигнала ε(U2,Е)=ε2. Его подают на вход исполнительного механизма, причем используют отрицательную обратную связь по выходной переменной U управляемого объекта. Для автоматизации регулирования в адаптивном диапазоне выходную переменную U управляемого объекта в цифровом эквиваленте U2 подают на вход блока контроллера, управляющий сигнал ε(U2,E)=ε2 которого соответствует желаемым свойствам выходной переменной U управляемого объекта.In the proposed method for automatic control of systems, the output variable ε (E, U) = ε of the actuator is fed to the input of the controlled object, the actual value U of the output variable of the controlled object is measured, which, together with the command value of the input variable E of the controlled object, is used to generate the control signal ε ( U 2 , E) = ε 2 . It is fed to the input of the actuator, and use negative feedback on the output variable U of the managed object. To automate regulation in the adaptive range, the output variable U of the controlled object in digital equivalent U 2 is fed to the input of the controller unit, the control signal ε (U 2 , E) = ε 2 of which corresponds to the desired properties of the output variable U of the controlled object.

Алгоритм вычисления управляющего сигнала, в цифровом ε(U2,Е)=ε2 и тождественном аналоговом ε(U,E)=ε представлении, выполняющего функцию автоматического регулятора (погрешности мультипликативно-симметричного критерия МСК), оценивают по относительной погрешности:The algorithm for calculating the control signal, in digital ε (U 2 , E) = ε 2 and the identical analog ε (U, E) = ε representation, performing the function of an automatic controller (error of the multiplicatively symmetric criterion of the MSC), is estimated by the relative error:

Figure 00000001
Figure 00000001

где (ХСГСА)2 - отношение произведения случайных величин переменных ПUi к их нормируемому эквиваленту - max П=XCA, для i=1,2, т.к. используется n=2 переменных U1=E и U2=U, соответствует (XCA)2.where (X CG / X CA ) 2 is the ratio of the product of random variables PU i to their normalized equivalent - max P = X CA, for i = 1,2, because used n = 2 variables U 1 = E and U 2 = U, corresponds to (X CA ) 2 .

Их физический смысл тождественен квадрату средней геометрической оценки:Their physical meaning is identical to the square of the geometric mean score:

Figure 00000002
Figure 00000002

произведения переменных сигналов Е и U, а также квадрату среднего арифметического:products of variable signals E and U, as well as the square of the arithmetic mean:

Figure 00000003
Figure 00000003

Раскрывая значения ХСГ и ХСА соответственно (2) и (3), преобразуем (1):Opening the values of X SG and X CA, respectively (2) and (3), we transform (1):

Figure 00000004
Figure 00000004

Приведем выражение к общему знаменателю, раскроем скобки и объединим подобные члены:We bring the expression to a common denominator, expand the brackets and combine similar members:

Figure 00000005
Figure 00000005

Выражение [E2-2EU+U2) представляет собой квадрат разности, а 1 2 2

Figure 00000006
сокращаются в числителе и знаменателе, поэтому получаем относительную погрешность МСК в виде квадрата отношения разности и суммы командной входной Е и выходной переменных U управляемого объекта:The expression [E 2 -2EU + U 2 ) represents the square of the difference, and one 2 2
Figure 00000006
are reduced in the numerator and denominator, therefore, we obtain the relative error of the MSC in the form of the square of the ratio of the difference and the sum of the command input E and output variables U of the managed object:

Figure 00000007
Figure 00000007

Сущность способа поясняют фиг. 1-5. Фиг. 1 - обобщенная структурная схема, на которой 1 - контроллер (К), 2 - исполнительный механизм (ИМ) в виде цифроаналогового преобразователя (ЦАП), 3 - управляемый объект (УО), 4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП).The essence of the method is illustrated in FIG. 1-5. FIG. 1 is a generalized block diagram, in which 1 is a controller (K), 2 is an actuator (MI) in the form of a digital-to-analog converter (DAC), 3 is a managed object (UO), 4 is an analog-to-digital converter (ADC).

1. На обобщенной структурной схеме (Фиг. 1) выходную переменную е исполнительного механизма 2 подают на вход управляемого объекта 3, измеряют фактическую величину U выходной переменной управляемого объекта, которую вместе с командной величиной входной переменной Е управляемого объекта в коде U2 используют для формирования управляющего сигнала ε(E,U2)=ε2. Его подают на вход исполнительного механизма 2, причем используют отрицательную обратную связь по выходной переменной U управляемого объекта 3. Для автоматизации регулирования в адаптивном диапазоне выходную переменную U управляемого объекта преобразуют в код U2, подают на вход блока контроллера 1, управляющий сигнал ε которого соответствует желаемым свойствам выходной переменной U управляемого объекта. Управляющий сигнал ε реализуют мультипликативно-симметричным критерием (МСК) погрешности (4), соответствующим квадрату отношения разности (E-U) и суммы (E+U) командной входной Е и выходной U переменных управляемого объекта 3 и выполняющим роль автоматического регулятора. МСК ε = ( E U E + U ) 2

Figure 00000008
(4) адаптируется по диапазону за счет оценки фактических величин входной Е и выходной U переменной к нормированному эквиваленту их максимальных max (E,U) величин (3) в каждый момент времени.1. In the generalized block diagram (Fig. 1), the output variable e of the actuator 2 is fed to the input of the managed object 3, the actual value U of the output variable of the managed object is measured, which, together with the command value of the input variable E of the managed object in the code U 2, is used to form control signal ε (E, U 2 ) = ε 2 . It is fed to the input of the actuator 2, and negative feedback is used on the output variable U of the controlled object 3. To automate regulation in the adaptive range, the output variable U of the controlled object is converted into code U 2 , and fed to the input of controller 1, the control signal ε of which corresponds to desired properties of the output variable U of the managed entity. The control signal ε is realized by the multiplicatively symmetric criterion (MSC) of the error (4) corresponding to the squared ratio of the difference (EU) and the sum (E + U) of the command input E and output U of the variables of the controlled object 3 and acting as an automatic controller. MSC ε = ( E - U E + U ) 2
Figure 00000008
(4) adapts over the range by evaluating the actual values of the input E and output U variable to the normalized equivalent of their maximum max (E, U) values (3) at each time point.

2. На фиг. 2 показана структурная схема системы автоматического управления, содержащая контроллер 1, последовательно соединенный через исполнительный механизм 2 с управляемым объектом УОЗ, отличающаяся тем, что исполнительным механизмом 3 служит цифроаналоговый преобразователь ЦАП и дополнительно введен аналого-цифровой преобразователь АЦП4, включенный между выходом управляемого объекта 3 и входом контроллера 1. Контроллер 1 состоит из задатчика командной величины (1а), последовательно соединенных с ним сумматоров (1б), выходы которых через делитель (1в) связаны с блоком возведения в степень (1г), выход которого является выходом контроллера 1, входами которого являются вторые входы сумматоров, служащие для выходной переменной управляемого объекта.2. In FIG. 2 shows a block diagram of an automatic control system comprising a controller 1 connected in series through an actuator 2 to a controlled UOZ object, characterized in that the actuator 3 is a digital-to-analog DAC converter, and an analog-to-digital converter ADC4 connected between the output of the controlled object 3 and the input of controller 1. Controller 1 consists of a command value master (1a), adders (1b) connected in series with it, the outputs of which are through a divider l (1c) are connected with the exponentiation block (1d), the output of which is the output of controller 1, the inputs of which are the second inputs of the adders, which serve for the output variable of the managed object.

На структурной схеме системы (фиг. 2) выходную переменную Е блока задатчика командной величины 1а подают на вход сумматоров 1б. Измеряют фактическую величину выходной переменной U (тождественной цифровому эквиваленту U2) управляемого объекта 3, которую вместе с величиной входной переменной Е контроллера 1 подают на сумматоры 1б. Сигналы E-U и Е+U подают на делитель 1в, а затем на блок возведения в степень 1г, которые используют для формирования управляющего сигнала ε (4). Управляющий сигнал ε(U2,Е) подают на вход исполнительного механизма ЦАП 2. Сигнал с исполнительного механизма ε подается на управляемый объект 3. Дополнительно используют отрицательную обратную связь по выходной переменной управляемого объекта 3. Управляющее воздействие, соответствующее желаемым свойствам выходной переменной U управляемого объекта 3, реализуют мультипликативно-симметричным критерием погрешности (1). Блок 1 на фиг. 1 соответствует квадрату отношения разности и суммы входной и выходной переменных управляемого объекта U и выполняет роль автоматического регулятора. МСК адаптируется по диапазону за счет оценки фактических величин входной Е и выходной переменной U (2) к нормированному эквиваленту их максимальных величин (3) в каждый момент времени. Сигнал U с управляемого объекта 3 преобразуют АЦП 4 в цифровой эквивалент (сигнал U2) и подают на вход сумматоров 1б.On the structural diagram of the system (Fig. 2), the output variable E of the setpoint unit of command value 1a is fed to the input of adders 1b. The actual value of the output variable U (identical to the digital equivalent U 2 ) of the controlled object 3 is measured, which, together with the value of the input variable E of the controller 1, is fed to the adders 1b. The signals EU and E + U are fed to the divider 1B, and then to the block raising to the power of 1 g, which are used to generate the control signal ε (4). The control signal ε (U 2 , E) is fed to the input of the DAC actuator 2. The signal from the actuator ε is supplied to the managed object 3. Additionally, negative feedback is used on the output variable of the managed object 3. The control action corresponding to the desired properties of the output variable U of the controlled object 3, implement the multiplicatively symmetric error criterion (1). Block 1 in FIG. 1 corresponds to the square of the ratio of the difference and the sum of the input and output variables of the controlled object U and acts as an automatic controller. MSC adapts to the range by evaluating the actual values of input E and output variable U (2) to the normalized equivalent of their maximum values (3) at each time point. The signal U from the managed object 3 is converted by the ADC 4 into a digital equivalent (signal U 2 ) and fed to the input of adders 1b.

Конкретное исполнение блоков может иметь следующие признаки (фиг. 1): блок 1 является контроллером, необходим для задания сигнала Е и формирования управляющего сигнала ε(U2,E)=ε2. Блок 2 представляет собой исполняющий механизм (в виде ЦАП) для преобразования ε2 в аналоговый сигнал ε (4). Блок 3 является управляемым объектом. Сигнал U с выхода управляемого объекта 3 управления подается на вход АЦП 4, с которого сигнал в цифровом эквиваленте U2 поступает на блок контроллера (1).A specific implementation of the blocks may have the following features (Fig. 1): block 1 is a controller, it is necessary to set the signal E and generate a control signal ε (U 2 , E) = ε 2 . Block 2 is an executing mechanism (in the form of a DAC) for converting ε 2 into an analog signal ε (4). Block 3 is a managed entity. The signal U from the output of the controlled object 3 control is fed to the input of the ADC 4, from which the signal in digital equivalent U 2 is fed to the controller unit (1).

3. На фиг. 3 представлена функциональная схема системы, отличающаяся тем, что контроллер 1 состоит из задатчика командной величины (1а), подключенного ко входам умножителя (1д) и сумматора (1б), выход которого объединен со входом квадратора (1в), выход которого через делитель (1г) связан с выходом умножителя 1д. Выход делителя (1г) соединен через блок вычитания (1е) с выходом контроллера 1.3. In FIG. 3 is a functional diagram of the system, characterized in that the controller 1 consists of a command value master (1a) connected to the inputs of the multiplier (1d) and the adder (1b), the output of which is combined with the input of the quadrator (1c), the output of which is through a divider (1g) ) is connected with the output of the multiplier 1d. The output of the divider (1g) is connected via the subtraction unit (1e) to the output of the controller 1.

Входную переменную Е задатчика командной величины 1а подают на вход умножителя 1д и сумматора 1б. Сигнал П=EU с умножителя 1д подают на блок деления 1г, а сигнал Σ=E+U с сумматора 1б подают на квадратор 1в и нормируют в степень 2. Затем оба этих сигнала поступают на делитель (1г), а их отношение вычитают из единицы в блоке 1е, т.е. формируют управляющий сигнал (1).The input variable E of the master unit 1a is fed to the input of the multiplier 1e and the adder 1b. The signal П = EU from the multiplier 1d is fed to the division unit 1g, and the signal Σ = E + U from the adder 1b is fed to the quadrator 1c and normalized to the power of 2. Then both of these signals are sent to the divider (1g), and their ratio is subtracted from unity in block 1e, i.e. form a control signal (1).

4. Функциональную схему поясняет архитектура контроллера как неделимая совокупность программируемой логической матрицы (фиг. 4) и таблицы (фиг. 5) дешифрации погрешности. Контроллер 1 выполнен на программируемой логической матрице (ПЛМ, PLM), включающей по числу эквивалентов командной величины Е количество программируемых дешифраторов (DC) двоичного кода входной переменной командной величины Е и выходной переменной управляемого объекта U2, систематизированных в адресном пространстве программируемой логической матрицы в знакогенератор. Его информационные входы d0-dn служат для тактирования переменными Е и U2, а выходы Y0-Ym - для формирования управляющего сигнала ε(U2,Е)=ε2 знакогенератора, который адаптируется по диапазону за счет оценки фактических величин входной Е и выходной U переменных (2) к нормированному эквиваленту (3) их максимальных величин в каждый момент времени и соответствующим квадрату отношения (4) разности и суммы командной входной и выходной переменных управляемого объекта на выходах логической матрицы. Таблица дешифрации (фиг. 5) поясняет адресное пространство знакогенератора ПЛМ на примере первого эквивалента командной величины Е (0,1) первого дешифратора произведений (2) в управляющий сигнал (4). Первый и второй столбцы таблицы отражают выходные переменные U управляемого объекта, соответственно, в двоичном U2 и десятичном U10 коде. Последний и предпоследний столбцы иллюстрируют результат дешифрации управляющего сигнала (4) также в двоичном ε2 и десятичном ε10 коде.4. The functional diagram is explained by the controller architecture as an indivisible combination of a programmable logic matrix (Fig. 4) and a table (Fig. 5) of error decryption. The controller 1 is made on a programmable logic matrix (PLM, PLM), which includes the number of programmable decoders (DC) of the binary code of the input variable of the command value E and the output variable of the managed object U 2 , systematized in the address space of the programmable logic matrix into the character generator . Its information inputs d 0 -d n serve for clocking with the variables E and U 2 , and the outputs Y 0 -Y m serve for generating a control signal ε (U 2 , E) = ε 2 character generator, which adapts to the range by evaluating the actual values input E and output U variables (2) to the normalized equivalent (3) of their maximum values at each moment of time and corresponding to the square of the ratio (4) of the difference and the sum of the command input and output variables of the managed object at the outputs of the logical matrix. The decryption table (Fig. 5) explains the address space of the PLM character generator by the example of the first equivalent command value E (0,1) of the first product decoder (2) to the control signal (4). The first and second columns of the table reflect the output variables U of the managed object, respectively, in binary U 2 and decimal U 10 code. The last and penultimate columns illustrate the result of decryption of the control signal (4) also in binary ε 2 and decimal ε 10 code.

Основными критериями оценки качества работы пропорционального регулирования являются погрешность и время выхода на установившееся значение динамической характеристики.The main criteria for evaluating the quality of work of proportional regulation are the error and the time to reach the steady-state value of the dynamic characteristic.

Проведем сравнение эффективности предлагаемого критерия МСК со стандартным критерием, коэффициенты которого настраиваются вручную:Let us compare the effectiveness of the proposed MSC criterion with the standard criterion, the coefficients of which are manually adjusted:

Figure 00000009
Figure 00000009

где Е - это установившееся значение командной величины входной переменной, а U - значение выходной в данный момент времени. Стандартной и самой распространенной мерой оценки считается разность (5) между установившимся и текущем значении, что объясняется простотой ее вычисления. Но достоверность и объективность этой оценки условны из-за отсутствия оптимального эквивалента. Нормируем критерий (5) до уровня погрешности.where E is the steady-state value of the command value of the input variable, and U is the value of the output at a given time. The standard and most common assessment measure is the difference (5) between the steady-state and the current value, which is explained by the simplicity of its calculation. But the reliability and objectivity of this assessment is conditional due to the lack of an optimal equivalent. We normalize criterion (5) to the level of error.

Относительная погрешность при стандартном критерии находится по формуле:The relative error with the standard criteria is found by the formula:

Figure 00000010
Figure 00000010

На фиг. 8 показаны зависимости погрешности и времени выхода на режим от коэффициента k при использовании стандартного критерия (табл.1).In FIG. Figure 8 shows the dependences of the error and time to exit to the mode on the coefficient k using the standard criterion (Table 1).

1. Оптимизация k1. Optimization k kk Погрешность при t=0,9Error at t = 0.9 Время при погрешности =0,02Error time = 0.02 1one 0,140.14 0,890.89 0,50.5 0,120.12 0,850.85 0,30.3 0,1030.103 0,810.81 0,20.2 0,170.17 1,71.7 0,10.1 0,420.42 3,83.8 прец.кр.pre.cr 00 0,230.23

В процессе ручного регулирования (фиг. 8) из семейства выбрана лучшая характеристика по стандартному критерию (6) с оптимальным коэффициентом регулирования k=0,3 с минимальной погрешностью ε=0,103 и временем выхода на режим t=0,81 с.In the process of manual control (Fig. 8), the best characteristic was selected from the family according to the standard criterion (6) with the optimal control coefficient k = 0.3 with a minimum error ε = 0.103 and the time to reach the mode t = 0.81 s.

Результаты компьютерного моделирования зависимости амплитудно-временных динамических характеристик 1 и 2, соответствующих мультипликативно-симметричному (1,4) и стандартному (6) критериям, систематизированы на фиг. 6. Качественный анализ фиг.6 показывает повышение эффективности выхода на режим характеристик от стандартного 1 до прецизионного 2 критерия. Для проведения количественного анализа на фиг. 7 зафиксируем значение t=0.2 и оценим значение погрешности при фиксированном времени (табл.2).The results of computer simulation of the dependence of the amplitude-time dynamic characteristics 1 and 2, corresponding to the multiplicatively symmetric (1,4) and standard (6) criteria, are systematized in FIG. 6. Qualitative analysis of Fig.6 shows an increase in the efficiency of reaching the characteristics mode from standard 1 to precision 2 criteria. For quantitative analysis in FIG. 7, fix the value t = 0.2 and estimate the value of the error at a fixed time (Table 2).

2. Погрешность2. Accuracy Виды регулирования (время =0.2)Types of regulation (time = 0.2) Погрешность:Error: Адаптивный МСК 2Adaptive MSC 2 0.050.05 Стандартный 1Standard 1 0.650.65

Количественный анализ табл.2 показывает снижение погрешности регулирования с 65% для стандартного 1 до 5% МСК 2 критерия. Погрешность МСК 2 в 13 раз лучше стандарта 1, т.е. прецизионная, т.к. на порядок ниже.A quantitative analysis of Table 2 shows a decrease in the control error from 65% for standard 1 to 5% MSC 2 criteria. The error of MSC 2 is 13 times better than standard 1, i.e. precision because an order of magnitude lower.

На фиг. 7 показаны графики погрешностей прецизионного критерия МСК 2 и наиболее оптимально отрегулированного для k=0,3 (фиг. 8) стандартного 1 критерия. Для анализа оперативности зафиксируем уровень 0,2 погрешности и оценим текущее значение времени по оперативности (см. табл.3).In FIG. 7 shows the error graphs of the precision criterion MSC 2 and the most optimally adjusted for k = 0.3 (Fig. 8) standard 1 criterion. For the analysis of efficiency, we fix the level of 0.2 error and evaluate the current value of time for efficiency (see table 3).

3. Оперативность3. Efficiency Виды регулирования (погрешность ε=0.2)Types of regulation (error ε = 0.2) Значение t, сValue t, s Адаптивный МСК 2Adaptive MSC 2 0.10.1 Стандартный 1Standard 1 0.50.5

Эффективность по оперативности рассчитаем из отношения интервалов регулирования стандартного 1 t2 и МСК 2 t1 критериев, что позволяет сравнить, во сколько один критерий эффективнее другого:Efficiency in efficiency is calculated from the ratio of the regulation intervals of the standard 1 t 2 and MSC 2 t 1 criteria, which allows us to compare how much one criterion is more effective than the other:

Figure 00000011
Figure 00000011

Как видно из фиг. 7, МСК 2 критерий эффективнее стандартного 1 в 5 раз, т.е. практически на порядок выше.As can be seen from FIG. 7, MSC 2 criterion is 5 times more effective than standard 1, i.e. almost an order of magnitude higher.

Проведем анализ эффективности по точности стандартного 1 критерия ε1 относительно МСК 2 критерия ε2, поделив (6) на (4):Let us analyze the effectiveness of the accuracy of the standard 1 criterion ε 1 relative to the MSC 2 of the criterion ε 2 , dividing (6) by (4):

Figure 00000012
Figure 00000012

Выразим U пропорционально командной Е величине U=E/m, тогда:We express U in proportion to the command E value U = E / m, then:

Figure 00000013
Figure 00000013

Из (7) находим:From (7) we find:

Figure 00000014
Figure 00000014

Предположим, что m меняется от 1,01 до 1,1, результаты эффективности η систематизируем в табл.4:Suppose that m varies from 1.01 to 1.1, the results of the efficiency η are systematized in Table 4:

4. Эффективность4. Efficiency mm 1,011.01 1,021,02 1,031,03 1,041,04 1,051.05 1,061.06 1,071,07 1,081,08 1,091.09 1,11,1 ηη 400400 200200 133133 100one hundred 80,180.1 66,766.7 57,257.2 50,150.1 44,544.5 40,140.1

Из табл.4 видно, что ε1 всегда больше ε2 в η раз, следовательно, предлагаемый МСК 2 эффективнее стандартного 1 на 2 порядка. Кроме того, (7) показывает, что m может меняться в диапазоне от 1 до 0 и физически является коэффициентом k управления, т.е. η=k (табл.5):From table 4 it is seen that ε 1 is always η times greater than ε 2 , therefore, the proposed MSC 2 is 2 orders of magnitude more effective than standard 1. In addition, (7) shows that m can vary in the range from 1 to 0 and is physically a control coefficient k, i.e. η = k (table 5):

5. Коэффициент управления5. The control coefficient mm 0,90.9 0,80.8 0,70.7 0,60.6 0,50.5 0,40.4 0,(3)0, (3) 0,20.2 0,10.1 0,010.01 ηη 4040 20twenty 13,313.3 10,710.7 99 8,28.2 88 99 13,413,4 103103

Из табл.5 следует, что коэффициент управления не константа, а функция с оптимумом при m=0,3(3), что позволяет сделать вывод о его адаптивности при автоматизации процесса регулирования до желаемого оптимального нормированного эквивалента.From Table 5 it follows that the control coefficient is not a constant, but a function with an optimum at m = 0.3 (3), which allows us to conclude that it is adaptive in automating the regulation process to the desired optimal normalized equivalent.

Таким образом, формирование управляющего сигнала по программно-управляемой нормируемой мере МСК погрешности в отличие от известных решений повышает в два раза эффективность по точности и на порядок эффективность автоматического регулирования за счет оценки фактических величин входной и выходной переменной к нормированному эквиваленту их максимальных величин. Нормированный эквивалент по следящей обратной связи автоматически оптимизирует параметры динамической характеристики системы в адаптивном диапазоне, это исключает ручное регулирование оператором и на порядок повышает метрологическую эффективность.Thus, the formation of a control signal by a program-controlled standardized measure of the MSC error, in contrast to the known solutions, doubles the efficiency in accuracy and the order of magnitude of the efficiency of automatic control by evaluating the actual values of the input and output variables to the normalized equivalent of their maximum values. The normalized equivalent for follow-up feedback automatically optimizes the parameters of the dynamic characteristics of the system in the adaptive range, this eliminates manual control by the operator and increases the metrological efficiency by an order of magnitude.

Claims (4)

1. Способ автоматического управления системами, при котором выходную переменную исполнительного механизма подают на вход управляемого объекта, измеряют фактическую величину выходной переменной управляемого объекта, которую вместе с командной величиной входной переменной управляемого объекта используют для формирования управляющего сигнала, который подают на вход исполнительного механизма за счет использования отрицательной обратной связи по выходной переменной управляемого объекта, отличающийся тем, что выходную переменную управляемого объекта в цифровом эквиваленте подают на вход блока контроллера, управляющий сигнал которого соответствует желаемым свойствам выходной переменной управляемого объекта, и его реализуют мультипликативно-симметричным критерием погрешности, выполняющим роль автоматического регулятора, который адаптируется по диапазону за счет оценки фактических величин входной и выходной переменных к нормированному эквиваленту их максимальных величин в каждый момент времени, и соответствующим квадрату отношения разности и суммы командной входной и выходной переменных управляемого объекта.1. The method of automatic control of systems, in which the output variable of the actuator is fed to the input of the managed object, measure the actual value of the output variable of the managed object, which, together with the command value of the input variable of the managed object, is used to generate a control signal, which is fed to the input of the actuator due to the use of negative feedback on the output variable of the managed object, characterized in that the output variable In the digital equivalent, the supplied object is fed to the input of the controller unit, the control signal of which corresponds to the desired properties of the output variable of the controlled object, and it is implemented by the multiplicatively symmetric error criterion, which acts as an automatic controller that adapts to the range by evaluating the actual values of the input and output variables to the normalized equivalent of their maximum values at each moment of time, and the corresponding squared relations of the difference and the sum of the command input single and output variables of the managed object. 2. Система автоматического управления, содержащая контроллер, последовательно соединенный через исполнительный механизм с управляемым объектом, отличающаяся тем, что исполнительным механизмом служит цифроаналоговый преобразователь и дополнительно введен аналого-цифровой преобразователь, включенный между выходом управляемого объекта и входом контроллера, который состоит из задатчика командной величины, последовательно соединенных с ним сумматоров, выходы которых через делитель связаны с блоком возведения в степень, выход которого является выходом контроллера, входами которого являются вторые входы сумматоров, служащие для выходной переменной управляемого объекта.2. An automatic control system comprising a controller connected in series through an actuator to a controlled object, characterized in that the digital-to-analog converter is used as an actuator and an analog-to-digital converter is added, connected between the output of the controlled object and the input of the controller, which consists of a command unit of adders connected in series with it, the outputs of which through the divider are connected to the exponentiation block, the output of which is the controller output, the inputs of which are the second inputs of the adders, which serve for the output variable of the managed object. 3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что контроллер состоит из задатчика командной величины, подключенного ко входам умножителя и сумматора, выход которого объединен со входом квадратора, выход которого через делитель связан с выходом умножителя, а выход делителя соединен через блок вычитания с выходом контроллера.3. The system according to claim 2, characterized in that the controller consists of a command value commander connected to the inputs of the multiplier and the adder, the output of which is combined with the input of the quadrator, the output of which is connected through the divider to the output of the multiplier, and the output of the divider is connected through the subtraction unit with controller output. 4. Система по п. 2, отличающаяся тем, что контроллер выполнен на программируемой логической матрице, включающей по числу эквивалентов командной величины количество программируемых дешифраторов двоичного кода входной переменной командной величины и выходной переменной управляемого объекта, систематизированных в адресном пространстве программируемой логической матрицы в знакогенератор, информационные входы которого служат для тактирования переменными, а выходы - для формирования управляющего сигнала знакогенератора, который адаптируется по диапазону за счет оценки фактических величин входной и выходной переменных к нормированному эквиваленту их максимальных величин в каждый момент времени и соответствующим квадрату отношения разности и суммы командной входной и выходной переменных управляемого объекта на выходах логической матрицы. 4. The system according to claim 2, characterized in that the controller is executed on a programmable logic matrix, including the number of programmable decoders of the binary code of the input variable of the command value and the output variable of the managed object, systematized in the address space of the programmable logic matrix into the character generator, according to the number of command-value equivalents information inputs of which are used for clocking by variables, and outputs are used to form a control signal of the character generator, which is adapted etsya on the range by evaluating the actual values of input and output variables to a normalized equivalent of their maximum values at each time point and the corresponding square of the ratio of the difference and the sum of the command input and output variable of the controlled object at the outputs of the logical framework.
RU2014122724/08A 2014-06-03 2014-06-03 Automatic control system and method RU2571570C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014122724/08A RU2571570C1 (en) 2014-06-03 2014-06-03 Automatic control system and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014122724/08A RU2571570C1 (en) 2014-06-03 2014-06-03 Automatic control system and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014122724A RU2014122724A (en) 2015-12-10
RU2571570C1 true RU2571570C1 (en) 2015-12-20

Family

ID=54843217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014122724/08A RU2571570C1 (en) 2014-06-03 2014-06-03 Automatic control system and method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2571570C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2624136C1 (en) * 2016-05-25 2017-06-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВО "ТГТУ" Automatic control method and system
RU2690090C1 (en) * 2018-08-06 2019-05-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") Method and system of temperature and pressure control by tensometer bridge

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1633376A1 (en) * 1989-06-16 1991-03-07 Московский институт стали и сплавов Control system
RU2153697C2 (en) * 1997-04-24 2000-07-27 Решат Ибраимович Фурунжиев Method and regulator for controlling systems
US7418432B2 (en) * 2000-05-27 2008-08-26 Georgia Tech Research Corporation Adaptive control system having direct output feedback and related apparatuses and methods
US8219260B2 (en) * 2007-03-22 2012-07-10 Casio Computer Co., Ltd. Temperature control apparatus, processing apparatus, and temperature control method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1633376A1 (en) * 1989-06-16 1991-03-07 Московский институт стали и сплавов Control system
RU2153697C2 (en) * 1997-04-24 2000-07-27 Решат Ибраимович Фурунжиев Method and regulator for controlling systems
US7418432B2 (en) * 2000-05-27 2008-08-26 Georgia Tech Research Corporation Adaptive control system having direct output feedback and related apparatuses and methods
US8219260B2 (en) * 2007-03-22 2012-07-10 Casio Computer Co., Ltd. Temperature control apparatus, processing apparatus, and temperature control method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2624136C1 (en) * 2016-05-25 2017-06-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВО "ТГТУ" Automatic control method and system
RU2690090C1 (en) * 2018-08-06 2019-05-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") Method and system of temperature and pressure control by tensometer bridge

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014122724A (en) 2015-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nasiru et al. The new weibull-pareto distribution
RU2571570C1 (en) Automatic control system and method
DE112012005548T5 (en) An output correction method for a physical quantity sensor device, a physical quantity output correction method, a physical quantity sensor device, and a physical quantity sensor output value correction device
CN109844665B (en) Information processing method, information processing apparatus, computer-readable storage medium, and information processing system
JP2010267570A (en) Characteristics analyzer
DE102016108796B4 (en) Corrected temperature sensor measurement
Rogov et al. Fourth-order accurate bicompact schemes for hyperbolic equations
Halder et al. Proximal recursion for the Wonham filter
US20130282332A1 (en) Method of obtaining linear curve fitting conversion equation for use with non-linear measurement system
Khan et al. A comparison between numerical methods for solving Fuzzy fractional differential equations
CN110132117B (en) Piezoelectric ceramic actuator nanoscale displacement fusion measurement system, method and device
Jaddu et al. An iterative technique for solving a class of nonlinear quadratic optimal control problems using Chebyshev polynomials
CN113761712A (en) Method and system for evaluating measurement uncertainty of calibration system
RU2624136C1 (en) Automatic control method and system
EP3506027A1 (en) Control system, control method, and control program
JP6844204B2 (en) Prediction table design equipment, methods and programs
CN104483535A (en) Starting voltage testing method for all-digital follow-up system
Ferreira et al. Dynamic binomials with an application to gender bias analysis
RU2569179C1 (en) Method for determining static load characteristics against voltage
RU2465717C1 (en) Automatic voltage controller of synchronous generator
Juarez et al. Estimating cell cycle model parameters using systems identification
JP6311276B2 (en) Price determination device, price determination support device, price determination program, price determination support program, and price determination method
de Oliveira et al. The use of synthetic input sequences in time series modeling
Akbari et al. A compact finite difference method without using Hopf-Cole transformation for solving 1D Burgers’ equation
EP3410307A2 (en) Variable group calculation apparatus, variable group calculation method, variable group calculation program, and data structure

Legal Events

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

Effective date: 20160604