RU2697728C1 - Automatic systems control device with structural uncertainty - Google Patents

Automatic systems control device with structural uncertainty Download PDF

Info

Publication number
RU2697728C1
RU2697728C1 RU2018145069A RU2018145069A RU2697728C1 RU 2697728 C1 RU2697728 C1 RU 2697728C1 RU 2018145069 A RU2018145069 A RU 2018145069A RU 2018145069 A RU2018145069 A RU 2018145069A RU 2697728 C1 RU2697728 C1 RU 2697728C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
unit
formation
product
Prior art date
Application number
RU2018145069A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Сергеевич Андрашитов
Андрей Александрович Костоглотов
Сергей Валерьевич Лазаренко
Игорь Владимирович Пугачев
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
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 образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
Priority to RU2018145069A priority Critical patent/RU2697728C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2697728C1 publication Critical patent/RU2697728C1/en

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
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • 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
    • G05B13/0205—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06G—ANALOGUE COMPUTERS
    • G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
    • G06G7/12—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
    • G06G7/122—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for optimisation, e.g. least square fitting, linear programming, critical path analysis, gradient method

Abstract

FIELD: digital control systems.SUBSTANCE: invention relates to digital control systems and can be used to solve high-speed tasks in automated systems, for example, in radio equipment in phase automatic frequency control systems. Device has a constant storage unit, a difference generating unit, two unit for generating the module, five product generation units, a derivative generating unit, two sum generation units and a ratio generating unit.EFFECT: faster operation and number of operating modes of automated systems.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области цифровых систем управления и может быть использовано для решения задач быстродействия в автоматизированных системах при структурной неопределенности, которая проявляется в изменении математической модели объекта управления в процессе его функционирования. Ключевая гипотеза, позволяющая решить такую задачу, состоит в том, что динамика объекта удовлетворяет вариационному принципу Гамильтона – Остроградского. Это позволяет использовать условия максимума функции обобщенной мощности для построения устройства управления.The invention relates to the field of digital control systems and can be used to solve performance problems in automated systems with structural uncertainty, which manifests itself in a change in the mathematical model of the control object in the process of its functioning. The key hypothesis that allows us to solve this problem is that the dynamics of the object satisfies the Hamilton - Ostrogradsky variational principle. This allows you to use the maximum conditions of the function of generalized power to build a control device.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство адаптивного регулирования на основе объединённого принципа максимума (см. патент RU № 2646373, опубл. 02.03.2018 г.), содержащее блок хранения констант, блок формирования функции tan, блок линии задержки, два блока разности, два блока формирования модуля, блок суммы, четыре блока формирования произведения и блок отношения.The closest in technical essence and the achieved result is an adaptive control device based on the combined maximum principle (see patent RU No. 2646373, published 02.03.2018), containing a constant storage unit, a tan function generation unit, a delay line unit, two blocks differences, two module formation blocks, a sum block, four product formation blocks and a relationship block.

Недостатком устройства является отсутствие возможности изменения терминального состояния, а также относительно низкое быстродействие, что связано с аппроксимацией релейного режима тригонометрической функцией тангенс.The disadvantage of this device is the inability to change the terminal state, as well as the relatively low speed, which is associated with the approximation of the relay mode by the trigonometric tangent function.

Техническим результатом является увеличение быстродействия и числа режимов функционирования устройства.The technical result is to increase the speed and number of modes of operation of the device.

Технический результат достигается за счет того, что устройство управления автоматическими системами при структурной неопределенности содержит блок хранения констант, первый выход которого соединен с первым входом блока формирования разности, выход которого соединен с первым входом второго блока формирования суммы и первым входом второго блока формирования произведения, выход которого соединен с вторым входом второго блока формирования модуля, выход которого соединен с первым входом третьего блока формирования произведения, второй выход блока хранения констант соединен с первым входом первого блока формирования произведения, выход которого соединен с первым входом первого блока формирования суммы, выход которого соединен с вторым входом блока формирования отношения, третий выход блока хранения констант соединен с вторым входом первого блока формирования суммы, четвертый выход блока хранения констант соединен с вторым входом четвертого блока формирования произведения, пятый выход блока хранения констант соединен с вторым входом пятого блока формирования произведения, выход первого блока формирования модуля соединен с вторым входом первого блока формирования произведения, причем вход устройства соединён со вторым входом блока формирования разности, входом первого блока формирования модуля и входом блока формирования производной, выход которого соединен с вторым входом второго блока формирования произведения и вторым входом третьего блока формирования произведения, выход которого соединен с первым входом блока формирования отношения, выход которого соединен с первым входом четвертого блока формирования произведения, выход которого соединен с вторым входом второго блока формирования суммы, выход которого соединен с первым входом пятого блока формирования произведения, выход которого является выходом устройства.The technical result is achieved due to the fact that the control device for automatic systems with structural uncertainty contains a constant storage unit, the first output of which is connected to the first input of the difference forming unit, the output of which is connected to the first input of the second sum forming unit and the first input of the second product forming unit, output which is connected to the second input of the second unit of formation of the module, the output of which is connected to the first input of the third unit of formation of the product, the second the output of the constant storage unit is connected to the first input of the first product forming unit, the output of which is connected to the first input of the first sum forming unit, the output of which is connected to the second input of the ratio forming unit, the third output of the constant storage unit is connected to the second input of the first sum forming unit, fourth output the constant storage unit is connected to the second input of the fourth product generating unit, the fifth output of the constant storage unit is connected to the second input of the fifth product generating unit reference, the output of the first module formation unit is connected to the second input of the first product formation unit, and the input of the device is connected to the second input of the difference formation unit, the input of the first module formation unit and the input of the derivative formation unit, the output of which is connected to the second input of the second product formation unit and the second the input of the third unit of formation of the product, the output of which is connected to the first input of the unit of formation of relations, the output of which is connected to the first input of the fourth block Single product formation whose output is connected to a second input of the second forming unit sums the output of which is connected to the first input of the fifth unit forming product whose output is an output device.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена блок-схема устройства управления автоматическими системами при структурной неопределенности.The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 is a block diagram of a control system for automatic systems with structural uncertainty.

На Фиг.2 представлен фазовый портрет динамической системы второго порядка.Figure 2 presents a phase portrait of a dynamic system of the second order.

На Фиг.3 представлена динамика состояния объекта управления.Figure 3 presents the dynamics of the state of the control object.

Устройство управления автоматическими системами при структурной неопределенности содержит блок хранения констант 1; блок формирования разности 2; первый и второй блоки формирования модуля 3, 8; пять блоков формирования произведения 4, 6, 9, 12, 13; блок формирования производной 5; первый и второй блоки формирования суммы 7, 11 и блок формирования отношения 10.The control device for automatic systems with structural uncertainty contains a storage unit for constants 1; block forming the difference 2; the first and second blocks of the formation of the module 3, 8; five blocks of formation of the product 4, 6, 9, 12, 13; derivative formation unit 5; the first and second blocks of the formation of the sum of 7, 11 and the block of the formation of relations 10.

Работа устройства поясняется выражением:The operation of the device is illustrated by the expression:

Figure 00000001
(1)
Figure 00000001
 (one)

где

Figure 00000002
– текущее состояние,
Figure 00000003
 – текущая скорость, С – заданное терминальное состояние, λ–1 – неопределенный множитель Лагранжа, L – константа, зависящая от формы линии переключения, ε – константа, определяющая сдвиг линии переключения.Where
Figure 00000002
 - Current state,
Figure 00000003
 Is the current speed, C is the specified terminal state, λ –1 is the indefinite Lagrange multiplier, L is a constant depending on the shape of the switching line, ε is a constant that determines the shift of the switching line.

Устройство работает следующим образом: В момент времени

Figure 00000004
значение
Figure 00000002
 подаётся на второй вход блока 2 формирования разности, на вход блока 3 формирования модуля и на вход блока 5 формирования производной, с выхода которого значение
Figure 00000003
 поступает на второй вход второго блока 6 формирования произведения и на второй вход третьего блока 9 формирования произведения, с выхода которого значение
Figure 00000005
 поступает на первый вход блока 10 формирования отношения, с выхода которого значение
Figure 00000006
 поступает на первый вход четвертого блока 12 формирования произведения, с выхода которого значение
Figure 00000007
 поступает на второй вход второго блока 11 формирования суммы, с выхода которого значение
Figure 00000008
 поступает на первый вход пятого блока 13 формирования произведения, с выход которого значение
Figure 00000009
 поступает на выход устройства. С первого выхода блока 1 хранения констант значение
Figure 00000010
 поступает на первый вход блока 2 формирования разности, с выхода которого значение
Figure 00000011
 поступает на первый вход второго блока 11 формирования разности и первый вход второго блока 6 формирования произведения, с выхода которого значение
Figure 00000012
 поступает на вход второго блока 8 формирования модуля, с выхода которого значение
Figure 00000013
 поступает на первый вход третьего блока 9 формирования произведения, а со второго выхода блока 1 хранения констант значение L поступает на первый вход первого блока 4 формирования произведения, c выхода которого значение
Figure 00000014
 поступает на первый вход первого блока 7 формирования суммы, c выхода которого значение
Figure 00000015
 поступает на второй вход блока 10 формирования отношений, с третьего выхода блока 1 хранения констант значение
Figure 00000016
 поступает на второй вход первого блока 7 формирования суммы, с четвертого выхода блока 1 хранения констант значение -1 поступает на второй вход четвертого блока 12 формирования произведения, с пятого выхода блока 1 хранения констант значение
Figure 00000017
 поступает на второй вход пятого блока 13 формирования произведения, с выхода первого блока 3 формирования модуля значение
Figure 00000018
 поступает на второй вход первого блока 4 формирования произведения.The device operates as follows: At a time
Figure 00000004
 value
Figure 00000002
 is fed to the second input of the difference formation block 2, to the input of the module formation block 3 and to the input of the derivative formation block 5, from the output of which the value
Figure 00000003
 enters the second input of the second block 6 of the formation of the product and the second input of the third block 9 of the formation of the product, the output of which
Figure 00000005
 arrives at the first input of the block 10 forming the relationship, the output of which value
Figure 00000006
 arrives at the first input of the fourth block 12 of the formation of the product, from the output of which the value
Figure 00000007
 arrives at the second input of the second block 11 of the formation of the amount from the output of which the value
Figure 00000008
 arrives at the first input of the fifth block 13 of the formation of the product, with the output of which the value
Figure 00000009
 goes to the output of the device. From the first output of the constant storage unit 1, the value
Figure 00000010
 enters the first input of the difference forming unit 2, from the output of which the value
Figure 00000011
 arrives at the first input of the second block 11 of the formation of the difference and the first input of the second block 6 of the formation of the product, the output of which value
Figure 00000012
 enters the input of the second block 8 of the formation of the module, the output of which the value
Figure 00000013
 arrives at the first input of the third block 9 of the formation of the product, and from the second output of the block 1 storing constants, the value L goes to the first input of the first block 4 of the formation of the product, from the output of which the value
Figure 00000014
 arrives at the first input of the first block 7 of the formation of the sum, from the output of which the value
Figure 00000015
 arrives at the second input of the relations forming unit 10, from the third output of the constant storage unit 1, the value
Figure 00000016
 goes to the second input of the first block 7 of the formation of the sum, from the fourth output of the block 1 storing constants, the value -1 goes to the second input of the fourth block 12 of forming the product, from the fifth output of the block 1 of storing constants value
Figure 00000017
 enters the second input of the fifth block 13 of the formation of the product, from the output of the first block 3 of the formation of the module value
Figure 00000018
 arrives at the second input of the first block 4 of the formation of the product.

Пример. Рассмотрим динамическую систему второго порядкаExample. Consider a second-order dynamical system

Figure 00000019
(2)
Figure 00000019
 (2)

и необходимо поставить задачу синтеза управления, обеспечивающего минимум функционалаand it is necessary to set the task of control synthesis providing a minimum of functionality

Figure 00000020
. (3)
Figure 00000020
 . (3)

Оценка эффективности (1) произведена на основе сравнения с прототипом, функционирование которого задано выражением [1,2]:Evaluation of the effectiveness (1) is made on the basis of comparison with the prototype, the functioning of which is given by the expression [1,2]:

Figure 00000021
(4)
Figure 00000021
 (four)

Результаты математического моделирования приведены на фигурах 2, 3. Их анализ показывает, что в отличие от прототипа предлагаемое устройство обеспечивает большее быстродействие, а также позволяет выбрать терминальное состояние с нулевой скоростью. Непосредственное использование (4) не позволяет решить задачу (2), (3).The results of mathematical modeling are shown in figures 2, 3. Their analysis shows that, in contrast to the prototype, the proposed device provides greater speed, and also allows you to choose a terminal state with zero speed. Direct use of (4) does not allow solving problem (2), (3).

Результаты, приведенные в примере, позволяют сделать заключение о достижении заявленного технического результата.The results shown in the example allow us to conclude that the claimed technical result is achieved.

ЛитератураLiterature

1. Костоглотов А.А., Лазаренко С.В. Синтез адаптивных систем сопровождения на основе гипотезы о стационарности гамильтониана гиперповерхности переключения // Радиотехника и электроника. 2017. Т. 62. № 2. С. 121-125.1. Kostoglotov A.A., Lazarenko S.V. Synthesis of adaptive tracking systems based on the hypothesis of stationarity of the switching hypersurface Hamiltonian // Radio engineering and electronics. 2017.V. 62. No. 2. P. 121-125.

2. Костоглотов А.А., Лященко З.В., Лазаренко С.В., Дерябкин И.В., Манаенкова О.Н. Синтез адаптивных многорежимных регуляторов на основе комбинированного управления объединенного принципа максимума // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2016. № 3. С. 124-132.2. Kostoglotov A.A., Lyashchenko Z.V., Lazarenko S.V., Deryabkin I.V., Manaenkova O.N. Synthesis of adaptive multi-mode controllers based on combined control of the combined maximum principle // Bulletin of the Rostov State University of Railway Engineering. 2016. No. 3. P. 124-132.

Claims (1)

Устройство управления автоматическими системами при структурной неопределенности, содержащее блок хранения констант, первый выход которого соединен с первым входом блока формирования разности, выход которого соединен с первым входом второго блока формирования суммы и первым входом второго блока формирования произведения, выход которого соединен со вторым входом второго блока формирования модуля, выход которого соединен с первым входом третьего блока формирования произведения, второй выход блока хранения констант соединен с первым входом первого блока формирования произведения, выход которого соединен с первым входом первого блока формирования суммы, выход которого соединен со вторым входом блока формирования отношения, третий выход блока хранения констант соединен со вторым входом первого блока формирования суммы, четвертый выход блока хранения констант соединен со вторым входом четвертого блока формирования произведения, пятый выход блока хранения констант соединен со вторым входом пятого блока формирования произведения, выход первого блока формирования модуля соединен со вторым входом первого блока формирования произведения, причем вход устройства соединён со вторым входом блока формирования разности, входом первого блока формирования модуля и входом блока формирования производной, выход которого соединен со вторым входом второго блока формирования произведения и вторым входом третьего блока формирования произведения, выход которого соединен с первым входом блока формирования отношения, выход которого соединен с первым входом четвертого блока формирования произведения, выход которого соединен со вторым входом второго блока формирования суммы, выход которого соединен с первым входом пятого блока формирования произведения, выход которого является выходом устройства.A device for controlling automatic systems with structural uncertainty, comprising a constant storage unit, the first output of which is connected to the first input of the difference formation unit, the output of which is connected to the first input of the second sum formation unit and the first input of the second product formation unit, the output of which is connected to the second input of the second block the formation of the module, the output of which is connected to the first input of the third unit of formation of the product, the second output of the constant storage unit is connected to the first the input of the first product forming unit, the output of which is connected to the first input of the first sum forming unit, the output of which is connected to the second input of the ratio forming unit, the third output of the constant storage unit is connected to the second input of the first sum forming unit, the fourth output of the constant storage unit is connected to the second input the fourth block of the product formation, the fifth output of the constant storage unit is connected to the second input of the fifth block of the product creation, the output of the first block of m the muzzle is connected to the second input of the first product formation unit, the input of the device being connected to the second input of the difference formation unit, the input of the first module formation unit and the input of the derivative formation unit, the output of which is connected to the second input of the second product formation unit and the second input of the third product formation unit, the output of which is connected to the first input of the relationship formation unit, the output of which is connected to the first input of the fourth product formation unit, the output of which th connected to the second input of the second forming unit sums the output of which is connected to the first input of the fifth unit forming product whose output is an output device.
RU2018145069A 2018-12-19 2018-12-19 Automatic systems control device with structural uncertainty RU2697728C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018145069A RU2697728C1 (en) 2018-12-19 2018-12-19 Automatic systems control device with structural uncertainty

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018145069A RU2697728C1 (en) 2018-12-19 2018-12-19 Automatic systems control device with structural uncertainty

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2697728C1 true RU2697728C1 (en) 2019-08-19

Family

ID=67640623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018145069A RU2697728C1 (en) 2018-12-19 2018-12-19 Automatic systems control device with structural uncertainty

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2697728C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5251124A (en) * 1991-04-30 1993-10-05 Omron Corporation Fuzzy controller apparatus and method for steady state control
US20100100217A1 (en) * 2005-08-12 2010-04-22 Sumco Techxiv Corporation Control System and Method for Controlled Object in Time Variant System With Dead Time, Such As Single Crystal Production Device by Czochralski Method
RU2555234C1 (en) * 2014-01-16 2015-07-10 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" Министерства обороны Российской Федерации Control over object with free selection of behaviour
US9098078B2 (en) * 2011-06-02 2015-08-04 China University Of Petroleum Control algorithm based on modeling a controlled object
RU2613623C1 (en) * 2015-11-23 2017-03-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Terminal control device based on variational principles
RU2646373C1 (en) * 2016-12-20 2018-03-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет", (ДГТУ) Device of adaptive regulation based on the joint maximum principle

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5251124A (en) * 1991-04-30 1993-10-05 Omron Corporation Fuzzy controller apparatus and method for steady state control
US20100100217A1 (en) * 2005-08-12 2010-04-22 Sumco Techxiv Corporation Control System and Method for Controlled Object in Time Variant System With Dead Time, Such As Single Crystal Production Device by Czochralski Method
US9098078B2 (en) * 2011-06-02 2015-08-04 China University Of Petroleum Control algorithm based on modeling a controlled object
RU2555234C1 (en) * 2014-01-16 2015-07-10 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" Министерства обороны Российской Федерации Control over object with free selection of behaviour
RU2613623C1 (en) * 2015-11-23 2017-03-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Terminal control device based on variational principles
RU2646373C1 (en) * 2016-12-20 2018-03-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет", (ДГТУ) Device of adaptive regulation based on the joint maximum principle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2697728C1 (en) Automatic systems control device with structural uncertainty
Lucia et al. Improved design of nonlinear model predictive controllers
Taub Approximate solutions of the Einstein equations for isentropic motions of plane-symmetric distributions of perfect fluids
Karafyllis et al. Stability analysis of nonlinear inviscid microscopic and macroscopic traffic flow models of bidirectional cruise-controlled vehicles
Kumbasar et al. A gradient descent based online tuning mechanism for pi type single input interval type-2 fuzzy logic controllers
Fan et al. Quasi-time-dependent H∞ filtering of discrete-time 2-D switched systems with mode-dependent persistent dwell-time
RU2664004C1 (en) Converter of unary signal into paraphase signal with zero spacer
RU2646373C1 (en) Device of adaptive regulation based on the joint maximum principle
RU2580798C1 (en) Logic unit
Banichuk et al. On the solution of optimization problems with singularities
RU2613623C1 (en) Terminal control device based on variational principles
Strecker et al. Direct predictive boundary control of a first-order quasilinear hyperbolic PDE
Hikawa Improved winner-take-all circuit for neural network based on frequency-modulated signals
Швець et al. New ways of transition to deterministic chaos in nonideal oscillating systems
RU2713726C1 (en) Multi-mode synchronization device with adaptation
Zheng et al. Exponential stability and asynchronous stabilization of nonlinear impulsive switched systems via switching fuzzy Lyapunov function approach
Husain et al. On multiobjective nonlinear programming with support functions
RU2810551C1 (en) Synchronization device with fuzzy controller
Ruelle A theory of hydrodynamic turbulence based on non-equilibrium statistical mechanics
Wang et al. Sampled tracking for delayed systems using piecewise functioning controller
Klamka Controllability problem of neutral equation with Nussbaum fixed-point theorem
RU2580099C2 (en) Apparatus for determining values ??of characteristics of readiness for use product
Dimirovski et al. Novel characterizations for switched nonlinear systems with average dwell time: further findings
Zou et al. Extended lyapunov stability theorem and its applications in control system with constrained input
RU184245U1 (en) Simulator of a nonlinear robust control system for non-affine non-stationary objects with state delay