RU50323U1 - COMBINED COORDINATE-PARAMETRIC CONTROL SYSTEM FOR NON-STATIONARY NONLINEAR OBJECT - Google Patents
COMBINED COORDINATE-PARAMETRIC CONTROL SYSTEM FOR NON-STATIONARY NONLINEAR OBJECT Download PDFInfo
- Publication number
- RU50323U1 RU50323U1 RU2005114161/22U RU2005114161U RU50323U1 RU 50323 U1 RU50323 U1 RU 50323U1 RU 2005114161/22 U RU2005114161/22 U RU 2005114161/22U RU 2005114161 U RU2005114161 U RU 2005114161U RU 50323 U1 RU50323 U1 RU 50323U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- filter
- summing
- differentiating filter
- Prior art date
Links
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области автоматики и может быть использована при проектировании систем автоматического управления нелинейными нестационарными объектами. Технический результат заключается в повышении точности управления нестационарным и нелинейным по управлению и состоянию объектом. Система содержит последовательно соединенные задатчик, элемент сравнения, второй дифференцирующий фильтр, первый интегральный регулятор, второй суммирующий элемент, первый блок умножения, первый суммирующий элемент, усилитель мощности и объект, подключенный выходом ко второму входу элемента сравнения, третий суммирующий элемент, подсоединенный первым входом через первый инерционный фильтр к выходу второго суммирующего элемента и вторым входом через первый дифференцирующий фильтр к выходу объекта, второй блок умножения, подключенный первым входом через релейный элемент к выходу третьего суммирующего элемента, вторым входом через последовательно соединенные второй инерционный фильтр и блок выделения модуля к выходу первого суммирующего элемента и выходом через второй интегральный регулятор ко второму входу первого суммирующего элемента, третий дифференцирующий фильтр, подсоединенный входом к выходу задатчика и выходом ко второму входу второго суммирующего элемента, и вычислительное устройство, подключенное первым входом к выходу объекта, вторым входом к выходу первого суммирующего элемента и выходом ко второму входу первого блока умножения.The utility model relates to the field of automation and can be used in the design of automatic control systems for nonlinear non-stationary objects. The technical result consists in increasing the accuracy of control of non-stationary and non-linear object in control and condition. The system comprises a serially connected master, a comparison element, a second differentiating filter, a first integral controller, a second summing element, a first multiplication unit, a first summing element, a power amplifier and an object connected to the second input of the comparison element by a output, a third summing element connected to the first input through the first inertial filter to the output of the second summing element and the second input through the first differentiating filter to the output of the object, the second multiplication unit, connected the first input through the relay element to the output of the third summing element, the second input through the second inertial filter and the module selection unit connected to the output of the first summing element and the output through the second integral regulator to the second input of the first summing element, the third differentiating filter connected by the input to the output of the master and an output to the second input of the second summing element, and a computing device connected by the first input to the output of the object, the second input to the output a first adder element and the output to the second input of the first multiplier unit.
Description
Полезная модель относится к области автоматики и может быть использована при проектировании систем автоматического управления нестационарными нелинейными объектами.The utility model relates to the field of automation and can be used in the design of automatic control systems for non-stationary nonlinear objects.
Известна комбинированная система автоматического управления (САУ) нестационарным объектом n-го порядка [Патент RU 2150728, G 05 В 17/00, опубл. 10.06.2000, Бюл. №16], которая содержит объект, подключенный входом к выходу усилителя мощности, задатчик, два дифференцирующих фильтра, сумматор и элемент сравнения, который подсоединен одним входом через инерционный фильтр к задатчику и другим входом к выходу объекта, первый дифференцирующий фильтр подключен первым входом к выходу задатчика, вторым входом непосредственно и третьим входом через интегральный регулятор к выходу элемента сравнения, второй дифференцирующий фильтр подсоединен первым входом к выходу объекта, вторым входом к выходу первого дифференцирующего фильтра и выходом через предварительный усилитель к второму входу сумматора, который подключен первым входом к выходу первого дифференцирующего фильтра и выходом ко входу усилителя мощности.Known combined automatic control system (ACS) non-stationary object of the n-th order [Patent RU 2150728, G 05 17/00, publ. 06/10/2000, Bull. No. 16], which contains an object connected to the output of the power amplifier by an input, a setter, two differentiating filters, an adder and a comparison element, which is connected by one input through an inertial filter to the setter and the other input to the object’s output, the first differentiating filter is connected by the first input to the output the setter, the second input directly and the third input through the integral controller to the output of the comparison element, the second differentiating filter is connected by the first input to the output of the object, the second input to the output of the first ifferentsiruyuschego filter and exit through a pre-amplifier to the second input of the adder which is connected a first input to the output of the first differentiating filter output and to the input of the power amplifier.
Рассматриваемая САУ является непрерывной и построена по комбинированному принципу управления, так как помимо основного координатного контура регулирования с интегральным законом регулирования по отклонению компонент вектора состояния содержит дифференциальную компенсирующую связь по косвенно измеренному возмущению старшей (n-й) производной выходной величины. Причем указанное возмущение может быть обусловлено не только действием внутренних обратных связей объекта, но и внешними возмущающими воздействиями на входе объекта.The ACS under consideration is continuous and constructed according to the combined control principle, since in addition to the main coordinate control loop with an integral control law for the deviation of the components of the state vector, it contains a differential compensating relationship with respect to the indirectly measured perturbation of the highest (nth) derivative of the output quantity. Moreover, the specified perturbation can be caused not only by the action of the internal feedbacks of the object, but also by external disturbing influences at the input of the object.
Однако эта система управления не может гарантировать достаточно высокое качество процесса управления. Это обусловлено тем, что значение коэффициента усиления предварительного усилителя в контуре локализации возмущений, образованного введением дифференциальной компенсирующей связи, ограничено условиями устойчивости этого контура.However, this control system cannot guarantee a sufficiently high quality control process. This is due to the fact that the value of the gain of the preliminary amplifier in the localization circuit of perturbations formed by the introduction of differential compensating coupling is limited by the stability conditions of this circuit.
Кроме того, данная система предназначена для управления такими нестационарными объектами, которые являются линейными по управлению и нелинейными только по состоянию.In addition, this system is designed to control such non-stationary objects that are linear in control and non-linear only in state.
Известна также бинарная система координатно-параметрического управления нелинейным нестационарным объектом [Авт.свид. RU 1305631, G 05 В 13/00, опубл. 23.04.1987, Бюл. №15], которая содержит последовательно соединенные первый умножитель, объект управления, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика, а выход - с входами дифференциаторов, выходы которых и выход блока сравнения соединены через соответствующие первые усилители с входами первого сумматора, Also known is a binary coordinate-parametric control system for a nonlinear non-stationary object [Autosvid. RU 1305631, G 05 B 13/00, publ. 04/23/1987, Bull. No. 15], which contains the first multiplier, the control object, the comparison unit, the second input of which is connected to the output of the master, and the output to the inputs of the differentiators, the outputs of which and the output of the comparison unit are connected through the corresponding first amplifiers to the inputs of the first adder,
выход которого через последовательно соединенные первый модульный элемент, второй умножитель, второй сумматор, релейный элемент, третий умножитель и интегратор соединен с первым входом первого умножителя, выход первого сумматора соединен с входом второго сумматора, а выход интегратора - с вторым входом второго умножителя, выходы дифференциаторов через соответствующие вторые модульные элементы, третий сумматор и второй усилитель подключены к второму входу первого умножителя, два нелинейных функциональных блока, к входам которых подключены выходы вторых модульных элементов, выход первого нелинейного функционального блока через третий усилитель подключен к второму входу третьего умножителя, а выход второго нелинейного функционального блока подключен к входу третьего сумматора.whose output is connected through a series-connected first modular element, a second multiplier, a second adder, a relay element, a third multiplier and an integrator connected to the first input of the first multiplier, the output of the first adder is connected to the input of the second adder, and the integrator output is connected to the second input of the second multiplier, the outputs of the differentiators through the corresponding second modular elements, the third adder and the second amplifier are connected to the second input of the first multiplier, two non-linear functional blocks, the inputs of which are connected cheny outputs second modular elements, the output of the first non-linear functional unit via a third amplifier connected to the second input of the third multiplier and the output of the second non-linear function block is connected to the input of the third adder.
Данная система является квазинепрерывной и в ней реализован пропорциональный закон управления по сумме модулей преобразованных отклонений компонент вектора состояния с регулируемым по величине и полярности коэффициентом усиления. Этот коэффициент усиления формируется в координатно-параметрическом контуре системы локальным контуром релейно-интегрального регулирования, работающим в скользящем режиме. Поэтому координатный контур регулирования системы является непрерывным. Однако непрерывные системы с принципом управления по отклонению имеют недостаточно высокую точность при отработке внешних воздействий.This system is quasi-continuous and it implements a proportional control law by the sum of the modules of the transformed deviations of the components of the state vector with a gain that is adjustable in magnitude and polarity. This gain is formed in the coordinate-parametric system loop by the local relay-integral control loop operating in the sliding mode. Therefore, the coordinate loop control system is continuous. However, continuous systems with the principle of deviation control have insufficient accuracy when practicing external influences.
К тому же эта САУ предназначена для управления тоже такими нестационарными объектами, которые являются линейными по управлению и нелинейными только по состоянию.In addition, this self-propelled guns is also designed to control such non-stationary objects that are linear in control and non-linear only in state.
Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому техническому решению является комбинированная система координатно-параметрического управления нестационарным нелинейным объектом [Пат. RU №2230350 G 05 В 13/00, опубл. 10.06.2004, Бюл. №16], содержащая объект, который подключен входом к выходу усилителя мощности, элемент сравнения, который подсоединен одним входом через эталонную модель те задатчику и другим входом к выходу объекта, первый дифференцирующий фильтр в виде последовательно соединенных интегратора, n-1 интегросумматоров и суммирующего усилителя, который подключен выходом ко входу интегратора и второму входу всех своих интегросумматоров и вторым входом к выходу объекта, три суммирующих элемента, три инерционных фильтра, блок умножения, блок деления, подсоединенный первым входом к выходу первого суммирующего элемента и выходом к первому входу блока умножения, четвертый инерционный фильтр, четвертый суммирующий элемент, блок регуляторов в виде последовательно соединенных интегрального и пропорционально-интегрального регуляторов, второй дифференцирующий фильтр в виде последовательно соединенных n интегросумматоров и суммирующего усилителя, который подключен выходом ко второму входу каждого из своих интегросумматоров, первый суммирующий элемент подсоединен первым входом к выходу суммирующего усилителя первого дифференцирующего фильтра и вторым входом через первый инерционный фильтр к The closest analogue (prototype) to the proposed technical solution is a combined coordinate-parametric control system for a non-stationary non-linear object [Pat. RU No. 2230350 G 05 13/00, publ. 06/10/2004, Bull. No. 16], containing an object that is connected by an input to the output of the power amplifier, a comparison element that is connected by one input through the reference model to the master and the other input to the output of the object, the first differentiating filter in the form of a series-connected integrator, n-1 integrosummers and summing amplifier which is connected by the output to the integrator’s input and the second input of all its integrosumators and the second input to the object’s output, three summing elements, three inertial filters, a multiplication unit, a division unit, a subconnect the first inlet to the output of the first summing element and the output to the first input of the multiplication block, the fourth inertial filter, the fourth summing element, the block of regulators in the form of series-connected integral and proportional-integral regulators, the second differentiating filter in the form of series-connected n integrosummers and a summing amplifier, which is connected by the output to the second input of each of its integrosummators, the first summing element is connected by the first input to the output of the summarizer amplifier of the first differentiating filter and the second input through the first inertial filter to
выходу пропорционально-интегрального регулятора блока регуляторов, второй суммирующий элемент подсоединен первым входом к выходу второго дифференцирующего фильтра, вторым входом к выходу пропорционально-интегрального регулятора блока регуляторов и выходом ко второму входу блока умножения, третий суммирующий элемент подключен выходом ко входу усилителя мощности и через второй инерционный фильтр ко второму входу блока деления, первым входом к выходу блока умножения, вторым входом непосредственно и третьим входом через третий инерционный фильтр к выходу второго суммирующего элемента, четвертый суммирующий элемент подсоединен выходом ко входу интегрального регулятора блока регуляторов, первым входом к выходу суммирующего усилителя первого дифференцирующего фильтра и вторым входом через четвертый инерционный фильтр к выходу второго дифференцирующего фильтра, который подключен первым входом к выходу элемента сравнения и вторым входом к выходу задатчика, причем первым входом второго дифференцирующего фильтра служат первый вход первого и третий вход всех его остальных интегросумматоров, вторым входом и выходом второго дифференцирующего фильтра являются соответственно второй вход и выход его суммирующего усилителя, а эталонная модель выполнена высокочастотной.the output of the proportional-integral regulator of the regulator block, the second summing element is connected by the first input to the output of the second differentiating filter, the second input is the output of the proportional-integral regulator of the regulator block and the output to the second input of the multiplication block, the third summing element is connected by the output to the input of the power amplifier and through the second inertial filter to the second input of the division block, the first input to the output of the multiplication block, the second input directly and the third input through the third inertia filter to the output of the second summing element, the fourth summing element is connected by the output to the input of the integral regulator of the regulator block, the first input to the output of the summing amplifier of the first differentiating filter and the second input through the fourth inertial filter to the output of the second differentiating filter, which is connected by the first input to the output of the comparison element and a second input to the output of the master, and the first input of the first and third input of all its remains serve as the first input of the second differentiating filter nyh integrosummatorov, a second input and output of the second differentiating filter are respectively a second input and its output of the summing amplifier, and the reference model is made high.
Эта система является непрерывной и предназначена для управления нестационарными нелинейными объектами, которые тоже являются нелинейными лишь по состоянию, но линейными по управлению. При управлении объектами, нелинейными по управлению, данная САУ не может гарантировать достаточно высокую точность управления. Это объясняется тем, что в этой САУ контуром самонастройки осуществляется стабилизация лишь статического коэффициента усиления ее прямой цепи.This system is continuous and designed to control non-stationary non-linear objects, which are also non-linear only in state, but linear in control. When controlling objects non-linear in control, this self-propelled gun cannot guarantee a sufficiently high control accuracy. This is due to the fact that in this self-propelled self-tuning loop, only the static gain of its direct circuit is stabilized.
Кроме того, рассматриваемая САУ не может гарантировать достаточно высокую точность управления еще и потому, что быстродействие ее дифференциальной компенсирующей связи ограничено условиями устойчивости входящего в ее состав непрерывного контура регулирования. Этот контур регулирования содержит, в частности, следующие последовательно соединенные блоки: интегральный и пропорционально-интегральный регуляторы, второй и третий суммирующие элементы, усилитель мощности, объект, первый дифференцирующий фильтр и четвертый суммирующий элемент.In addition, the ACS under consideration cannot guarantee a sufficiently high control accuracy also because the speed of its differential compensating connection is limited by the stability conditions of the continuous control loop included in its composition. This control loop contains, in particular, the following series-connected units: integral and proportional-integral controllers, second and third summing elements, power amplifier, object, first differentiating filter and fourth summing element.
Задача полезной модели - построение комбинированной системы координатно-параметрического управления, которая вследствие своей новой структуры обеспечивает технический результат в виде повышения точности управления нестационарным объектом, нелинейным как по состоянию, так и по управлению.The objective of the utility model is to build a combined coordinate-parametric control system, which, due to its new structure, provides a technical result in the form of improving the accuracy of controlling an unsteady object, non-linear both in state and in control.
Решение поставленной задачи достигается тем, что комбинированная система координатно-параметрического управления нестационарным нелинейным объектом n-го порядка, содержащая объект, подключенный входом через усилитель мощности к выходу первого суммирующего элемента, первый дифференцирующий фильтр в виде последовательно соединенных интегратора, n-1 интегросумматоров и суммирующего усилителя, выход которого The solution to this problem is achieved by the fact that the combined coordinate-parametric control system for an unsteady non-linear object of the n-th order, containing the object connected by an input through a power amplifier to the output of the first summing element, the first differentiating filter in the form of a series-connected integrator, n-1 integrosummers and summing an amplifier whose output
подключен к входу интегратора и второму входу каждого интегросумматора и является выходом первого дифференцирующего фильтра, подключен входом, в качестве которого служит второй вход его суммирующего усилителя, к выходу объекта, первый блок умножения, подключенный первым входом к выходу второго суммирующего элемента и выходом к первому входу первого суммирующего элемента, первый интегральный регулятор, два инерционных фильтра, третий суммирующий элемент, подсоединенный первым входом к выходу первого дифференцирующего фильтра и вторым входом к выходу первого инерционного фильтра, задатчик, элемент сравнения, подключенный первым входом к выходу объекта и выходом к входу второго дифференцирующего фильтра в виде последовательно соединенных n интегросумматоров и суммирующего усилителя, выход которого подключен к второму входу всех своих интегросумматоров и служит выходом второго дифферент пирующего фильтра, снабжена вычислительным устройством, блоком выделения модуля, третьим, точно таким же как и первый, дифференцирующим фильтром и последовательно соединенными релейным элементом, вторым блоком умножения и вторым интегральным регулятором, при этом второй интегральный регулятор подключен выходом к второму входу первого суммирующего элемента, релейный элемент подсоединен входом к выходу третьего суммирующего элемента, первый интегральный регулятор подключен входом к выходу второго дифференцирующего фильтра и выходом к первому входу второго суммирующего элемента, первый инерционный фильтр подсоединен входом к выходу второго суммирующего элемента, второй инерционный фильтр подключен входом к выходу первого суммирующего элемента и выходом через блок выделения модуля к второму входу второго блока умножения, третий дифференцирующий фильтр подсоединен выходом к второму входу второго суммирующего элемента, задатчик подключен выходом к входу третьего дифференцирующего фильтра и второму входу элемента сравнения, вычислительное устройство подсоединено первым входом к выходу объекта, вторым входом к выходу первого суммирующего элемента и выходом к второму входу первого блока умножения, причем - входом второго дифференцирующего фильтра служит второй вход его суммирующего усилителя, соединенный с первым входом первого и третьим входом всех остальных его интегросумматоров.connected to the input of the integrator and the second input of each integrator and is the output of the first differentiating filter, connected to the input, which is the second input of its summing amplifier, to the output of the object, the first multiplication unit connected by the first input to the output of the second summing element and the output to the first input the first summing element, the first integral regulator, two inertial filters, the third summing element connected by the first input to the output of the first differentiating filter and second the input to the output of the first inertial filter, a master, a comparison element connected to the output of the object by the first input and output to the input of the second differentiating filter in the form of n integrally integrated integrators and a summing amplifier, the output of which is connected to the second input of all of its integrators and serves as the output of the second trim filter, equipped with a computing device, a module allocation unit, a third, exactly the same as the first, differentiating filter and relays connected in series element, the second multiplication unit and the second integral controller, while the second integral controller is connected by the output to the second input of the first summing element, the relay element is connected by the input to the output of the third summing element, the first integral controller is connected by the input to the output of the second differentiating filter and the output to the first input of the second summing element, the first inertial filter is connected by the input to the output of the second summing element, the second inertial filter is connected by the input to you the first summing element and the output through the module selection unit to the second input of the second multiplication unit, the third differentiating filter is connected by the output to the second input of the second summing element, the controller is connected by the output to the input of the third differentiating filter and the second input of the comparison element, the computing device is connected by the first input to the output object, the second input to the output of the first summing element and the output to the second input of the first block of multiplication, moreover, the input of the second differentiating phi liter serves as the second input of its summing amplifier, connected to the first input of the first and third input of all of its other integrosum.
Вычислительное устройство содержит два блока выделения модуля, первый дифференцирующий фильтр в виде последовательно соединенных интегратора, n интегросумматоров и суммирующего усилителя, который подключен выходом к входу интегратора и второму входу всех интегросумматоров, второй дифференцирующий фильтр в виде последовательно соединенных интегратора и n интегросумматоров, выход последнего из которых подключен к входу интегратора и второму входу всех интегросумматоров, и последовательно соединенные релейный элемент, интегральный регулятор, блок умножения и элемент сравнения, при этом первый дифференцирующий фильтр подключен выходом через первый блок выделения модуля к второму входу блока умножения, второй дифференцирующий фильтр подсоединен The computing device contains two module isolation units, a first differentiating filter in the form of a series-connected integrator, n integrosummers and a summing amplifier, which is connected by an output to the integrator input and a second input of all integrosummers, a second differentiating filter in the form of a series-connected integrator and n integrosummers, the output of the last of which is connected to the input of the integrator and the second input of all integrosumators, and series-connected relay element, integral p an regulator, a multiplication unit and a comparison element, wherein the first differentiating filter is connected by the output through the first module allocation unit to the second input of the multiplication unit, the second differentiating filter is connected
выходом через второй блок выделения модуля к второму входу элемента сравнения, который подключен выходом ко входу релейного элемента, а первым и вторым входами и выходом вычислительного устройства служат соответственно второй вход суммирующего усилителя первого дифференцирующего фильтра, третий вход первого интегросумматора второго дифференцирующего фильтра и выход интегрального регулятора.the output through the second module selection unit to the second input of the comparison element, which is connected by the output to the input of the relay element, and the first and second inputs and the output of the computing device respectively serve as the second input of the summing amplifier of the first differentiating filter, the third input of the first integrator of the second differentiating filter and the output of the integral controller .
На фиг.1 представлена функциональная схема комбинированной системы координатно-параметрического управления нестационарным нелинейным объектом, а на фиг.2 - вычислительного устройства, на фиг.3 - первого и третьего дифференцирующих фильтров, а на фиг.4 - второго дифференцирующего фильтра.Figure 1 presents a functional diagram of a combined coordinate-parametric control system for a non-stationary nonlinear object, and in Fig. 2 - a computing device, in Fig. 3 - the first and third differentiating filters, and in Fig. 4 - the second differentiating filter.
Комбинированная система координатно-параметрического управления нестационарным нелинейным объектом n-гo порядка содержит объект 1, подключенный входом через усилитель 2 мощности к выходу первого суммирующего элемента 3, первый дифференцирующий фильтр 4 в виде последовательно соединенных интегратора 4/1, n-1 интегросумматоров 4/2÷4/n и суммирующего усилителя 4/(n+1), выход которого подключен к входу интегратора 4/1 и второму входу каждого интегросумматора 4/2÷4/n и является выходом первого дифференцирующего фильтра 4, подсоединен входом, в качестве которого служит второй вход его суммирующего усилителя 4/(n+1), к выходу объекта 1, первый блок 5 умножения, подключенный первым входом к выходу второго суммирующего элемента 6 и выходом к первому входу первого суммирующего элемента 3, первый интегральный регулятор 7, два инерционных фильтра 8 и 9, третий суммирующий элемент 10, подсоединенный первым входом к выходу первого дифференцирующего фильтра 4 и вторым входом к выходу первого инерционного фильтра 8, задатчик 11, элемент 12 сравнения, подключенный первым входом к выходу объекта 1 и выходом к входу второго дифференцирующего фильтра 13 в виде последовательно соединенных n интегросумматоров 13/1÷13/n и суммирующего усилителя - 13/(n+1), выход которого подключен к второму входу всех своих интегросумматоров 13/1÷13/n и служит выходом второго дифференцирующего фильтра 13, вычислительное устройство 14, блок 15 выделения модуля, третий, точно такой же как и первый, дифференцирующий фильтр 16 в виде последовательно соединенных интегратора 16/1, n-1 интегросумматоров 16/2÷16/n и суммирующего усилителя 16/(n+1), выход которого подключен к входу интегратора 16/1 и второму входу каждого интегросумматора 16/2÷16/n и является выходом третьего дифференцирующего фильтра 16, и последовательно соединенные релейный элемент 17, второй блок 18 умножения и второй интегральный регулятор 19, при этом второй интегральный регулятор 19 подключен выходом к второму входу первого суммирующего элемента 3, релейный элемент 17 подсоединен входом к выходу третьего суммирующего элемента 10, первый интегральный регулятор 7 подключен входом к выходу второго дифференцирующего фильтра 13 и выходом, к первому входу второго суммирующего элемента 6, первый инерционный фильтр 8 подсоединен входом к выходу второго суммирующего элемента 6, второй The combined coordinate-parametric control system of an n-th non-stationary non-linear object contains an object 1 connected by an input through a power amplifier 2 to the output of the first summing element 3, the first differentiating filter 4 in the form of series-connected integrator 4/1, n-1 integrosummers 4/2 ÷ 4 / n and summing amplifier 4 / (n + 1), the output of which is connected to the input of the integrator 4/1 and the second input of each integrator 4/2 ÷ 4 / n and is the output of the first differentiating filter 4, connected to the input, as which serves as the second input of its summing amplifier 4 / (n + 1), to the output of object 1, the first multiplication unit 5, connected by the first input to the output of the second summing element 6 and the output to the first input of the first summing element 3, the first integral controller 7, two inertial filters 8 and 9, the third summing element 10, connected by the first input to the output of the first differentiating filter 4 and the second input to the output of the first inertial filter 8, the setter 11, the comparison element 12, connected by the first input to the output of the object 1 and the output to input the ode of the second differentiating filter 13 in the form of n serially connected integrosumators 13/1 ÷ 13 / n and a summing amplifier - 13 / (n + 1), the output of which is connected to the second input of all its integrosumators 13/1 ÷ 13 / n and serves as the output of the second differentiating filter 13, computing device 14, module separation unit 15, a third, exactly the same as the first, differentiating filter 16 in the form of integrally integrated integrators 16/1, n-1 integrosumators 16/2 ÷ 16 / n and a summing amplifier 16 / (n + 1), the output of which is connected to the input of the integrator 16/1 and in each input of each integrator 16/2 ÷ 16 / n is the output of the third differentiating filter 16, and the relay element 17, the second multiplication unit 18 and the second integral controller 19 are connected in series, while the second integral controller 19 is connected by the output to the second input of the first summing element 3, the relay element 17 is connected by an input to the output of the third summing element 10, the first integral controller 7 is connected by an input to the output of the second differentiating filter 13 and an output, to the first input of the second summing element 6, the first inertial filter 8 is connected by an input to the output of the second summing element 6, the second
инерционный фильтр 9 подключен входом к выходу первого суммирующего элемента 3 и выходом через блок 15 выделения модуля к второму входу второго блока 18 умножения, третий дифференцирующий фильтр 16 подсоединен выходом к второму входу второго суммирующего элемента 6, задатчик 11 подключен выходом к второму входу элемента 12 сравнения и к входу третьего дифференцирующего фильтра 16, в качестве которого служит второй вход суммирующего усилителя 16/(n+1), вычислительное устройство 14 подсоединено первым входом к выходу объекта 1, вторым входом к выходу первого суммирующего элемента 3 и выходом к второму входу первого блока 5 умножения, причем входом второго дифференцирующего фильтра 13 служит второй вход его суммирующего усилителя 13/(n+1), соединенный с первым входом первого 13/1 и третьим входом всех остальных его интегросумматоров 13/2÷13/n.the inertial filter 9 is connected by the input to the output of the first summing element 3 and the output through the module selection unit 15 to the second input of the second multiplication unit 18, the third differentiating filter 16 is connected by the output to the second input of the second summing element 6, the setter 11 is connected by the output to the second input of the comparison element 12 and to the input of the third differentiating filter 16, which is the second input of the summing amplifier 16 / (n + 1), the computing device 14 is connected by the first input to the output of the object 1, the second input to the output the first summing element 3 and the output to the second input of the first block 5 of multiplication, and the input of the second differentiating filter 13 is the second input of its summing amplifier 13 / (n + 1), connected to the first input of the first 13/1 and the third input of all of its other integrosumators 13 / 2 ÷ 13 / n.
Вычислительное устройство 14 содержит два блока 20 и 21 выделения модуля, первый дифференцирующий фильтр 22 в виде последовательно соединенных интегратора 22/1, n интегросумматоров 22/2÷22/(n+1) и суммирующего усилителя 22/(n+2), который подключен выходом к входу интегратора 22/1 и второму входу всех своих интегросумматоров 22/2÷22/(n+1), второй дифференцирующий фильтр 23 в виде последовательно соединенных интегратора 23/1 и n интегросумматоров 23/2÷23/(n+1), выход последнего из которых подключен к входу интегратора 22/1 и второму входу всех интегросумматоров 22/2÷22/(n+1), и последовательно соединенные релейный элемент 24, интегральный регулятор 25, блок 26 умножения и элемент 27 сравнения, который подключен выходом ко входу релейного элемента 24, при этом первый дифференцирующий фильтр 22 подключен выходом через первый блок 20 выделения модуля к второму входу блока 26 умножения, второй дифференцирующий фильтр 23 подсоединен выходом через второй блок 21 выделения модуля к второму входу элемента 27 сравнения, а первым и вторым входами и выходом вычислительного устройства 14 служат соответственно второй вход суммирующего усилителя 22/(n+2) первого дифференцирующего фильтра 22, третий вход первого интегросумматора 23/2 второго дифференцирующего фильтра 23 и выход интегрального регулятора 25.The computing device 14 contains two blocks 20 and 21 of the selection module, the first differentiating filter 22 in the form of series-connected integrator 22/1, n integrosumators 22/2 ÷ 22 / (n + 1) and a summing amplifier 22 / (n + 2), which connected by the output to the input of the integrator 22/1 and the second input of all its integrosummers 22/2 ÷ 22 / (n + 1), the second differentiating filter 23 in the form of series-connected integrator 23/1 and n integrosumators 23/2 ÷ 23 / (n + 1), the output of the last of which is connected to the input of the integrator 22/1 and the second input of all integrosummers 22/2 ÷ 22 / (n + 1), and a series-connected relay element 24, an integral controller 25, a multiplication unit 26 and a comparison element 27, which is connected to the input of the relay element 24 by an output, while the first differentiating filter 22 is connected by the output through the first module allocation unit 20 to the second input of the multiplication unit 26, the second the differentiating filter 23 is connected by the output through the second block 21 of the module to the second input of the comparison element 27, and the first and second inputs respectively serve as the first and second inputs and the output of the computing device 14 its amplifier 22 / (n + 2) of the first differentiating filter 22, the third input of the first integrosummatora 23/2 second differentiating filter 23 and the output of the integral regulator 25.
Комбинированная система координатно-параметрического управления нестационарным нелинейным объектом имеет следующее математическое описание: The combined coordinate-parametric control system for a non-stationary nonlinear object has the following mathematical description:
- для объекта управления- for the control object
y(n)=f(Y,u,t), Y(0)=Y0;y (n) = f (Y, u, t), Y (0) = Y 0 ;
- для управляющего устройства- for control device
где Y - вектор фазовых координат; y(n) - старшая производная выходной регулируемой величины объекта 1; u - управляющее воздействие; f(Y,u,t) - нелинейная функция, аналитическая относительно своих аргументов, причем зависимость ее от времени t отражает действие параметрических where Y is the vector of phase coordinates; y (n) is the highest derivative of the output controlled variable of object 1; u is the control action; f (Y, u, t) is a nonlinear function analytic with respect to its arguments, and its dependence on time t reflects the action of parametric
возмущений; - требуемый закон изменения n-й производной выходной регулируемой величины,disturbances; - the required law of change of the nth derivative of the output controlled variable,
k-1(t1) - обратный динамический коэффициент усиления линеаризованного в текущий момент времени t1 объекта 1,k -1 (t 1 ) is the inverse dynamic gain of the linearized at the current time t 1 object 1,
причем k-1(0)>0, , - измеренные с помощью дифференцирующих фильтров 22 и 23 вычислительного устройства 14 значения производных соответствующих величин, ; ; μ - малая постоянная времени фильтров, включение которых в синтезируемую систему необходимо для физической реализуемости соответствующих производных. Значение μ выбирается обратно пропорциональным значению граничной частоты требуемой по условиям помехозащищенности системы полосы частот равномерного пропускания фильтров; σ0, σ, - постоянные коэффициенты, которые определяются следующими соотношениями:where k -1 (0)> 0, , - measured using differentiating filters 22 and 23 of the computing device 14, the values of the derivatives of the corresponding quantities, ; ; μ is the small time constant of the filters, the inclusion of which in the synthesized system is necessary for the physical realizability of the corresponding derivatives. The value of μ is chosen inversely proportional to the value of the cutoff frequency required by the conditions of the noise immunity of the system of the frequency band of uniform filter transmission; σ 0 , σ, - constant coefficients, which are determined by the following relationships:
Комбинированная система координатно-параметрического управления нестационарным нелинейным объектом работает следующим образом.The combined coordinate-parametric control system for a non-stationary nonlinear object works as follows.
Сигнал задания с выхода задатчика 11 поступает на вход третьего дифференцирующего фильтра 16 и на второй вход элемента 12 сравнения, на первый вход которого поступает с выхода объекта 1 сигнал, являющийся его выходной регулируемой величиной. Сигнал рассогласования с выхода элемента 12 сравнения, обусловленный ненулевыми начальными значениями переменных состояния объекта 1, поступает на вход второго дифференцирующего фильтра 13, в котором преобразуется в сигнал, пропорциональный отклонению движения объекта 1 от его требуемого закона. Сигнал с выхода второго дифференцирующего фильтра 13 поступает на вход первого интегрального регулятора 7, в котором интегрируется. Преобразованный сигнал с выхода первого интегрального регулятора 7 поступает на первый вход второго суммирующего элемента 6, на второй вход которого поступает с выхода третьего дифференцирующего фильтра 16 сигнал, пропорциональный n-й производной сигнала задания. В результате на выходе второго суммирующего элемента 6 образуется сигнал, пропорциональный требуемому значению n-й производной выходной регулируемой величины объекта 1. Этот сигнал с выхода второго суммирующего элемента 6 поступает на второй вход третьего суммирующего элемента 10 через первый инерционный фильтр 8 и на первый вход первого блока 5 умножения, на второй вход которого поступает с выхода вычислительного устройства 14 сигнал, пропорциональный The reference signal from the output of the setter 11 is fed to the input of the third differentiating filter 16 and to the second input of the comparison element 12, the first input of which receives the signal from the output of object 1, which is its adjustable output value. The mismatch signal from the output of the comparison element 12, due to non-zero initial values of the state variables of the object 1, is fed to the input of the second differentiating filter 13, which is converted into a signal proportional to the deviation of the movement of the object 1 from its desired law. The signal from the output of the second differentiating filter 13 is fed to the input of the first integral controller 7, in which it is integrated. The converted signal from the output of the first integral controller 7 is supplied to the first input of the second summing element 6, the second input of which receives from the output of the third differentiating filter 16 a signal proportional to the nth derivative of the reference signal. As a result, at the output of the second summing element 6, a signal is generated proportional to the required value of the nth derivative of the output controlled variable of object 1. This signal from the output of the second summing element 6 is fed to the second input of the third summing element 10 through the first inertial filter 8 and to the first input of the first block 5 multiplication, the second input of which is output from the output of computing device 14, a signal proportional to
заданному начальному значению обратного динамического коэффициента усиления линеаризованного объекта 1. Сигнал с выхода первого блока 5 умножения поступает через последовательно соединенные первый суммирующий элемент 3 и усилитель 2 мощности на вход объекта 1 и стремится изменить его выходную регулируемую величину в соответствии с требуемым законом.a predetermined initial value of the inverse dynamic gain of the linearized object 1. The signal from the output of the first multiplication unit 5 is supplied through the first summing element 3 and the power amplifier 2 in series to the input of the object 1 and tends to change its output adjustable value in accordance with the required law.
Однако объект 1 имеет свои внутренние обратные связи, сигналы которых вызывают отклонение n-й производной выходной регулируемой величины от ее требуемого закона изменения. Отработка системой этого отклонения, а значит и локализация влияния сигналов внутренних обратных связей объекта 1 осуществляется в ней с помощью дифференциальной компенсирующей связи по косвенно измеренному аддитивному возмущению n-й производной выходной величины. Причем в состав данной дифференциальной связи входит контур регулирования управляющего воздействия переменной структуры, работающий в скользящем режиме. Этот контур образуют последовательно соединенные первый суммирующий элемент 3, второй инерционный фильтр 9, блок 15 выделения модуля, второй блок 18 умножения и второй интегральный регулятор 19. В свою очередь, сама дифференциальная компенсирующая связь помимо указанного контура регулирования переменной структуры включает в себя третий суммирующий элемент 10, который подсоединен первым входом через первый инерционный фильтр 8 к выходу второго суммирующего элемента 6, вторым входом через первый дифференцирующий фильтр 4 к выходу объекта 1 и выходом через релейный элемент 17 к первому входу второго блока 18 умножения.However, object 1 has its own internal feedbacks whose signals cause the nth derivative of the output controlled variable to deviate from its required law of change. The system fulfills this deviation, and hence localization of the influence of the internal feedback signals of object 1, is carried out in it using a differential compensating connection with respect to the indirectly measured additive perturbation of the nth derivative of the output quantity. Moreover, the structure of this differential connection includes a control loop of the control action of a variable structure operating in a sliding mode. This circuit is formed in series by the first summing element 3, the second inertial filter 9, the module selection unit 15, the second multiplication unit 18 and the second integral regulator 19. In turn, the differential compensating coupling itself, in addition to the specified control loop of the variable structure, includes a third summing element 10, which is connected by the first input through the first inertial filter 8 to the output of the second summing element 6, by the second input through the first differentiating filter 4 to the output of the object 1 and the output through the relay element 17 to the first input of the second block 18 of the multiplication.
В то же время выходной сигнал объекта 1 поступает на вход первого дифференцирующего фильтра 4, в котором формируется сигнал, пропорциональный истинному значению n-й производной выходной величины объекта 1. Выходной сигнал первого дифференцирующего фильтра 4 поступает на второй вход третьего суммирующего элемента 10, на первый вход которого поступает через первый инерционный фильтр 8 выходной сигнал второго суммирующего элемента 6, пропорциональный требуемому значению n-й производной выходной величины объекта 1. Сигнал рассогласования с выхода третьего суммирующего элемента 10 поступает на вход релейного элемента 17. Выходной сигнал релейного элемента 17 поступает на первый вход второго блока 18 умножения, на второй вход которого через последовательно соединенные второй инерционный фильтр 9 и блок 15 выделения модуля поступает выходной сигнал первого суммирующего элемента 3, являющийся управляющим воздействием. Выходной сигнал второго блока 18 умножения поступает на вход второго интегрального регулятора 19, в котором интегрируется до тех пор, пока его выходной сигнал, поступающий через последовательно соединенные первый суммирующий элемент 3 и усилитель 2 мощности на вход объекта 1, не скомпенсирует сигналы его внутренних обратных связей. Когда это произойдет, то выходной сигнал первого дифференцирующего фильтра 4 превысит значение выходного сигнала первого инерционного фильтра 8, выходные сигналы третьего суммирующего элемента 10 и релейного элемента 17 изменят свою полярность и контур регулирования At the same time, the output signal of object 1 is fed to the input of the first differentiating filter 4, in which a signal is generated proportional to the true value of the nth derivative of the output value of object 1. The output signal of the first differentiating filter 4 is fed to the second input of the third summing element 10, to the first the input of which passes through the first inertial filter 8, the output signal of the second summing element 6, proportional to the required value of the nth derivative of the output value of the object 1. The mismatch signal with The ode of the third summing element 10 is fed to the input of the relay element 17. The output signal of the relay element 17 is supplied to the first input of the second multiplication unit 18, the second input of which through the second inertia filter 9 and the module selection unit 15 connected in series, the output signal of the first summing element 3, being a control action. The output signal of the second multiplication unit 18 is fed to the input of the second integral controller 19, in which it is integrated until its output signal, supplied through the first summing element 3 and the power amplifier 2 in series to the input of object 1, compensates for the signals of its internal feedbacks . When this happens, the output signal of the first differentiating filter 4 will exceed the value of the output signal of the first inertial filter 8, the output signals of the third summing element 10 and relay element 17 will change their polarity and control loop
управляющего воздействия перейдет в скользящий режим работы, поддерживая среднее значение выходного сигнала третьего суммирующего элемента 10 на нулевом значении.control action will go into a sliding mode of operation, maintaining the average value of the output signal of the third summing element 10 at a zero value.
Сигнал, поступающий с выхода объекта 1 на первый вход вычислительного устройства 14, через его последовательно соединенные первый дифференцирующий фильтр 22 и первый блок 20 выделения модуля поступает на первый вход блока 26 умножения. На второй вход блока 26 умножения поступает выходной сигнал интегрального регулятора 25, пропорциональный значению обратного динамического коэффициента усиления линеаризованного объекта 1. В результате перемножения входных сигналов в блоке 26 умножения на его выходе формируется сигнал, пропорциональный произведению (n+1)-й производной выходного сигнала объекта 1 и его обратного динамического коэффициента усиления. Выходной сигнал блока 26 умножения поступает на первый вход элемента 27 сравнения.The signal from the output of the object 1 to the first input of the computing device 14, through its series-connected first differentiating filter 22 and the first module selection unit 20, is fed to the first input of the multiplication unit 26. The second input of the multiplication unit 26 receives the output signal of the integral controller 25 proportional to the value of the inverse dynamic gain of the linearized object 1. As a result of multiplying the input signals in the multiplying unit 26, a signal is generated at its output proportional to the product of the (n + 1) -th derivative of the output signal object 1 and its inverse dynamic gain. The output signal of the multiplication unit 26 is supplied to the first input of the comparison element 27.
Сигнал, поступающий с выхода первого суммирующего элемента 3 на второй вход вычислительного устройства 14, через его последовательно соединенные второй дифференцирующий фильтр 23 и второй блок 21 выделения модуля поступает на второй вход элемента 27 сравнения. И если этот сигнал окажется больше сигнала, поступающего на первый вход элемента 27 сравнения, то на его выходе появится положительный сигнал рассогласования. Этот сигнал рассогласования с выхода элемента 27 сравнения поступает на вход релейного элемента 24, выходной сигнал которого становится положительным и поступает на вход интегрального регулятора 25, в котором интегрируется до тех пор, пока выходной сигнал блока 26 умножения не превысит выходной сигнал второго блока 21 выделения модуля. Выходные сигналы элемента 27 сравнения и релейного элемента 24 изменят свою полярность и контур слежения за значением обратного динамического коэффициента усиления объекта 1, который образован последовательно соединенными элементом 27 сравнения, релейным элементом 24, интегральным регулятором 25 и блоком 26 умножения, подключенным выходом к первому входу элемента 27 сравнения, перейдет в скользящий режим работы. Он будет отслеживать значение обратного динамического коэффициента усиления объекта 1 путем поддержания равенстваThe signal from the output of the first summing element 3 to the second input of the computing device 14, through its second differential filter 23 and the second module selection unit 21 connected in series, is fed to the second input of the comparison element 27. And if this signal turns out to be larger than the signal supplied to the first input of the comparison element 27, then a positive error signal will appear at its output. This error signal from the output of the comparison element 27 goes to the input of the relay element 24, the output signal of which becomes positive and goes to the input of the integral controller 25, which is integrated until the output signal of the multiplication unit 26 exceeds the output signal of the second module allocation unit 21 . The output signals of the comparison element 27 and the relay element 24 will change their polarity and the tracking loop for the value of the inverse dynamic gain of the object 1, which is formed by series-connected comparison element 27, the relay element 24, the integral regulator 25 and the multiplication unit 26 connected to the output of the first input of the element 27 comparison, will go into sliding mode. It will track the value of the inverse dynamic gain of object 1 by maintaining equality
Таким образом, применением в комбинированной системе координатно-параметрического управления дифференциальной компенсирующей связи с контуром регулирования переменной структуры осуществляется вибрационная линеаризация нелинейного по управлению объекта и компенсация сигналов его внутренних аддитивных обратных связей, а введением в систему параметрической обратной связи с вычислительным устройством обеспечивается стабилизация динамического коэффициента усиления ее прямой цепи, благодаря чему достигается повышение точности управления нестационарным и нелинейным по управления и состоянию объектом.Thus, using a differential compensating connection with a variable-structure control loop in a combined coordinate-parametric control system, a vibrational linearization of an object non-linear in control and compensation of its internal additive feedback signals is carried out, and the dynamic gain is stabilized by introducing a parametric feedback system with a computing device its direct chain, thereby increasing the accuracy of control Aviation non-stationary and non-linear in control and state of the object.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005114161/22U RU50323U1 (en) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | COMBINED COORDINATE-PARAMETRIC CONTROL SYSTEM FOR NON-STATIONARY NONLINEAR OBJECT |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005114161/22U RU50323U1 (en) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | COMBINED COORDINATE-PARAMETRIC CONTROL SYSTEM FOR NON-STATIONARY NONLINEAR OBJECT |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU50323U1 true RU50323U1 (en) | 2005-12-27 |
Family
ID=35870832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005114161/22U RU50323U1 (en) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | COMBINED COORDINATE-PARAMETRIC CONTROL SYSTEM FOR NON-STATIONARY NONLINEAR OBJECT |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU50323U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2495469C2 (en) * | 2011-12-13 | 2013-10-10 | Ольга Андреевна Трефилова | Automatic control system |
-
2005
- 2005-05-11 RU RU2005114161/22U patent/RU50323U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2495469C2 (en) * | 2011-12-13 | 2013-10-10 | Ольга Андреевна Трефилова | Automatic control system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7805207B2 (en) | Method and apparatus for adaptive parallel proportional-integral-derivative controller | |
| Azarmi et al. | Analytical design of fractional order PID controllers based on the fractional set-point weighted structure: Case study in twin rotor helicopter | |
| Ladaci et al. | Indirect fractional order pole assignment based adaptive control | |
| Jakovljević et al. | Control of double-loop permanent magnet synchronous motor drives by optimized fractional and distributed-order PID controllers | |
| Koshkouei et al. | Adaptive sliding mode backstepping control of nonlinear systems with unmatched uncertainty | |
| US20090248176A1 (en) | Method and Apparatus for Adaptive Cascade Proportional-Integral-Derivative Controller | |
| CN105159065B (en) | A kind of non-linear Active Disturbance Rejection Control system stability judgment method | |
| CN110300932B (en) | Method for designing filter of delay compensator, feedback control method using the same, and motor control device | |
| Zagirnyak et al. | Improvement of the qualitative characteristics of an automatic control system with a fractional-order PID-controller | |
| RU50323U1 (en) | COMBINED COORDINATE-PARAMETRIC CONTROL SYSTEM FOR NON-STATIONARY NONLINEAR OBJECT | |
| Thabet et al. | Towards an ultra-local model control of two-tank-system | |
| Kokunko et al. | Cascade synthesis of differentiators with piecewise linear correction signals | |
| Hace et al. | VSS motion control for a laser-cutting machine | |
| Al Janaideh et al. | Adaptive control of uncertain Hammerstein systems with hysteretic nonlinearities | |
| Shaban et al. | Proportional integral derivative versus proportional integral plus control applied to mobile robotic system | |
| Levant | Homogeneous filtering and differentiation based on sliding modes | |
| Livinus et al. | Effects of pid controller on a closed loop feedback system | |
| RU96990U1 (en) | COMBINED SYSTEM OF COORDINATE-PARAMETRIC CONTROL OF NON-STATIONARY NONLINEAR OBJECT OF THE N-th ORDER | |
| RU2031434C1 (en) | System of adaptive control of non-stationary non-linear objects | |
| Saidi et al. | IMC controllers for uncertain multivariable over-actuated systems | |
| Rojas-Moreno | An approach to control SISO disturbed time-delay processes | |
| Owayjan et al. | A comparison between frequency domain and time domain controller synthesis: Position control of a DC motor | |
| RU2230350C2 (en) | Self-tuning system for automatically controlling non-stationary object | |
| RU2279116C2 (en) | Combined system for coordinate-parametric control of non-stationary object | |
| Guo et al. | On the performance of improved extended state observer based control for uncertain systems with measurement noises |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20060512 |