SU1257607A1 - Адаптивна система управлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к самообу- чающимс  системам автоматического управлени  и может быть использовано в различных отрасл х промьшшенности дл  управлени  объектами с тр нспорт- ным запаздыванием и возмущающими воздействи ми типа смесей сыпучих материалов . Целью изобретени   вл етс  повьшение точности работы системы управлени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что введена специальна  цепь коррекции, позвол юща  осуществить подстройку системы управлени  при изменении веро тностных характеристик возмущающего воздействи . При этом наблюдаетс  смещанна  реализаци  возмущающего воздействи , производитс  ее разделение на два класса, опре- дел етс  веро тность по влени  значе-§ НИИ возмущающего воздействи  из задан- ного класса и формируетс  управл ющее воздействие таким образом, чтобы среднее значение выходной координаты объекта было равно заданному, 1 з.п. ф-лы, 4 ил. , (Л

Description

Изобретение относитс  к самообучающнмс  системам автоматического управлени  и может быть использовано в различных отрасл х промьшшенности дл  управлени  объектами с транспортным запаздыванием и вoз ryщaющ(ми воздействи ми типа смесей сыпучих материалов (например, дл  автоматического управлени  процессами добычи и обогащени  угл ).

Целью изобретени   вл етс  повышение точности работы системы управ-: . лени .

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемой системы управлени ; на фиг.2 - блок-схема блока управлени ; па фиг.З - блок-схема генератора случайного сигнала; на фиг.4 - совместна  плотность распределени  веро тности возмущающего воздействи .

Адаптивна  система управлени  со- дерйагг (фиг.1) объект 1 управлени , в который включен исполнительный орган (не показан), датчик 2 возмущающего воздействи , блок 3 управлени , ключи 4 и 5, сумматор 6, статическую модель 7 объекта управлени , элемент 8 сравнени , регул тор 9, второй сумматор 10, датчик 11 выходной координаты , второй элемент 12 сравнени , второй регул тор 13, задатчик 14 режима и -генератор 15 случайного сигнала . Блок управлени  (фиг.2) содержит ключ 16, генератор .17 импульсов, блок 18 пам ти, элементы 19 и 20 сравнени , умножитель 21, квадратор 22, элемент 23 сравнени , пороговый эле- мент 24, усгшитель 25, сумматор 26, дискретный элемент 27 задержки, второй умножитель 28, второй квадратор 29, элемент 30 сравнени , второй пороговый элемент 31, второй усилитель 32, второй сумматор 33, второй дискретный элемент 34 задержки, счетчик 35 импульсов, элемент 36 сравне- .ни , делитель 37, второй счетчик 38 импульсов, ключ 39, второй блок 40 пам ти, задатчик 41 числа импульсов и третий пороговый элемент 42.

Генератор случайного сигнала состоит (фиг.З) из сумматора 43, генератора 44 шума, ждущего мультивибратора 45, логического элемента И 46, логического элемента И-НЕ 47 и гене- ратора 48 пр моугольного импульса.

Типичный вид совместной плотности распределени  веро тности возму- дающего воздействи  показан на фиг.4

(Wj - значени  возмущающего воздействи ; F(W) - совместна  плотность распределени  веро тности возмущаю- ,щего воздействи ) , Как видно из

(фиг.4)5 изменени  величины возмущающего воздействи  представл ют собой сумму (смесь) двух случайных процессов со средними значени ми и 2 J закон распределени  которых

близок к нормальному.

При управлении такими объектами : необходимо знать параметры, из которых образована конечна  (наблюдае-- ма ) смесь - возмущающее воздействие

(например, смесь р дового угл , поступающего на продесс обогащени , и др) .

Выражение дл  функции распределе- . ни  веро тности смеси дл  случа 

двух классов (двух составл ющих) возмущающего воздействи  имеет вид

F(W,) PF,(W,/, ) +((l-p)F;/W,/)

(1)

где F(W, ) - функци  распределени  параметров смеси возму- щающего воздействи  (W. - например зрль- ность, влажность сыпучего материала и др.);

/) функци  распределени  веро тности первого класса составл ющей возмущающего воздействи 

со средним (наиболее веро тным ) значением ;

функци  распределени  веро тности второго класса составл ющий возмущающего воздействи  со средним (наиболее веро тным) значением ; Р - веро тность по влени 

45

значени  W( из класса

I

50

F4(W,/, );

Задача управлени  в этом случае сводитс  к тому, что требуетс , наблюда  смешанную реализацию возмуп аю- щего воздействи  F(W), разделить смесь на классы и определить их параметры 2, , 22 основании которых скорректировать (случайным образом ) значени  управл ющей координаты объекта управлени  таким образом, 55 чтобы среднее значение выходной координаты объекта было равно заданному.

Так как параметры смеси - возмущающего воздействи  поступают на объект случайным образом, то и коррекци  управл ющего входа объекта управлени  также должна производитьс  случайным образом. Это соответствует закону адекватности или дес той теореме Шеннона, когда случайность, вносима  возмуща оп1 1м воздействием, компенсируетс  случайностью генератора случайного сигнала, используемого в системе управлени .

Это позвол ет рассматривать управление объектом как статическую игру двух игроков: природы и системы управлени , в которой второй игрок - система управлени ,  вл етс  стати- ческим, а первый игрок - природа.

Стратеги ми природы  вл ютс  средние значени  процессов и , которые по вл ютс  с веро тност ми Р и (1 - Р), а стратеги ми системы управлени  - соответствующие этим режимам значени  входной (управл ющей) коор- динаты объекта управлени  S, и S.

Управление в этом случае сводитс  к определению стратегий природы , и .j и веро тности их по влени  Р и (1 - Р), определению дл  этих стратегий значений входных координат объекта управлени  S| и S , которые  вл ютс  стратеги ми системы управлени , и смешиванию (рандомизации) страте- .гий S, и Sj системой управлени  с веро тностью Р и (1 - Р) таким образом чтобы среднее значение выходной координаты объекта управлени  было равно заданному значению выходной координаты (задатчик 14) .

Система управлени  работает следующим образом.

Сигнал с датчика 2 возмущающего воздействи  подаетс  на вход блока 3 управлени , в котором он раздел етс  на два класса (два случайных процесса ) и в котором определ ютс  средние значени  возмущающего воздействи  дл  этих двух классов ( и ), а также веро тности их по влени . С этой целью сигнал с генератора 17 им- пульсов подаетс  на управл ющий вход ключа 16, который, замыка сь, подает сигнал с датчика 2 возмущающего воздействи  на вход блока 18 пам ти. Последний запоминает значение сигнала от датчика 2 возмущающего воздействи  в момент замыкани  ключа 16.

При отсутствии сигнала с генератора 17 импульсов ключ 16 размыкаетс -, при этом сигнал с датчика 2 возмущающего воздействи  на блок 18 пам ти не проходит и на выходе блока 18 остаетс  сигнал, соответствуюпрш сигналу с датчика 2 в момент замыкани  ключа 16.

При следующем замыкании ключа 16 происходит стирание ранее поступившего сигнала в блоке 18 пам ти и запоминание нового значени  сигнала от.датчика 2 возмущающего воздей- стви .

Таким образом, на выходе блока 18 пам ти образуютс  дискретные значени  сигнала от датчика 2 возмущающего воздействи , соответствующие мо ме1 ;Там замыкани  ключа 16.

Сигналы с выхода блока 18 пам ти подаютс  на первые входы элементов 19 и 20 сравнени , где из этого сигнала вычитаютс  сигналы от дискретных элементов 27 и 34 задержки.

Разностный сигнал с выхода элемента 19 сравнени  подаетс  на вход квадратора 22, а разностный сигнал с выхода элемента 20 сравнени  - на вход квадратора 29.

Квадраты разностных сигналов с блоков 22 и 29 сравниваютс  между собой на элементах 23 и 30 сравнени 

Если разность квадратов сигнала рассогласовани  на выходе элемента 23 сравнени  меньше нул , то при попадании этого сигнала на пороговый ;

элемент 24 на его выходе по вл етс  сигнал, равный единице, и после умножени  этого единичного сигнала в умножителе 21 на разностный сигнал с элемента 19 сравнени  этот сигнал усиливаетс  усилителем 25 и поступает на сумматор 26, где он суммируетс  с выходным сигналом дискретного элемента 27 задержки.

Однако на выходе элемента 27 за- держки суммарный сигнал с выхода сумматора 26 по вл етс  при следующем поступлении сигнала на вход сумматора 26 с умножител  21, т.е. происходит задержка дискретного сигнала на 1 шаг.

Если разность квадратов сигнала рассогласовани  на выходе элемента сравнени  23 больше нул , то на вы- ходе порогового элемента 24 по вл етс  сигнал, равньй нулю, и после мно жени  нулевого сигнала на разностный сигнал от элемента 19 сравнени  па выходе умножител  21 величина сигнала равна нулю и на вход сумматора 26

сигнал не поступает, при этом значени  сигналов как на входе, так и на выходе дискретного элемента задержки 27 не измен ютс .

Однако если разность квадратов сигнала рассогласовани  на выходе элемента 23 сравнени  больше нул , т на выходе элемента 30 сравнени  она будет меньше нул , так как сигналы с квадраторов 22 и 29 подаютс  на элементы сравнени  23 и 30 с разными знаками.

Поэтому сигнал на выходе элемента 30 сравнени  будет меньше нул , а следовательно, и на выходе порогового элемента 31 по витс  сигнал, равный единице.

После умножени  этого единичного сигнала в умножителе 28 на разност- ньш сигнал от элемента 20 сравнени  этот сигнал усиливаетс  усилителем 32 и подаетс  на вход сумматора 33, где он суммируетс  с выходным сигналом дискретного элемента 34 задержки

Однако на выходе элемента 34 задержки этот сигнал по витс  с задержкой на 1 шаг, ,

Таким образом, в зависимости от соотношени  величин квадратов разностного сигнала рассогласовани  между поступившим дискретным сигналом от датчика 2 возмущающего воздействи  и выходными сигналами с дискретных элементов 27 и 34 задержки, разностный сигнал с выходов элементов 19 и 20 сравнени  поступает на соответствующие входы дискретных . элементов задержки после усилени  усилител ми 25 и 32 и корректирует выходные величины дискретных элементов 27 и 34 задержки с задержкой на 1 шаг работы ключа 16.

Величина коррекции задаетс  величиной коэффициента усилени  усилителей 25 и 32 и выбираетс  из услови  требуемого интервала усреднени .

Следовательно, на выходах дискретных элементов 27 и 34 образуютс  средние значени  составл ющих возмущающего воздействи  , к 1 дл  каждого 1шасса (стратегии природы), которые  вл ютс  выходными сигналами блока 3 управлени . Начальные значени  выходных сигналов дискретных элементов 27 и 34 выбираютс  из услови 

и (0) , (0).

I- . .

Сигнал с выхода генератора 17 импульсов подаетс  также на вход счет

6

10

чика 35 импульсов, который определ ет число импульсов, генерируемых генератором 17,

Сигнал с выхода порогового элемента 31 подаетс  на вход счетчика 38 импульсов, который определ ет число дискретных значений сигнала с датчика 2 возмущающего воздействи , отнесенных к первому классу , .

Сигналы со счетчиков 35 и 38 импульсов подаютс  на входы делител  37, на выходе которого определ етс  частота по влени  составл ющих перг вого класса , значений возмущающего

15 воздействи  выражение

W , т.е, определ етс 

N,

т,

п

(2)

5

0

N, п

Q где т - частота по влени  составл ющих возмущающего воздействи  первого класса; число значений сигнала с датчика 2, отнесенных к первому классу;

общее число дискретных значений (число импульсов с генератора 17), поступивших на вход блока 3 управлени . Число импульсов на выходе счетчика 35 импульсов сравниваетс  на элементе 36 сравнени  с заданным числом импульсов, которое задаетс  задатчи- ком 41 числа импульсов и выбираетс  из требуемого интервала, на котором определ етс  частота (веро тность . по влени  составл ющих из первого класса возмущающего воздействи ).

Если число импульсов п больше п,, то на выходе элемента 36 сравнени  по вл етс  отрицательный сигнал , который приводит к по влению единичного сигнала на выходе порогового элемента 42,

Сигнал с порогового элемента 42 замыкает ключ 39 и сигнал с выхода делител , равный частоте по влени  составл ющих первого класса га, поступает на вход блока 40 пам ти, одновременно сигнал с выхода порогового элемента 42 поступает на управл ющие входы счетчиков 35 и 38, с небольшой задержкой времени обнул ет их.

Таким образом на выходе блока 40 пам ти образуетс  сигнал, равный Ш - частоте по влени  cocтaвл ющJix возмущающего воздействи , принадле- жалщх к первому классу.

1257607

Этот сигнал остаетс  неизменным шем случае это может быть усилитель. до следующего замыкани  ключа 39, Входные координаты S, и S определи-.

ютс  из услови  инвариантности среднего значени  выходной координаты 5 объекта к вoз ryщaюIцeмy воздействию и

10

15

при .котором происходит стирание ранее запомненного значени  и запоминание нового.

Следовательно,частота т примерно равна веро тности по влени  составл - 10ВД-1Х W( (t) из первого класса F (К,/п,), т.е.

т, Р,(3)

и чем больше выбираетс  интервал (число п,., на котором определ етс  величина т,, тем с большей степенью выполн етс  равенство (3).

Сигналы и 1 с. выходов, блока 3 управлени  через ключи 4 и 5 подаютс  на входы сумматора 6. На управл ю- mjie входы ключей 4 и 5 подаютс  сиг- налы с выхода генератора 15 случайного сигнала.

Таким образом, ключи 4 и 5 замыкаютс  случайным образом с веро тност ми Р и (1-Р), которые определ ютс  состо нием управл юш:его &хода г.енера- тора 15 случайного сигнала.

Следовательно, при замыкании клю- . ча 4 на вход сумматора 6 поступает

20

вьгчисл ютс  по выражени м:

t-4- (, ); ()

.S. .- (и,,,-п,

где Пц - статический коэффициент усилени  объекта по возмущающему входу (коэффидиент усилени  статической модели 7); nq - статический-коэффициент усилени  объекта по управл ющему входу;

- коэффициент усилени  регул Ч тора 9 пр мого типа;

сигнал блока 3 управлени , а при замыкании ключа 5 - сигнал и на выходе сумматора б последовательно по вл ютс  средние значени  классов (стратегий природы) и 1 с соот- ветствуюшд ми веро тност ми Р и (1-Р) .

30

- заданное значение выходной координаты объекта управлени ;

, средние (наиболее веро тные) значени  составл ющих возму- щающего воздействи . Входные координаты S и Sj  вл ютс  стратеги ми системы управлени , а так как неизвестно, кака  из стратегий природы будет приложена к объекту 1, то система управлени  должна производить смешивание (рандомизацию ) своих стратегий Sj и S случайным образом дл  обеспечени  равен- Выходной сигнал с сумматора 6 по- 35 ства среднего значени  выходной коор- даетс  на статическую модель 7 объек- динаты М u(t) заданному sHaMeHHro та 1 управлени  по возмущающему вхо- (задатчик 14).

ду, на выходе которой по вл етс  сиг- Равенство М (u(t) и,д, будет - нал, соответствующий выходной коорди- выполн тьс , если веро тность Р, , с нате объекта управлени  при поступле- до которой система смешивает свои стра- нии-на объект среднего значени  клас- тегии, будет равна веро тности Р по- са возмущающего воздействи  , или  влени  стратегий природы (средних

значений классов и ), . т.е.

Р Р

г, г.

Поэтому в системе управлени  ве-п ро тность Р( вычисл етс  по частоте ffij в блоке 3 управлени .

Вычисленное значение Р, m подаетс  па управл ющ1п 1 вход генерато- ра 15 случайного сигнала, что определ ет веро тности Р и (1-Р), с которыми замыкаютс  ключи 4 и 5, т.е. устанавливаютс  веро тности по вле (в зависимости от того, какой из ключей 4 или 5 замкнут).

Выходной сигнал статической моде- ли 7 объекта управлени  сравниваетс  с сигналом задатчика 14 на элементе 8 сравнени  и в зависимости от сигнала рассогласовани  регул тор 9 устанавливает два значени  входной координаты объекта S, и S, соответствующих двум значени м стратегий природы, дл  чего сигнал с выхода регул тора 9 через сумматор 10 подани  стратегий S, и S системы управни  стратегий S, и S системы управетс  на управл юпа1й вход объекта уп-55 лени , что осуществл етс  следующим

равлени .образом.

Регул тор 9 представл ет собойСигнал с выхода блока 40 пам ти

регул тор пр мого типа и в простей-подаетс  на управл ющий вход генера

вьгчисл ютс  по выражени м:

t-4- (, ); ()

.S. .- (и,,,-п,

где Пц - статический коэффициент усилени  объекта по возмущающему входу (коэффидиент усилени  статической модели 7); nq - статический-коэффициент усилени  объекта по управл ющему входу;

- коэффициент усилени  регул Ч тора 9 пр мого типа;

30

35

ни  стратегий S, и S системы управлени , что осуществл етс  следующим

тора 15 случайного сигнала, в котором этот сигнал суммируетс  с сигналом от генератора 44 шума на сумматоре 43. Суммарный сигнал с сумматора 43.подаетс  на управл ющий вход ждущего мультивибратора 45 и измен ет его посто нную .времени случай- ньпч образом. На вход ждущего мультивибратора 45 подаетс  сигнал от генератора 48 пр моугольньгх импульсов, который запускает эдуп(ий мультивибратор 45, при этом длительность импульсов , генерируемых ждупц1м мультивибратором ,  вл етс  случайной величиной .

Выходные сигналы с генератора 48 пр моугольных импульсов и ждущего мультивибратора 45 подаютс  на вход логического блока И 46 и на вход логического блока И-НЕ 47,

Если периоды колебаний генератора 48 пр моугольных импульсов и ждущего мультивибратора 45 не совпадают, то на выходе блока И 46 сигнал не по вл етс , но при этом по вл етс  сигнал на выходе логического блока И-НЕ 47, который через управл ющий вход управл емого ключа 5 замыкает его.

Если периоды колебаний генератора 48 -пр моугольных импульсов и ждущего ьгультивибратора 45 сстбпа дают, то их сигналы на вход логического блока И 46 приход т одновременно и на выходе этого блока по вл етс  сигнал, который , поступа  на управл ющий вход ключа 4, замыкает его. .

Этим обеспечиваетс  адаптивность системы управлени  на измен ющиес  веро тностные характеристики возмущающего воздействи .

Однако в процессе работы могут измен тьс  также параметры объекта уп- равлени , что может приводить к по влению статической ошибки на вькоде объекта 1. Дл  устранени  этого вли - ни  в системе управлени  используетс  нар ду с управлением по возмуще- ншо управление по отклонению, которое позвол ет устранить также и дру- пие неконтролируемые возмущени .

Это осуществл етс  измерением текущего значени  выходной координаты U(t) датчиком 11 выходной координаты, сигнал которого сравниваетс  на элементе 12 сравнени  с сигналом задат- чика 14.

Если управл ющие воздействи  стратегии системы управлени  S, S и Р,

определены точно, то статическа  ошибка S .на выходе системы управлени  равна нулю и в системе поддерживаетс  равенство

и

чад

- м u(t) е 0.

(6)

Сигнал рассогласовани  элемента 12 сравнени  подаетс  на регул тор 13, который в простейшем случае представл ет собой интегрирующее звено.

Если выполн етс  условие (6), то на выходе регул тора 13 сигнал равен нулю, при нарушении этих условий (инвариантности системы управлени  к воз- мущающим воздействи м) на выходе регул тора 12 по вл етс  сигнал, который , пройд  через сумматор 16, попадает на управл ющий вход объекта 1 правлени .

Сигнал на управл ющем входе измен етс  до тех пор, пока не будет выполн тьс  равенство среднего значени  выходной координаты объекта 1 управлени  заданному.

Таким образом, на управл ющем входе объекта 1 управлени  образуетс  суммарный сигнал

S где S

Р, S, + (1 - Р, )

S.+

3

(7)

- суммарный сигнал на управл ющем входе объекта 1 уп- равлени ;

P.S,;

(1-Р, ) S-управл ющие воздействи  сие- темы по компенсации возмущающих воздействий (смесей); управл ющее воздействие сист темы управлени  по отклот нению.

э40

50

55

Этим обеспечиваетс  адаптивность системы управлени  на измен ющиес  веро тностные характеристики возмущающего воздействи , а также на изменение параметров объекта управлени , что позвол ет с более высокой точностью поддерживать среднее значение заданной величины.

Claims (2)

1. Адаптивна  система управлени , соде ржаща  датчик возмущающего воздействи , два ключа, сумматор и два элемента сравнени , отличающа с  тем, что, с целью повьште- ни  точности, в нее введены блок управлени , генератор случайного сигнала , статическа  модель объекта управлени , два регул тора, второй сумматор , датчик выходной координаты и задатчик режима, причем выход датчика возмущающего воздействи  подклю- чей к входу блока управлени , первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго ключей, третий выход блока управлени  св зан с входом генератора случайного сигнала, первый и второй выходы которого подключены соответственно к вторым входам первого и второго ключей, выход первого ключа соединен с первым входом первого сумматора, выход второго ключа - с вторым входом первого сумматора , св занного через статическую модель объекта управлени  с первым входом первого элемента сравнени , выход датчика выходной координаты подключен к первому входу второх О элемента сравнени , выход задатчика режима - к вторым входам первого и второго элементов сравнени , выход первого элемента сравнени  соединен через первый регул тор с первым входом второго сумматора, выход второго-элемента сравнени  через второй регул тор - с вторым входом второго сумма- .тора, подключенного выходом к входу объекта.

2. Система управлени  по п.1, о т- личающа с  тем, что блок

управлени  содержит задатчик числа им- 35 третьего порогового элемента - с втопульсов и последовательно- соединенные ключ, блок пам ти, элемент сравнени , квадратор, второй элемент сравнени , пороговый элемент, умножитель , усилитель, сумматор и дискрет-40 выход второго блока пам ти св зан с

ный элемент задержки, а также последовательно соединенные третий элемент сравнени , второй квадратор, четвертый элемент сравнени , второй порого

5

0

5

0

вьш элемент, второй умножитель, второй усилитель, второй сумматор, второй дискретный элемент задержки, а также последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, п тый элемент сравнени , третий пороговый элемент, второй счетчик импульсов , делитель, второй ключ и второй блок пам ти, причем вход блока управлени  соединен с первым входом перво- го ключа, подключенного вторым входом к входу первого счетчика импульсов , выход первого дискретного элемента задержки св зан с вторым входом первого элемента сравнени , с вторым входом первого сзт матора и вторым выходом блока управлени , выход первого блока пам ти соединен с первым входом третьего элемента сравнени , второй вход которого подключен к выходу второго дискретного элемента задержки, к второму входу второго сумматора и первому выходу блока управлени , выход первого элемента сравнени  св зан с вторым входом первого умножител , выход первого квадратора - с вторым входом чет вертого элемента сравнени , выход третьего элемента сравнени  - с вторьм входом второго умножител , выход второго квадратора - с вторым вх,одом второго элемента сравнени , выход второго порогового элемента - с вторым входом второго счетчика импульсов, выход

рым входом первого счетчика импульсов и вторым входом второго ключа, выход первого счетчика импульсов - соединен с вторым входом делител ,

третьим выходом блока управлени , задатчик числа импульсов подключен к второму входу п того элемента сравнени .

J9

(gkr

I1 yg I1

7J

FPU

rt -

)е

Jff

,42

SH3Z

JO

/ --

- 33

ITUT

37 f

jff

фиг. 2

i

-zr

Редактор А.Лежнина

Составитель С.Никишов

Техред И.Ходанич Корректор А.Т ско

Заказ 4955/46 Тираж 836Подписное

ВНИИ1Ш Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4