SU1615677A1 - Устройство дл контрол динамических систем - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и может быть использовано при контроле систем автоматического управлени . Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства за счет контрол  динамических нелинейных систем. Устройство содержит генератор 1 тест-сигналов, амплитудно-импульсный модул тор 2, блоки 3,11 вычитани , управл емые усилители 4,15, функциональные преобразователи 5,10, сумматоры 6,12, элементы 7,14 задержки, задатчики 8 значений вторых производных оценки и 9 коэффициентов усилени  и пороговый элемент 13. Путем разложени  нелинейной функции в р д Тейлора и вычислени  на этой основе прогнозируемых оценок состо ни  устройство обеспечивает контроль нелинейных динамических систем. 1 ил.

Description

Cl

О5

kwi

СП

о

-vj

Изобретение относитс  к автомати ке и мелеет быть использовано в науч ных исследовани х и при контроле систем автоматического управлени 

Цель изобретени  расширение функциональных возможностей устройства за-счет контрол  нелинейных ди намических систем,

С тдность изобретени  заключаетс  в том, что текуща  оценка состо ни  динамической системы g (K+i ) получв - на по результатам статистической об работки избыточного количества изме рений Z Поэтому следует полагать ) условным математическим ожи данием

g(K+ 1) (К+ 1) М g (К+ 1) где g(K+l)

априорное значение слу чайного состо ни  дина мической системы; М J операци  по определению математического ожида- ни .

Поэтому априорное значение состо  НИН динамической системы следует искать в виде математического ожида ки  оценки, полученной на предыдущем шаге. Дл  пелинейных динамических систем

g(K+l) (K) ,

g

где 8(К)

нелинейна  вектор функци ; оценка состо ни  динамической системы на ша ге оценивани .

Тогда

gjK+1)

g(K)

где i )

математическое ржидание вектора g(K+1). Операци  определени  математи

ческого олшдани  обычным путем не

дает результата, так как

g() М () (K).

Достаточно точный результат можно получить, разлага  функцию Гв(К)1 в р д относительно значени  gy(K) и ограничива сь с приемлемой Д.ПЯ практики точностью первыми тремА членами вида .,

(K),(K)

, llflgraLKj г 3gn,, bm;

Ag;Ag

i

()

10

0

5

5

0

5

0

5

где

i-j размерность вектора состо 

ни ;

Л g разность между ои,енкой вектора состо ни  и математи ческим ожиданием его апри орного значени . Данное разложение дл  функции (K)j проведено в непрерывном вре мени с фиксацией ее значений дл  мо ментов времени:К,

Вычислим математическое ожидание дл  (1).

При этом учтем успови  Р MlfCg CK)} ),TaK как (K)J детерминированна  вектор- функци .

,

в силу услови  несмещенности оценок.

:3. M ig;igj 9i j элементы априорной ковариционной матрицы по- грещности оценок.

На основании зтого алгЬритм вы- числени  априорных оценок имеет вид,

0 ),(K)iz:.

- 1 3gM,

Зна  статистику случайного вектора состо ни  динамической системы g(K+l), можно заранее дл  выбранных значений К рассчитать величину слагаемого R(K)

R(K) -J (K)l л..

о -- ао- . и

2 ., J,, ogm; 3giflj М

Значение функции f gj(K) необходимо вычисл ть на основе оценок, полученных на К-м шаге.

На чертеже показана функциональна  схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 тест-сигналов, амплитудно-импульсный модул тор 2, первый блок 3 вычитани , первьй управл емый усилитель 4, первый функциональный преобразователь 5, первый сумматор 6, первый элемент 7 задержки, задатчик 8 значений вторых производных оценки, задатчик 9 коэффициентов усилени , второй функциональный преобразователь 10, второй блок 11 вычитани ,, второй сумматор 12, пороговый элемент 13,. второй элемент 14 задержки и второй управл емый усилите.пь 15,

Синхронизаци  работы решающих узлов (например, сумматоров) может быть обеспечена либо применением специальных сумматоров, не требующих дополнительных элементов, либо -установкой на каждом входе (входах) узла блока синхронизации.

Функциональные преобразователи 5 и 10 выполнены в виде нелинейных элементов, например квадратора или синусного преобразовател , в зависи мости от вида математической модели динамической системы и модели изме рений.

Устройство реализует процесс получени  текущих значений оценок. Оптимальна  (в смысле средне-квадратичного критери ) текуща  оценка состо ни  (K+l) описываетс  реку- рентным соотношением

g(K+l) g(K+I) + K(K+I) X X Z(RH) - у (К+1)/К) ДЛЯ К 0,1,... где g(K+l)(K) ч- R(K)

Ь, Bgnifgl j Sfj

R(K) -i

- значение расчетных измерений , определенное по априорным данным (К+ 1) в функциональном преобразователе 5,

К(К+ 1)

,. J матрица передачи, (0) R(0) О

Стимулирующее воздействие с выхода генератора 1 подаетс  на вход контролируемрй динамической системы. Па выходе последней по вл етс  случайный вектор состо ни  g(t), служащий входным сигналом модул тора 2. По этому сигналу в устройстве определ ютс  текуща  оценка g(RH), а также разность текущей и априорной оценок g(K+l), на основе которых с

гггз -

8(1) gf,(l) + K(1)Z(1)- у (1/

поступает в элемент 7 задержки н 1 такт и на вход уменьщаемого -бл 40 ./ ° выхода сигнал Д q(l) . g (О - поступает на пор вьй элемент 13 и на элемент 14 з держки на 1 такт,

В момент , (|) (0,-1) 0 упр 45 ление контролируемой системой; не осуп;ествл етс .

Сигнал Д q(l) сравниваетс  эле том 13 с заранее установленным п говым значением . На его вых

тел  15 осуществл ют управление состо нием контролируемой системы.

Устройство работает следующим образом .

Работа начинаетс  с нулевого значени  оценки g(0) О (в элементе задержки 7 - нулевое значение оценки ). Причем g(0) gJO) 0. В момент по приходу на вход амплипри ig(K+I) и „ор и сигнал Объ не годен при и q ,

В момент поступившее с вых модул тора 2 на вход уменьщаемого 55 блока 3 значение сигнала Z(K+I) п , Z(K+1)Z(2) обрабатываетс  с сигналом у(2/1), имеющимс  на его входе вычитаемого. Полученный с в хода блока 3 сигнал Z(K+1)- у(К+1

10

6156776

тудно-импульсного модул тора 2 случайного значени  сигнала g(t) (в дай- ном случае, при это g(I)) длительностью , обеспечивающей нормальное срабатывание элементов схемы устройства с амплитудой, соответствующей значению g(t) в момент . Сигнал Z(K+I), равный Z(l), с одного из. выходов модул тора 2 поступает на входы задатчиков 8 и 9, ас .другого выг хода - на вход блока 3 вычитани . Задатчик 9 обеспечивает установку коэффициентов усилени  К(К+1) усили- {5 тел  4 иУ (К,К-1) (усилител  15 дл  соответст вуюищх значений К. При имеем К(1), (f(Q, 1), „ри этом (|(0, -1J 0. С выхода задатчика 8 сигнал R(K) поступает на первый вход 20 12, при , R(K)0. На входе вычитаемого блока 3.имеем расчетное значение сигнала у(1/0).

С выхода блока 3 сигнал Z(l) - У(1/0), усиленньй усилителем 4 в 25 К(1) раз, поступает на вход сумматора ;6. С выхода первого элемента 7 задержки нулевое значение оценки g(0), преобразованное в функциональном преобразователе 10 и сумматоре 12 к ви- 30 ДУ

)

f(g(0) + R(0)

-

поступает на второй вход сумматора 6 и вход вычитаемого блока 11, 2 С выхода сумматора 6 сигнал оценки

8(1) gf,(l) + K(1)Z(1)- у (1/0)

поступает в элемент 7 задержки на 1 такт и на вход уменьщаемого -блока 40 ./ ° выхода сигнал Д q(l) . g (О - поступает на порого- вьй элемент 13 и на элемент 14 за-, держки на 1 такт,

В момент , (|) (0,-1) 0 управ- 45 ление контролируемой системой; не осуп;ествл етс .

Сигнал Д q(l) сравниваетс  элементом 13 с заранее установленным пороговым значением . На его выходе

при ig(K+I) и „ор и сигнал Объект не годен при и q ,

В момент поступившее с выхода модул тора 2 на вход уменьщаемого блока 3 значение сигнала Z(K+I) при , Z(K+1)Z(2) обрабатываетс  с сигналом у(2/1), имеющимс  на его входе вычитаемого. Полученный с выхода блока 3 сигнал Z(K+1)- у(К+1/К)

в данном случае при , Z(2)-y(2/l усиленный усиЛител ем 4 в К(2) раз, подаетс  на первый вход сумматора 6, на второй вход которого поступает из сумматора 12 априорное значение со сто ни  динамической системы §4(2) (l) R(l).

Полученное в результате суммировани  указанных величин на выходе сумматора 6 текущее значение оценки состо ни 

g-(K+l) gh,(KH-l) + К(К+1) X

(K+l) - у(К+1/К),

При g(2) g(2) + К(2) X xrz(2) у(2/1) поступает в эле мент 7 задержки на 1 такт и на вход уменьшаемого блока 11, на вход вычитаемого которого поступает сигнал g(2) )+ R(l).

С выхода блока 11 сигнал q(2) g(2) - gj-(2) поступает в элементы 13 и 14, в последнем указанное зна чение задерживаетс , а хранившеес  значение Д qO) передаетс  на вход усилител  15. Значение Д (О усиленное усилителем 15 при в W(l,0) раз, воздействует на управл ющий вход контролируемой динамической системы, привод  ее в нормаль ное состо ние.

В дальнейшем при ,3,i,. описанный цикл повтор етс .

В ходе контрол  состо ни  нели- нейной динамической системы используютс  параметры К, у, R, определенные в результате синтеза системы.

Claims (1)

1. Формула изобре -ени 

   Устройство дл  контрол  динамических систем, содержащее генератор тест-сигналов, амплитудно-импуль сный модул тор, первый блок вычитани , два управл емых усилител , первый сумматор, два элемента задержки, за- датчик коэффициентов усилени  и пороговый элемент, выход которого  вл етс  выходом устройства дл  СИГНаЛИ-

   зации о состо нии контролируемой системы, информациоиньй вход второго управл емого усилител  соединен с

   0

   5

   5

   5

   0

   5 Q

   выходом второго элемента задержки, а выход св зан с выходом устройства дл  подачи управл ющих воздействий на контролируемую систему, управл ющие входы управл емых усилителей подключены к выходу задатчика коэффициентов усилени , выход первого управл емого усилител  соединен с входом первого слагаемого первого суьг- матора, а информационный вход - с выходом первого блока вычитани ,вход уменьшаемого которого св зан с первым входом амплитудно-импульсного модул тора , второй выход которого подключен к входу задатчика коэффициента усилени , а вход служит входом устройства дл  ввода замеров с .контролируемой системы, выход генератора тест-сигналов  вл етс  выходом устройства дл  подачи тестовых воздействий на контролируемую систему, о тг личающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей , устройства за счет контрол  нелинейных динамических систем, в устройство введены два функциональных преобразовател , задатчик значений вторых производных оценки, второй блок вычитани  и второй сумматор,вход первого слагаемого которого соединен с выходом второго функционального преобразовател , вход второго слагаемого - с выходом задатчика значе- ште вторых производных оценки, а выход - с входом второго слагаемого пер вого сумматора и входом вычитаемого второго блока вычитани , выход которого св зан с входами порогового элемента и второго элемента задержки, вход уменьшаемого второго блока вычитани  и вход первого элемента задержки подключены к выходу первого сумматора, выход первого элемента задержки соединен с входом первого и второго функциональных преобразователей , выход первого функционального преобразовател  св зан с входом вычитаемого первого блока вычитани , второй выход амплитудно-импульсного модул тора подключен к входу задатчика значений вторых производных оценки