SU792216A1

SU792216A1 - Adaptive control system for non-stationary object

Info

Publication number: SU792216A1
Application number: SU782696020A
Authority: SU
Inventors: Юрий Нахимович Долгин
Original assignee: Серпуховское Высшее Соенное Командное Училище Им.Ленинского Комсомола
Priority date: 1978-12-15
Filing date: 1978-12-15
Publication date: 1980-12-30

Description

ОПИСАНИЕDESCRIPTION

ИЗОБРЕТЕНИЯInventions

Союз СоветскихUnion of Soviet

СоциалистическихSocialist

Республик ₍и>792216Republics ₍ and> 792216

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)3аявлено 15.12.78 (21)2696020/18-24 с присоединением заявки № (51 )М. Кл!TO AUTHOR'S CERTIFICATE (61) Additional to author. certificate (22) 3Approved 15.12.78 (21) 2696020 / 18-24 with the addition of application No. (51) M. Kl!

Gr 05 В 13/02Gr 05 V 13/02

Государстввяный комитетState Committee

СССР (23)Приоритет по делам изобретений и открытийUSSR (23) Priority for inventions and discoveries

Опубликовано 30.12.80. Бюллетень №48Published 12/30/80. Bulletin No. 48

Дата опубликования описания 30.12.80 (53)УДК62-5О (088.8) (72) Автор изобретенияDate of publication of the description 30.12.80 (53) UDC62-5O (088.8) (72) Author of the invention

Ю. Н. Долгин (71) Заявитель (54) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМАYu. N. Dolgin (71) Applicant (54) ADAPTIVE SYSTEM

УПРАВЛЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫМ ОБЪЕКТОМ-—MANAGEMENT OF NON-STATIONARY OBJECT --—

Предложение относится к системам автоматического управления и может быть использовано в системах управления летательных аппаратов.The proposal relates to automatic control systems and can be used in aircraft control systems.

Известны системы управления . Недостаток этих систем состоит в том, что бесконечно большой коэффициент усиления физически не реализуем в линейных системах, а следовательно, инвариантность систем обеспечивается с некоторой погрешностью, тем большей, чем меньше коэффициент усиления системы.Known control systems. The disadvantage of these systems is that the infinitely large gain is not physically feasible in linear systems, and therefore, the invariance of the systems is ensured with some error, the greater the smaller the gain of the system.

Кроме того, в этом случае обеспечен ние свойства параметрической инвариантности, как правило, встает в противоречие с обеспечением устойчивости движения системы, поскольку увеличение коэффициента передачи системы связано с уменьшением запасов устойчивости. Сте- ₂пень инвариантности таких систем низка, а практическое их применение ограничено системами, которые могут работать в автоколебательном скользящем режиме,In addition, in this case, ensuring the properties of parametric invariance, as a rule, conflicts with ensuring the stability of the system motion, since an increase in the transmission coefficient of the system is associated with a decrease in the stability margins. The degree of invariance ₂ stump such systems is low, and their practical use is limited to systems that can operate in an oscillatory sliding mode

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемой цели является система, содержащая измерительное устройство, блок йдентификации, блок вычисления сигнала адаптивного управления п органы управления [з]. Эта система на основании измеренных сигналов, пропорциональных координатам движения объекта управления и управляющих воздействий, а также на основании сигналов, полученных в результате решения задачи идентификации, формирует управляющий сигнал по алгоритму адаптивного управления.Closest to the proposed invention in terms of technical nature and the achieved goal is a system comprising a measuring device, an identification unit, a unit for calculating an adaptive control signal and controls [h]. This system, based on the measured signals proportional to the coordinates of the control object and control actions, as well as on the basis of signals obtained as a result of solving the identification problem, generates a control signal according to the adaptive control algorithm.

К недостаткам прототипа относятся неудовлетворительное качество переходного процесса, весьма ограниченная возможность его практического применения, поскольку здесь не учитываются реально существующие внешние аддитивные возмущения, помехи, а также нестационарнос.ть объекта управления. Указанные же факторы приводят к тому, что идентификация объекта управления производится сThe disadvantages of the prototype include the unsatisfactory quality of the transition process, the very limited possibility of its practical application, since it does not take into account the really existing external additive perturbations, interference, and also the non-stationary nature of the control object. These factors lead to the fact that the identification of the control object is made with

7.92216 погрешностью, часто исключающей достижение требуемой параметрической инвариантности. Недостатком ί прототипа является и то обстоятельство, что указанная система не обеспечивает необходимого свойства грубости по отношению к случайным изменениям параметров объекта управления* и, следовательно, может оказаться при определенных условиях неустойчивой.7.92216 error, often precluding the achievement of the required parametric invariance. A drawback ί of the prototype is the fact that this system does not provide the necessary coarse property with respect to random changes in the parameters of the control object * and, therefore, may be unstable under certain conditions.

Цель изобретения - увеличение устойчивости и повышение качества переходного процесса при параметрических возмущениях.The purpose of the invention is to increase stability and improve the quality of the transition process with parametric disturbances.

Это достигается тем, что в адаптив- 15 ную систему, содержащую блок измерения управляющего воздействия и последовательно соединенные блок вычисления сигнала адаптивного управления, органы управления, объект управления, измеритель выход- ?0 ного сигнала, блок идентификации и анализатор погрешности идентификации, а вход объекта управления соединен с входом блока измерения управляющего воздействия, дополнительно введены блок памяти, 25 корректирующее звено и последовательно соединенные коммутатор и блок формирования сигнала линейного управления, выход которого связан с выходом блока вычисления сигнала адаптивного управления, 30 второй выход коммутатора соединен со входом блока вычисления сигнала адаптивного управления и через корректирующее звено со вторым, входом органов управления, первый и второй входы блока памяти '35 соединены с выходами соответственно измерителя выходного сигнала и блока измерения управляющего воздействия, первый выход блока памяти соединен со вторым входом анализатора погрешности идеи-40 тификации, а вторые выходы - со вторыми входами блока идентификации, выход которого подключен к первому входу коммутатора, второй вход коммутатора соединен с выходом анализатора погрешности идеи- 45 тификации. .This is achieved by the fact that in an adaptive system comprising a control action measuring unit and serially connected adaptive control signal calculation unit, controls, a control object, an output signal meter, an identification unit and an identification error analyzer, and an object input the control unit is connected to the input of the control action measuring unit, an additional memory unit, 25 correction link and a series-connected switch and a linear control signal conditioning unit are additionally introduced a phenomenon whose output is connected to the output of the adaptive control signal calculation unit, 30 the second switch output is connected to the input of the adaptive control signal calculation unit and through the corrective link to the second, input of the controls, the first and second inputs of the memory block '35 are connected to the outputs of the output meter, respectively signal and control action measurement unit, the first output of the memory unit is connected to the second input of the error analyzer of idea-40 of the identification, and the second outputs are connected to the second inputs of the identifier fication, the output of which is connected to the first input of the switch, a second switch input connected to the output error analyzer idea, namely 45-identification. .

Функциональная схема системы дискретного адаптивного управления изображена на чертеже.Functional diagram of a discrete adaptive control system shown in the drawing.

Она содержит объект 1 управления, из- 59 . меритель 2 выходного сигнала, блок 3 идентификации, коммутатор 4, анализатор 5 погрешности идентификации, блок 6 вычисления сигнала адаптивного управления, блок 7 формирования сигнала линейного 55 управления, блок 8 памяти, органы 9 управления, блок 10 измерения управляющего воздействия, корректирующее звено 11.It contains the control object 1, of-59. output signal measuring instrument 2, identification unit 3, switch 4, identification error analyzer 5, adaptive control signal calculation unit 6, linear control signal generating unit 7, memory unit 8, memory units 9, control units 10, control action measuring unit 10, corrective link 11.

Система работает следующим образом.The system operates as follows.

Сигнал, пропорциональный координате движения объекта 1 ный измерителем 2 подается на первый фикации. На другие ступает информация ни'ях измеряемой величины и сигнала управления. На основе этой информации в блоке 3 идентификации производится вы управления, измеренных од ного сигнала, вход блока 3 идентивходы этого блока поо предыдущих значечисление неизмеряемых коэффициентов управления объекта управления путем решения системы линейных алгебраических уравнений, где в качестве аргументов используют измеренные в настоящий и предыдущие моменты времени значения входного и выходного сигнала.A signal proportional to the coordinate of movement of the object 1 measured by the meter 2 is fed to the first fiction. The other steps the information of the measured value and the control signal. Based on this information, in the identification block 3, the control is performed for the measured one signal, the input of the block 3 is the inputs of this block according to the previous value of the non-measurable control coefficients of the control object by solving a system of linear algebraic equations, where the parameters measured at the current and previous times are used as arguments input and output signal values.

Результаты вычислений из блока 3 идентификации подаются в анализатор 5 погрешности идентификации, где сравниваются по модулю с некоторыми заданными номинальными значениями идентифицируемых величин, хранящимися в блоке 8 памяти. Если разность значений модуля иден|тифинируемой величины и модуля соответствующего заданного значения не превышает требуемой погрешности идентификации £, то анализатор 5 погрешности идентификации подает сигнал на коммутатор 4, обеспечивающий передачу информации с выхода блока 3 идентификации на блок 6 вычисления сигнала адаптивного управления, который совместно с блоком 11, решая нелинейный разностный алгоритм управления, вырабатывает сигнал^ обеспечивающий в системе требуемое свойство параметрической идентификации.The calculation results from the identification unit 3 are supplied to the identification error analyzer 5, where they are compared modulo with some predetermined nominal values of the identifiable quantities stored in the memory unit 8. If the difference between the values of the module of the identified value and the module of the corresponding specified value does not exceed the required identification error £, then the identification error analyzer 5 sends a signal to the switch 4, which provides information from the output of the identification unit 3 to the adaptive control signal calculation unit 6, which together with unit 11, solving a non-linear difference control algorithm, generates a signal ^ providing the required property of parametric identification in the system.

В случае, если задача· идентификации решается с погрешностью, превышающей заданную, то в анализаторе 5 погрешности идентификаций рассчитанное с недопустимой погрешностью значение параметра объекта 1 управления аннулируется и заменяется его номинальным значением, взятым из блока 8 памяти. Коммутатор 4 переключает выдачу информации и подает ее не на вход блока 6 вычисления сигнала адаптивного управления, а, на блок 7 выдачи сигнала линейного управления;, где реализуется-обычный линейный алгоритм управления, обеспечивающий системе лишь выполнение условий устойчивости. Переключение с адаптивного управления на обычное позволяет обновить информацию в блоке 8 памяти о значениях управляющего сигнала, которая может быть искажена накопившейся погрешностью идентификации, и уточнить на ее основе значе792216’ ния идентифицируемых параметров. В , этом случае адаптивное управление на короткое время отключается, за счет алгоритма линейного управления отрабатываются и компенсируются возмущения, выэ- 5 ванные накопившимися ошибками идентификации, и затем вновь включается адаптивное управление при новых начальных условиях.If the identification problem is solved with an error exceeding the specified one, then in the identification error analyzer 5 the parameter value of the control object 1 calculated with an unacceptable error is canceled and replaced with its nominal value taken from the memory unit 8. The switch 4 switches the output of the information and feeds it not to the input of the adaptive control signal calculation unit 6, but to the linear control signal output unit 7; where a conventional linear control algorithm is implemented that provides the system with only stability conditions. Switching from adaptive control to normal allows you to update the information in the memory unit 8 about the values of the control signal, which may be distorted by the accumulated identification error, and clarify on its basis the values of 792216 ’identifiable parameters. In this case, adaptive control is turned off for a short time, due to the linear control algorithm, disturbances generated by accumulated identification errors are processed and compensated, and then adaptive control is re-enabled under new initial conditions.

Переключение с адаптивного управления на обычное линейное происходит, как правило, на тех участках движения объекта · управления, где наиболее существенно проявляется его нестационарность и, следовательно, усложняются условия работы регу- 55 лятора. Реализация более простого линейного алгоритма управления в этих условиях облегчает работу регулятора. Таким образом, блок 7 здесь, помимо указанных функций, выполняет роль резервного регулятора, включающегося в наиболее ответственные моменты времени, когда в сипу наложенных на систему ограничений по τόπι ности идентификации адаптивное управление является недостаточно эффективным. ^5 Положительный эффект от использования изобретения в системах автоматического управления подвижными нестационарными объектами состоит в том, что за счет повышения точности идентификации коэффициентов уравнения объекта управления обеспечивается более полно свойство инвариантности переходного процесса в замкнутой системе к параметрическим возмущениям при обязательном обеспечении ₃₅свойства грубости.Switching from adaptive control to normal linear occurs, as a rule, in those parts of the movement of the control object where its unsteadiness is most significantly manifested and, therefore, the operating conditions of the controller become more complicated. The implementation of a simpler linear control algorithm in these conditions facilitates the operation of the controller. Thus, block 7 here, in addition to the indicated functions, plays the role of a backup controller, which is included in the most critical time instants, when adaptive control is insufficiently effective in the type of restrictions imposed on the system of identification by τόπι identification. ^ 5 The positive effect of the use of the invention in automatic control systems for moving non-stationary objects is that by increasing the accuracy of identification of the coefficients of the equation of the control object, the property of transient invariance in a closed system to parametric disturbances is more fully ensured with mandatory provision of the roughness property ₃₅ .

следовательно, соединенные блок вычисления сигнала адаптивного управления, органы управления, объект управления, измеритель выходного сигнала, блок идентификации и анализатор погрешности идентификации, а вход объекта управления соединен со входом блока измерения управляющего воздействия, отличающаяся тем, что, с целью увеличения устойчивости и повышения качества переходного процесса яри параметрических возмущениях системы, она содержит блок памяти, корректирующее звено и последовательно соединенные коммутатор и блок формирования сигнала линейного управления, выход которого соединен, с выходом блока вычисления сигнала адаптивного управления, второй выход коммутатора соединен со входом блока вычисления сигнала адаптивного управления и через корректирующее звено - со вторым входом органов управления, первый и второй входы блока памяти соединены с выходами соответственно измерителя выходного сигнала и блока измерения управляющего воздействия, первый выход блока памяти соединен со вторым входом анализатора погрешности идентификации, а вторые выходы - со вторыми входами блока идентификации, выход которого соединен с первым входом коммутатора, второй вход комму-г татора соединен с выходом анализатора погрешности идентификации.therefore, the connected adaptive control signal computing unit, controls, control object, output signal meter, identification unit and identification error analyzer, and the input of the control object is connected to the input of the control action measurement unit, characterized in that, in order to increase stability and improve quality transient process of parametric disturbances of the system, it contains a memory block, a corrective link and a series-connected switch and a block of formation a linear control needle whose output is connected to the output of the adaptive control signal calculation unit, the second output of the switch is connected to the input of the adaptive control signal calculation unit and through the correcting link to the second input of the controls, the first and second inputs of the memory unit are connected to the outputs of the output meter, respectively the signal and the control action measuring unit, the first output of the memory unit is connected to the second input of the identification error analyzer, and the second outputs are connected to the second the identification unit, the output of which is connected to the first input of the switch, the second input of the switch is connected to the output of the identification error analyzer.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизеSources of information taken into account during the examination

1. Петров Б. Н. и др. Принципы по-1. Petrov B.N. et al. The principles of

Claims

(54) ADAPTIVE MANAGEMENT SYSTEM OF A NONSTATIONARY OBJECT --- The proposal relates to automatic control systems and can be used in control systems of looping devices. Control systems are known l. The disadvantage of these systems is that the infinitely large gain factor is not physically realizable in linear systems, and therefore the invariance of the systems is provided with a certain error, the greater the smaller the gain factor of the system. In addition, in this case, the provision of the Properties of parametric invariance, as a rule, contradicts the stability of the system, since an increase in the transmission coefficient of the system is associated with a decrease in the stability reserves. The degree of invariance of such systems is low, and their practical application is limited to systems that can operate in a self-oscillating sliding mode. Closest to the proposed invention in its technical essence and attainable goal is a system comprising a measuring device, an identification unit, an adaptive control signal computing unit: i controls 2. This system is based on measured signals proportional to the motion coordinates of the control object and control actions, as well as on the basis of the signals obtained as a result of the identification task, it generates control signals according to the adaptive control algorithm. The disadvantages of the prototype are the unsatisfactory quality of the transition process, the very limited possibility of its practical application, since it does not take into account the actually existing external additives. interferences, interferences, as well as unsteady and nasal control objects. The indicated factors lead to the fact that the identification of the control object is performed from 37.9. error, often precluding the achievement of the required parametric invariance. Disadvantage; The prototype is also the case that this system does not provide the necessary coarseness with respect to random changes in the parameters of the control object r and, therefore, may be unstable under certain conditions. The purpose of the invention is to increase stability and improve the quality of the transition process with parametric perturbations. This is achieved in that an adaptive system containing a control unit for measuring an action and sequentially connected an adaptive control signal calculation unit, controls, a control object, an output signal meter, an identification block and an identification error analyzer, and the input of the control object are connected to the block input control measure, a memory block, a correction link, and a serially connected switch and a linear control signal generation block were added The output of which is connected with the output of the adaptive control signal calculator, the second output of the switch is connected to the input of the adaptive control signal calculator and, via a correction link with the second, control input, the first and second memories of the memory block are connected to the outputs of the output signal meter, respectively. and a control action measurement unit, the first output of the memory unit is connected to the second input of the identification error analyzer, and the second outputs to the second inputs of the identification block The output of which is connected to the first input of the switch, the second input of the switch is connected to the output of the error analyzer IDENTIFICATION ... Functional diagram of the discrete adaptive control system is shown in the drawing. It contains the control object 1, the output signal measure 2, the identification block 3, the switch 4, the identification error analyzer 5 the adaptive control signal calculation unit 6, the linear control signal generation unit 7, the memory control unit 8, the control units 9, the measurement unit 10 control, impact, corrective link 11. 6 The system works as follows. A signal proportional to the motion coordinate of the control object 1, measured by the output signal meter 2, is fed to the first input of the identification unit 3. The other inputs of this block receive information on previous values of the measured value to the control signal. Based on this information, in block 3 of identification, the calculation of the non-measurable control coefficients of the control object is performed by solving a system of linear algebraic equations, where the values of the input and output signals measured at present and previous times are used as arguments. The results of the calculations from identification block 3 are fed to the analyzer 5 identification errors, where they are compared modulo with some predetermined nominal values of identifiable values stored in memory block 8. If the difference between the values of the modulus | identifiable quantity and the modulus of the corresponding specified value does not exceed the required identification error i ,,. To the identification error analyzer 5 sends a signal to switch 4, which provides information from the identification block 3 to the adaptive control signal calculation block 6 which, in conjunction with block 11, solving a non-linear difference control algorithm, generates a signal providing the required parametric identification property in the system. In case the identification task is solved with an error exceeding the one of the adadac. then, in the analyzer 5, the identification error calculated with an unacceptable error is the value of the parameter of the control object 1 is canceled and replaced with its nominal value taken from the memory block 8. Switch 4 switches the output of information and sends it not to the input of block 6 of the adaptive control signal calculation, but to block 7 of a linear control signal, where the usual linear etching algorithm is implemented, ensuring that the system only meets the stability conditions. Switching from the adaptive control to the usual one allows updating the information in the memory block 8 about the values of the control signal, which can be distorted by the accumulated identification error and, on its basis, identify meaningful identifiable parameters. In this case, the adaptive control is disconnected for a short time, due to the pick-up control algorithm, the disturbances generated by the accumulated identification errors are processed and compensated, and then the adaptive control is re-enabled under new initial conditions. Switching from adaptive control to normal linear occurs. As a rule, in those parts of the movement of the control object, where its nonstationarity is most significant and, consequently, the conditions for the operation of the regulator are complicated. Implementing a simpler linear control algorithm in these conditions facilitates the operation of the controller. Thus, unit 7 here, in addition to these functions, performs the role of a backup controller, which is included at the most responsible times, when, due to the limitations on the accuracy of identification imposed on the system, adaptive control is not sufficiently effective. The positive effect of using the invention in automatic control systems of mobile non-stationary objects is that by improving the accuracy of identifying the coefficients of the equations of the control object, the invariance of the transition process in a closed system to parametric perturbations is provided more fully with the necessary coarseness property. An adaptive non-stationary object control system comprising a measurement unit I of a control action and in series, connected an adaptive control signal calculation unit, controls, a control object, an output signal meter, an identification block and an identification error analyzer, and the input of the control object is connected to the input of the unit measurement of control action, which is different: I with the fact that, in order to increase the stability and improve the quality of the transient process, perturbations of the system, it contains a memory block, a corrective link and a serially connected switch and a linear control signal generation block whose output is connected to the output of the adaptive control signal calculator; the second output of the switch is connected to the inputs of the adaptive control signal calculation LL block and through a correction link - with the second input of controls; the first and second inputs of the memory unit are connected to the outputs, respectively, of the output signal meter and the control unit The first action, the first output of the memory unit is connected to the second input of the identification error analyzer, and the second outputs to the second inputs of the identification unit, the output of which is connected to the first input of the switch, the second input of the commutator, is connected to the output of the identification error analyzer. Sources of information taken into account in the examination 1. Petrov B. N. and others. Principles of construction and design of self-adjusting control systems, M., Mashipostroenie, 1972, p. 103-119.

2. Krutko P. D. Variational methods for the synthesis of systems with digital controllers. M., Sat, radio. 1967, p. 399, 402 (prototype).