RU2457529C1 - Adaptive system for controlling and stabilising physical quantities - Google Patents
Adaptive system for controlling and stabilising physical quantities Download PDFInfo
- Publication number
- RU2457529C1 RU2457529C1 RU2011100407/28A RU2011100407A RU2457529C1 RU 2457529 C1 RU2457529 C1 RU 2457529C1 RU 2011100407/28 A RU2011100407/28 A RU 2011100407/28A RU 2011100407 A RU2011100407 A RU 2011100407A RU 2457529 C1 RU2457529 C1 RU 2457529C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- signal
- adder
- gain
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике и может использоваться в цифровых и аналоговых автоматических системах управления, регулирования и стабилизации различных величин: температуры, давления, производительности, скорости и т.д. и может применяться в различных отраслях промышленности и в научных исследованиях.The invention relates to electronic equipment and can be used in digital and analog automatic control systems, regulation and stabilization of various quantities: temperature, pressure, performance, speed, etc. and can be applied in various industries and in scientific research.
Высокоточное управление динамическими объектами, меняющими свои параметры в ходе функционирования, актуально во многих отраслях науки и техники. Эти задачи решаются с помощью адаптивных (самонастраивающихся) систем, в которых осуществляются изменения параметров регулятора для обеспечения неизменных свойств системы вопреки изменениям свойств объекта. Адаптивные системы могут быть двух видов: системы, сохраняющие свои свойства, достигнутые в результате предварительной настройки, и системы, улучшающие свои свойства в ходе настройки и поэтому не нуждающиеся в предварительной настройке. Системы второго вида более предпочтительны и универсальны, но вследствие недостаточности алгоритмических решений они менее распространены, чем системы первого вида. Если осуществлена начальная настройка, оба вида систем могут применяться в одних и тех же целях.High-precision control of dynamic objects that change their parameters during operation is relevant in many branches of science and technology. These tasks are solved with the help of adaptive (self-adjusting) systems, in which changes are made to the parameters of the controller to ensure unchanged properties of the system in spite of changes in the properties of the object. Adaptive systems can be of two types: systems that retain their properties achieved as a result of pre-configuration, and systems that improve their properties during setup and therefore do not need to be pre-configured. Systems of the second type are more preferable and universal, but due to the lack of algorithmic solutions, they are less common than systems of the first type. If the initial setup is done, both types of systems can be used for the same purpose.
Известна адаптивная система с параметрической обратной связью, схема которой приведена на рис.1, где: 1 - фильтр, 2 - вычитающее устройство, 3 - регулятор, 4 - регулируемый усилитель, 5 - нестационарный объект, 6 - фильтр, 7 - выпрямитель, 8 - фильтр [Самонастраивающиеся системы. Справочник. / Под ред. д.т.н. П.И.Чинаева - Киев: Наукова думка, 1969, с.381]. Целью работы этой системы является достижение равенства выходного сигнала объекта Y входному сигналу системы X, несмотря на медленные изменения коэффициентов передаточной функции объекта 5, которые называются параметрическими возмущениями. Входной сигнал Х через фильтр 1 поступает на вычитающее устройство 2, на второй вход которого поступает выходной сигнал Y объекта 5. Разность этих сигналов, представляющая собой ошибку управления Е, поступает через последовательный регулятор 3 и регулируемый усилитель 4 на вход объекта 5. Поскольку параметры объекта 5 изменяются медленно, то в начальный момент работы системы последовательный регулятор 3 настраивается таким образом, чтобы замкнутая система была устойчивой и обеспечивала настолько хорошую точность автоматической подстройки выходной величины Y к входной величине X, насколько это позволяют параметры объекта. После некоторого времени накопившиеся изменения параметров объекта 5 нарушают настройку системы. Чтобы восстановить эту настройку, необходимо скомпенсировать эти изменения обратными изменениями коэффициента усиления регулируемого усилителя 4. Элементы 6, 7 и 8 обеспечивают это изменение в образуемом ими вспомогательном контуре. Для этого необходимо определить, следует ли увеличивать или уменьшать этот коэффициент и на какую именно величину, т.е. необходимо сформировать сигнал управления регулируемым усилителем 4. С этой целью в исходной системе формируются небольшие колебания выходной величины Y около ее предписанного значения, а дополнительный контур из элементов 6, 7 и 8 определяет амплитуду этих колебаний и обеспечивает ее постоянство, тем самым косвенно обеспечивает постоянство свойств основного контура управления, составленного из элементов 2, 3, 4 и 5. Для зарождения автоколебаний при начальной настройке параметры последовательного регулятора 3 подбираются так, чтобы при исходном состоянии параметров объекта в системе возникали небольшие автоколебания около равновесного состояния. Их амплитуда обеспечивается пренебрежимо малой с позиции качества функционирования системы, а их частота значительно больше, чем полоса частот сигнала, который должен быть отработан замкнутой системой. Полоса частот фильтра 6 выбирается так, чтобы пропускать только основную гармонику возникающих автоколебаний. Выпрямитель 7 выделяет амплитуду этих колебаний, а низкочастотный фильтр 8 сглаживает получаемый сигнал и подает его на управляющий вход регулируемого усилителя 4. Если изменения параметров объекта 5 в основном касаются его коэффициента усиления, то восстановление исходной амплитуды автоколебаний будет обеспечено лишь в том случае, если изменения коэффициента усиления регулируемого усилителя 4 полностью скомпенсируют эти изменения коэффициента усиления объекта 5. Таким образом, при выполнении этого предположения о свойствах объекта 5 общий коэффициент элементов 4 и 5 сохраняется постоянным, что обеспечивает устойчивую работу основного контура, образованного элементами 2, 3, 4 и 5. Частота автоколебаний должна быть в 3-4 раза больше максимальной частоты спектра входного сигнала и находиться вне спектра частот помех, действующих на систему. Фильтр 1 осуществляет фильтрацию входного сигнала для устранения из него компонент вблизи частоты автоколебаний.A known adaptive system with parametric feedback, the circuit of which is shown in Fig. 1, where: 1 - filter, 2 - subtractor, 3 - regulator, 4 - adjustable amplifier, 5 - non-stationary object, 6 - filter, 7 - rectifier, 8 - filter [Self-tuning systems. Directory. / Ed. Doctor of Technical Sciences P.I. Chinaev - Kiev: Naukova Dumka, 1969, p. 381]. The purpose of this system is to achieve equality of the output signal of the object Y to the input signal of the system X, despite the slow changes in the transfer coefficients of the
Основной недостаток этой системы состоит в необходимости обеспечения полосы частот замкнутого контура много большим, чем требуется для отработки полезного сигнала X. В этом случае приходится использовать лишь часть возможностей системы, искусственно снижая ее быстродействие. Таким образом, средство решения задачи противоречит поставленной цели, которая состоит в обеспечении наибольшей полосы частот и наивысшей точности системы при изменяющихся параметрах объекта.The main disadvantage of this system is the need to provide a closed-loop frequency band that is much larger than that required to develop a useful signal X. In this case, you have to use only part of the system’s capabilities, artificially reducing its speed. Thus, the means of solving the problem contradicts the goal, which is to ensure the greatest frequency band and the highest accuracy of the system with changing object parameters.
Другим недостатком этой системы является узкая область применения, поскольку предполагается, что в объекте 5 изменятся только коэффициент усиления, и, следовательно, достижение стабильности амплитуды автоколебаний тождественно достижению стабильности системы, что не для всех видов объектов выполняется.Another drawback of this system is its narrow scope, since it is assumed that in the
Третьим недостатком этой системы является необходимость предварительной настройки регулятора 3, что требует детального знания математической модели объекта 5 и, следовательно, значительных его предварительных исследований (данная система относится к первому виду адаптивных систем).The third drawback of this system is the need for preliminary adjustment of
Четвертым недостатком этой системы является наличие колебаний выходного сигнала, которые снижают точность обеспечения равенства между входным сигналом X и выходным сигналом Y.A fourth disadvantage of this system is the presence of fluctuations in the output signal, which reduce the accuracy of ensuring equality between the input signal X and the output signal Y.
Наиболее близким к заявляемой системе является система, схема которой приведена на рис.2, гдеClosest to the claimed system is a system whose diagram is shown in Fig. 2, where
9 - вычитающее устройство;9 - subtractive device;
10 - регулируемый усилитель;10 - adjustable amplifier;
11 - сумматор;11 - adder;
12 - объект;12 - object;
13 - генератор;13 - generator;
14 - фильтр;14 - filter;
15 - выпрямитель;15 - rectifier;
16 - фильтр;16 - filter;
17 - сумматор.17 - adder.
[Самонастраивающиеся системы. Справочник. / Под ред. д.т.н. П.И.Чинаева - Киев: Наукова думка, 1969, с.377]. Эта система принята за прототип изобретения. Входом системы является положительный вход вычитающего устройства, выходом системы является выход объекта. Элементы 9, 10 и 11 вместе с объектом 12 образуют систему автоматического регулирования с отрицательной обратной связью. При первоначальной настройке подбирается величина внешнего сигнала R, подаваемого через один из входов сумматора 17 на регулируемый усилитель 10. Для того чтобы изменения коэффициента усиления объекта 12 компенсировались обратными изменениями коэффициента усиления регулируемого усилителя 10, в систему включен дополнительный контур, в который входят элементы 14, 15, 16 и 17, а также их действие обеспечивает генератор 13. С этой целью от генератора 13 через сумматор 11 в контур вводятся гармонические колебания Z, которые частично подавляются контуром из элементов 11, 12, 9 и 10 за счет действия отрицательной обратной связи, а их остаток присутствует на выходах всех элементов, в том числе на выходе регулируемого усилителя 10. Последовательно соединенные фильтр 14, настроенный на частоту этих колебаний, выпрямитель 15 и фильтр низких частот 16 осуществляют детектирование амплитуды этих колебаний. Усиленная величина этой амплитуды через сумматор 17 поступает на регулируемый усилитель 10, изменяя его коэффициент пропускания таким образом, чтобы амплитуда колебаний, присутствующих в сигнале U на выходе этого усилителя 10, была постоянной. В результате первоначальной настройки за счет изменений сигнала R коэффициент усиления регулируемого усилителя 10 делается таким, чтобы система была устойчивой и обеспечивала настолько высокую точность и быстродействие, насколько это позволяют параметры объекта 12. После того как в объекте 12 накапливаются изменения его коэффициента усиления, это приведет к изменению амплитуды гармонической компоненты сигнала на выходе регулируемого усилителя 10. Действие дополнительного контура стабилизации этой амплитуды, составленного из элементов 14, 15, 16 и 17, осуществляет такое изменение коэффициента усилителя 10, чтобы значение этой амплитуды было неизменным. Поскольку это достигается только при восстановлении исходного значения коэффициента усиления всего контура, равного произведению коэффициента усиления объекта 12 и коэффициента усиления усилителя 10, то в этом случае достигается также восстановление исходных свойств основного контура управления, образуемого элементами 9, 10, 11 и 12. Таким образом, поставленная задача стабилизации коэффициента усиления основного контура стабилизации, составленного элементами 9, 10, 11 и 12, решена [Самонастраивающиеся системы. Справочник. Под ред. д.т.н. П.И.Чинаева. Киев. Наукова думка. 1969, с.377]. В итоге изменения коэффициента усиления объекта 12 компенсируются обратными изменениями коэффициента усиления регулируемого усилителя 10, общий коэффициент основного тракта регулирования остается неизменным, чем и достигается сохранение свойств изначальной настройки основного контура управления системы.[Self-tuning systems. Directory. / Ed. Doctor of Technical Sciences P.I. Chinaev - Kiev: Naukova Dumka, 1969, p. 377]. This system is adopted as a prototype of the invention. The input of the system is the positive input of the subtracting device, the output of the system is the output of the object.
Основными недостатками прототипа являются недостаточная точность ее работы и недостаточная эффективность самонастройки.The main disadvantages of the prototype are the lack of accuracy of its work and the lack of effectiveness of self-tuning.
Недостаточная точность порождена тем, что в рабочем состоянии в системе должны происходить колебания.Insufficient accuracy is caused by the fact that fluctuations should occur in the working state of the system.
Недостаточная эффективность настройки имеет место вследствие того, что используется гипотеза о том, что среди всех параметров объекта изменяется, в основном, лишь его коэффициент усиления, а также предполагается, что первоначальная настройка осуществлена наилучшим образом. Эта гипотеза не всегда выполняется, прямой зависимости между амплитудой колебаний и качеством настройки системы зачастую нет.The lack of tuning efficiency occurs due to the fact that the hypothesis is used that among all the parameters of the object, mainly only its gain is changed, and it is also assumed that the initial tuning is performed in the best way. This hypothesis is not always fulfilled; there is often no direct correlation between the amplitude of oscillations and the quality of tuning the system.
Следствием этого является узкая область применения этого метода и необходимость предварительной настройки системы по некоторым дополнительным критериям качества ее функционирования, что также является недостатками этой системы.The consequence of this is the narrow scope of this method and the need to pre-configure the system according to some additional criteria for the quality of its functioning, which are also disadvantages of this system.
Таким образом, прототип не обеспечивает достаточно высокого быстродействия и достаточно высокой точности, а также требует предварительной качественной настройки.Thus, the prototype does not provide a sufficiently high speed and sufficiently high accuracy, and also requires preliminary high-quality tuning.
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения эффективности самонастройки и достижения большей точности системы с целью повышения точности и быстродействия при изменениях параметров объекта.The present invention solves the problem of improving the efficiency of self-tuning and achieving greater accuracy of the system in order to improve accuracy and speed when changing object parameters.
Поставленная задача решается тем, что предлагается адаптивная система с обратной связью, содержащая последовательно соединенные объект, вычитающее устройство и управляемый усилитель, управляющий вход которого соединен с выходом сумматора, которая содержит последовательно соединенные между выходом вычитающего устройства и входом сумматора анализатор ошибки, синхронный детектор, нелинейный элемент, интегратор и регулятор коэффициента, а также генератор, выход которого соединен со вторыми входами синхронного детектора и сумматора, причем выход управляемого усилителя соединен со входом объекта, а входом системы является положительный вход вычитающего устройства, при этом выходом является выход объекта.The problem is solved in that an adaptive feedback system is proposed, comprising a series-connected object, a subtracting device and a controlled amplifier, the control input of which is connected to the output of the adder, which contains an error analyzer, synchronous detector, non-linear, connected between the output of the subtracting device and the input of the adder element, integrator and coefficient regulator, as well as a generator whose output is connected to the second inputs of the synchronous detector and adder, etc. whereby the output of the controlled amplifier is connected to the input of the object, and the input of the system is the positive input of the subtractor, and the output is the output of the object.
Нелинейный элемент может находиться на входе или на выходе анализатора ошибки.A nonlinear element can be located at the input or output of the error analyzer.
На входе и/или на выходе анализатора ошибки может быть установлен дополнительный нелинейный элемент.An additional non-linear element may be installed at the input and / or output of the error analyzer.
По сути необходимо в состав системы ввести анализатор ошибки и обеспечить настройку регулятора на наилучшее качество за счет действия дополнительного контура обратной связи, образуемого синхронным детектором, интегратором, нелинейным элементом, регулятором коэффициента и сумматором, а также генератором, выход которого соединен со вторыми входами синхронного детектора и сумматора.In essence, it is necessary to introduce an error analyzer into the system and ensure that the regulator is set to the best quality due to the action of an additional feedback loop formed by a synchronous detector, an integrator, a nonlinear element, a coefficient regulator and an adder, as well as a generator whose output is connected to the second inputs of the synchronous detector and adder.
Повышение точности достигается устранением колебаний выходной величины в рабочем режиме. Повышение эффективности достигается применением критерия, непосредственно связанного с показателем качества замкнутой системы, который вычисляется непрерывно или периодически в ходе функционирования системы.Improving accuracy is achieved by eliminating fluctuations in the output value in the operating mode. Improving efficiency is achieved by applying a criterion directly related to the quality index of a closed system, which is calculated continuously or periodically during the operation of the system.
Схема предлагаемой системы показана на рис.3.The scheme of the proposed system is shown in Fig. 3.
Устройство содержит:The device contains:
18 - вычитающее устройство;18 - subtractive device;
19 - управляемый усилитель;19 - controlled amplifier;
20 - объект;20 - object;
21 - генератор;21 - generator;
22 - анализатор ошибки;22 - error analyzer;
23 - синхронный детектор;23 - synchronous detector;
24 - интегратор;24 - integrator;
25 - нелинейный элемент;25 - non-linear element;
26 - регулятор коэффициента;26 - coefficient regulator;
27 - сумматор.27 - adder.
Входом системы является положительный вход вычитающего устройства 18. Выходом устройства является выход объекта 20.The input of the system is the positive input of the subtracting device 18. The output of the device is the output of the object 20.
В качестве анализатора ошибки 22 может быть использован, например, выпрямитель.As an error analyzer 22, for example, a rectifier can be used.
В качестве синхронного детектора 23 может быть использован, например, множитель сигналов с последовательно включенным фильтром низких частот.As a synchronous detector 23, for example, a signal multiplier with a low-pass filter connected in series can be used.
В качестве нелинейного элемента 25 может быть использован, например, элемент типа «зона нечувствительности».As a non-linear element 25, for example, an element of the type "dead zone" can be used.
В качестве регулятора коэффициента 26 может быть взят, например, аналоговый или цифровой интегратор или иной регулятор, обеспечивающий достаточную устойчивость и точность дополнительного контура стабилизации, образуемого элементами 22, 23, 24, 25, 26, 27 и воздействующего на элемент 19.As a coefficient 26 regulator, for example, an analog or digital integrator or other regulator can be taken that provides sufficient stability and accuracy of the additional stabilization circuit formed by elements 22, 23, 24, 25, 26, 27 and acting on element 19.
Интегратор 24 может быть выполнен как вычислитель скользящего среднего, т.е. устройство, вычисляющее интеграл в скользящих пределах от t-Т до t, где t - текущее время, T - интервал времени усреднения. Это устройство может быть реализовано, например, в виде вычитающего устройства с двумя интеграторами на входах, причем один из этих двух интеграторов включатся с задержкой на время Т по сравнению с другим интегратором, как показано на рис.4. На этом рисунке: 28 - устройство задержки сигнала на величину T; 29 и 30 - интеграторы; 31 - вычитающее устройство.Integrator 24 may be implemented as a moving average calculator, i.e. a device that calculates the integral in the moving range from t-T to t, where t is the current time, T is the averaging time interval. This device can be implemented, for example, in the form of a subtractor with two integrators at the inputs, and one of these two integrators will turn on with a delay by time T compared to the other integrator, as shown in Fig. 4. In this figure: 28 - signal delay device by the value of T; 29 and 30 are integrators; 31 is a subtractive device.
Вся система полностью или частично может быть реализована на цифровой электронной технике, например на базе цифрового сигнального процессора.The whole system can be fully or partially implemented on digital electronic equipment, for example, based on a digital signal processor.
Эта система работает следующим образом.This system works as follows.
При исходных фиксированных параметрах объекта 20 элементы 18, 19 и 20 образуют обычную систему автоматического управления. А именно: входной сигнал Х поступает через положительный вход вычитающего устройства 18 и через управляемый усилитель 19 на вход объекта 20; выходной сигнал Y объекта поступает на вычитающий вход вычитающего устройства 18, на выходе которого формируется сигнал ошибки Е. Управляемый усилитель 19 служит регулятором в основном контуре и обеспечивает требуемую точность и быстродействие этого контура при первоначальной настройке и пока параметры объекта 20 остаются неизменными. В случае достаточно эффективной работы основного контура выходной сигнал объекта Y равен входному сигналу системы X, поэтому сигнал ошибки Е на выходе вычитающего устройства 18 пренебрежимо мал. Эта величина анализируется трактом, состоящим из анализатора ошибки 22, синхронного детектора 23, интегратора 24, нелинейного элемента 25, регулятора 26 и сумматора 27. Поскольку в тракте присутствует нелинейный элемент 25 с зоной нечувствительности, его выходной сигнал равен нулю, если входной сигнал лежит в заранее заданном небольшом диапазоне вблизи нуля. Поэтому на вход регулятора 26 подается также нулевой сигнал, регулятор 26 не воздействует на управляемый усилитель 19 и этот усилитель не изменяет своего коэффициента усиления. Генератор 21 формирует гармонический сигнал, который поступает на вход синхронного детектора 23 и на вход сумматора 27. Выходной сигнал синхронного детектора 23, равный произведению его входных сигналов, в данном случае остается пренебрежимо малым. Действие сигнала с выхода генератора 21, подаваемого на вход сумматора 27, состоит в том, что коэффициент усиления регулируемого усилителя 19 изменяется на небольшую добавку, изменяющуюся по этому гармоническому закону. Это небольшое изменение коэффициента усиления практически не влияет на действе основного контура управления, составленного элементами 18, 19 и 20.With the initial fixed parameters of the object 20, the elements 18, 19 and 20 form a conventional automatic control system. Namely: the input signal X comes through the positive input of the subtracting device 18 and through the controlled amplifier 19 to the input of the object 20; the output signal Y of the object is fed to the subtracting input of the subtractor 18, the output of which is generated by the error signal E. The controlled amplifier 19 serves as a regulator in the main circuit and provides the required accuracy and speed of this circuit during initial setup and while the parameters of the object 20 remain unchanged. In the case of sufficiently effective operation of the main circuit, the output signal of the object Y is equal to the input signal of the system X, therefore, the error signal E at the output of the subtractor 18 is negligible. This value is analyzed by a path consisting of an error analyzer 22, a synchronous detector 23, an integrator 24, a nonlinear element 25, a controller 26, and an adder 27. Since there is a nonlinear element 25 with a deadband in the path, its output signal is zero if the input signal lies in a predetermined small range near zero. Therefore, a zero signal is also supplied to the input of the controller 26, the controller 26 does not affect the controlled amplifier 19, and this amplifier does not change its gain. The generator 21 generates a harmonic signal, which is fed to the input of the synchronous detector 23 and to the input of the adder 27. The output signal of the synchronous detector 23, equal to the product of its input signals, in this case remains negligible. The effect of the signal from the output of the generator 21, supplied to the input of the adder 27, is that the gain of the adjustable amplifier 19 is changed to a small additive, changing according to this harmonic law. This small change in the gain practically does not affect the action of the main control loop composed by elements 18, 19 and 20.
Нами путем моделирования показано, что в некоторых случаях такая модуляция коэффициента усиления регулятора не только не мешает, но даже оказывает стабилизирующее влияние на устойчивость системы автоматического регулирования. Так, например, на рис.5 показан выходной сигнал системы, на вход которой был подан сигнал X(t)=1+0,1cos(0,1t). Эта система в начальный момент находилась в неустойчивом состоянии, но после введения девиации коэффициента усиления (в момент t=100) она стала устойчивой, ее выходной сигнал стал примерно равным входному сигналу: Y(t)≈X(t). Модели объекта и регулятора в рассмотренном примере имеют вид:We have shown through modeling that in some cases, such a modulation of the gain of the controller not only does not interfere, but even has a stabilizing effect on the stability of the automatic control system. So, for example, Fig. 5 shows the output signal of the system, to the input of which the signal X (t) = 1 + 0.1cos (0.1t) was applied. This system was initially in an unstable state, but after the gain coefficient deviation was introduced (at time t = 100), it became stable, its output signal became approximately equal to the input signal: Y (t) ≈X (t). Models of an object and a regulator in the considered example have the form:
Здесь величины Y(s), U(s) X(s) - преобразования Лапласа от сигналов на выходе U(t) и входе Y(t) объекта, а также на входе системы X(t). Для коэффициента K1 была применена модуляция коэффициента в соответствии с соотношением:Here, the quantities Y (s), U (s) X (s) are the Laplace transforms from the signals at the output U (t) and input Y (t) of the object, as well as at the input of the system X (t). For the coefficient K 1 was applied modulation of the coefficient in accordance with the ratio:
K1=10+4sint.K 1 = 10 + 4sint.
Если бы входной сигнал системы X(t) не имел девиации, то и выходной сигнал также был бы постоянным, что также подтверждено моделированием. Во всех случаях небольшая девиация коэффициента усиления системы не ухудшает его устойчивости и не увеличивает ошибку слежения E(t). Таким образом, при достаточно высоком качестве работы основного контура, составленного из элементов 18, 19 и 20, действие дополнительного контура, составленного из остальных элементов системы, никак не влияет на основной контур, а также оно не вносит девиаций выходного сигнала Y, чем обеспечивается одна из причин повышения точности системы.If the input signal of the system X (t) had no deviation, then the output signal would also be constant, which is also confirmed by simulation. In all cases, a small deviation of the gain of the system does not impair its stability and does not increase the tracking error E (t). Thus, with a sufficiently high quality of work of the main circuit composed of elements 18, 19 and 20, the action of the additional circuit composed of the remaining elements of the system does not affect the main circuit in any way, nor does it introduce deviations of the output signal Y, which ensures one from the reasons for increasing the accuracy of the system.
После того как накопятся существенные изменения параметров объекта и качество системы в целом ухудшится, изменения коэффициента усиления регулируемого усилителя 11 начнут влиять на значение ошибки E(t). Увеличение коэффициента усиления регулируемого усилителя 11 может улучшать или ухудшать качество системы, и заранее неизвестно, в какую сторону следует изменять этот коэффициент. Например, увеличение этого коэффициента может нарушить устойчивость системы, что вызовет увеличение абсолютной величины ошибки слежения E(t), а уменьшение этого коэффициента может вернуть устойчивость, что вызовет уменьшение величины ошибки E(t). Но может возникнуть и обратная ситуация, при которой уменьшение коэффициента увеличит ошибку по величине, а его увеличение уменьшит эту ошибку. При наилучшей настройке этого коэффициента и увеличение, и уменьшение его вызовет увеличение абсолютной величины ошибки, поэтому наилучшая настройка является наиболее желательной, а обеспечение ее повышает точность и быстродействие системы автоматического регулирования в целом. Действие дополнительного контура, образуемого элементами 22, 23, 24, 25, 26 и 27, предназначено для обеспечения этой наилучшей настройки коэффициента усиления регулируемого усилителя 19.After significant changes in the parameters of the object are accumulated and the quality of the system as a whole deteriorates, changes in the gain of the
Пусть, например, параметры объекта 20 изменились так, что увеличение коэффициента усиления регулируемого усилителя 19 уменьшит абсолютную величину ошибки, а его уменьшение увеличит эту ошибку. Генератор 21 формирует сигнал, который, воздействуя на управляемый усилитель 19, периодически увеличивает и уменьшает его коэффициент усиления. Вследствие этого ошибка E(t) на выходе вычитающего устройства 18 будет синхронно с этим сигналом увеличиваться и уменьшаться по абсолютной величине. Эти изменения будут формироваться на выходе анализатора ошибки 22, а на выходе синхронного детектора 23 будет осуществляться детектирование этой зависимости. Действительно, если бы на выходе анализатора ошибки 22 был постоянный сигнал, то после его умножения на гармонический сигнал на синхронном детекторе 23 на выходе синхронного детектора 23 формировался бы знакопеременный симметричный сигнал, который после интегрирования на интеграторе 24 давал бы в итоге пренебрежимо малый сигнал. Если же в выходном сигнале анализатора ошибки 22 стала присутствовать переменная компонента, изменяющаяся синхронно со вторым входным сигналом синхронного детектора 23, то после перемножения этих компонент на выходе синхронного детектора будет формироваться постоянная величина, которая изменит выходной сигнал интегратора 24. Этот сигнал, если его величина больше, чем зона нечувствительности нелинейного элемента 25, сформирует ненулевой сигнал на вход регулятора 26 и через сумматор 27 будет воздействовать на регулируемый усилитель 19, изменяя его коэффициент усиления. Если за счет корректного расчета регулятора 26 данный контур сделан устойчивым, то действие такой обратной связи обеспечит изменение коэффициента усиления управляемого усилителя 19 в таком направлении, чтобы периодическая компонента сигнала на выходе анализатора ошибки 22 после ее детектирования синхронным детектором 23 и усреднения интегратором 24 стала равной нулю. Это достигается при наименьшей абсолютной величине сигнала ошибки E(t), т.е. при наилучшей настройке коэффициента усиления управляемого усилителя 19.Let, for example, the parameters of the object 20 have changed so that an increase in the gain of the adjustable amplifier 19 will reduce the absolute value of the error, and its decrease will increase this error. The generator 21 generates a signal, which, acting on the controlled amplifier 19, periodically increases and decreases its gain. As a result, the error E (t) at the output of the subtractor 18 will synchronously increase and decrease in absolute value with this signal. These changes will be formed at the output of the error analyzer 22, and at the output of the synchronous detector 23, this dependence will be detected. Indeed, if there was a constant signal at the output of the error analyzer 22, then after its multiplication by a harmonic signal at the synchronous detector 23, an alternating symmetric signal would be formed at the output of the synchronous detector 23, which, after integration on the integrator 24, would result in a negligible signal. If, in the output signal of the error analyzer 22, a component variable began to be present, changing synchronously with the second input signal of the synchronous detector 23, then after multiplying these components, a constant value will be formed at the output of the synchronous detector, which will change the output signal of the integrator 24. This signal, if its value more than the dead zone of the nonlinear element 25, will form a non-zero signal to the input of the controller 26 and through the adder 27 will act on the adjustable amplifier 19, changing I did gain. If due to the correct calculation of the controller 26 this circuit is made stable, then the action of such feedback will provide a change in the gain of the controlled amplifier 19 in such a direction that the periodic component of the signal at the output of the error analyzer 22 after it is detected by the synchronous detector 23 and averaged by the integrator 24 becomes zero . This is achieved with the smallest absolute value of the error signal E (t), i.e. at the best setting of the gain of the controlled amplifier 19.
Таким образом, действием дополнительного контура обеспечивается наилучшая настройка коэффициента усиления управляемого усилителя 19, обеспечивающая наименьшее значение функции, описывающей качество системы и вычисляемой анализатором ошибки 22, например усредненный модуль ошибки E(t). Это обеспечивается при максимальной точности системы и наиболее широкой полосе частот при условии сохранения ее наилучшей устойчивости.Thus, the action of the additional circuit ensures the best possible adjustment of the gain of the controlled amplifier 19, which ensures the lowest value of the function describing the quality of the system and calculated by the error analyzer 22, for example, the averaged error modulus E (t). This is ensured with the maximum accuracy of the system and the widest frequency band, provided that its best stability is maintained.
В результате повышаются быстродействие, точность и запас устойчивости всей системы.As a result, the speed, accuracy and stability margin of the entire system are increased.
Кроме того, данная система не требует первоначальной настройки, поскольку действие дополнительного контура, образуемого элементами 22, 23, 24, 25, 26, 27 и 21, направлено не на восстановление исходных параметров настройки, а на достижение минимального значения интеграла от модуля ошибки.In addition, this system does not require initial adjustment, since the action of the additional circuit formed by elements 22, 23, 24, 25, 26, 27, and 21 is not aimed at restoring the original settings, but at achieving the minimum value of the integral from the error module.
Таким образом, в предлагаемой системе обеспечена наилучшая настройка коэффициента регулируемого усилителя 19, что обеспечивает наибольшую точность и наилучшее быстродействие, которые только могут быть достигнуты с имеющимися параметрами объекта. Данная система относится ко второму виду адаптивных систем, не требующих первоначальной настройки, хотя и не запрещает ее.Thus, in the proposed system, the best setting of the coefficient of the adjustable amplifier 19 is ensured, which ensures the greatest accuracy and the best speed that can only be achieved with the existing parameters of the object. This system belongs to the second type of adaptive systems that do not require initial configuration, although it does not prohibit it.
Нелинейный элемент 25 может быть выполнен в виде гладкой или кусочно-линейной зависимости, имеющей зону нечувствительности, например, зависимость между его выходным сигналом U2 и входным сигналом U1 может быть задана в следующем виде:The nonlinear element 25 can be made in the form of a smooth or piecewise linear dependence having a deadband, for example, the relationship between its output signal U 2 and the input signal U 1 can be set in the following form:
Такое устройство может быть реализовано на основе аналоговой или цифровой техники, например на основе операционного усилителя с соответствующими цепями обратной связи, с применением диодов или стабилитронов. Этот нелинейный элемент может быть перемещен или продублирован на входе и (или) на выходе элемента 22 (анализатор ошибки) без ухудшения полезных свойств системы.Such a device can be implemented on the basis of analog or digital technology, for example, on the basis of an operational amplifier with corresponding feedback circuits, using diodes or zener diodes. This non-linear element can be moved or duplicated at the input and (or) at the output of element 22 (error analyzer) without affecting the useful properties of the system.
Таким образом, предлагаемая система обеспечивает системе повышенную точность и быстродействие.Thus, the proposed system provides the system with increased accuracy and speed.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011100407/28A RU2457529C1 (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | Adaptive system for controlling and stabilising physical quantities |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011100407/28A RU2457529C1 (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | Adaptive system for controlling and stabilising physical quantities |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2457529C1 true RU2457529C1 (en) | 2012-07-27 |
Family
ID=46850824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011100407/28A RU2457529C1 (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | Adaptive system for controlling and stabilising physical quantities |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2457529C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015084212A1 (en) * | 2013-12-03 | 2015-06-11 | Евгений Александрович СУХАРЕВ | Adaptive control system |
| RU193236U1 (en) * | 2019-05-07 | 2019-10-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Self-adjusting speed control system |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4407013A (en) * | 1980-10-20 | 1983-09-27 | Leeds & Northrup Company | Self tuning of P-I-D controller by conversion of discrete time model identification parameters |
| DE3239015A1 (en) * | 1982-10-21 | 1984-04-26 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Control device with elastic feedback |
| US4675804A (en) * | 1983-11-01 | 1987-06-23 | Sundstrand Corporation | Control system with variable gain integrator |
| RU2002289C1 (en) * | 1989-07-26 | 1993-10-30 | Валентин Петрович Семенец | Method of automatically adjusting control systems |
| DE4329759A1 (en) * | 1993-09-03 | 1995-03-09 | Abb Patent Gmbh | Method for controlling a process |
| RU2068196C1 (en) * | 1992-12-07 | 1996-10-20 | Акционерное общество закрытого типа "Экспериментальная лаборатория системотехники" | Self-tuning control system |
| DE19612884C2 (en) * | 1996-03-25 | 2003-03-20 | Univ Konstanz | Method and device for setting a PID controller |
| EP0974880B1 (en) * | 1998-07-20 | 2003-09-24 | Siemens Building Technologies AG | Autoadaptive PID controller |
| RU2285943C1 (en) * | 2005-05-20 | 2006-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" | Regulator adaptation device |
| GB2431736A (en) * | 2005-10-25 | 2007-05-02 | Fisher Rosemount Systems Inc | Process control with unreliable feedback communications |
| RU76719U1 (en) * | 2008-03-04 | 2008-09-27 | Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук | REGULATOR FOR FEEDBACK SYSTEMS |
| RU2368933C1 (en) * | 2008-03-17 | 2009-09-27 | Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук | Controller for feedback system |
| RU2368934C2 (en) * | 2007-06-14 | 2009-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Электроспецприбор" | Adaptive control system |
| RU93994U1 (en) * | 2009-10-20 | 2010-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | REGULATOR FOR A MULTIDIMENSIONAL OBJECT |
-
2011
- 2011-01-11 RU RU2011100407/28A patent/RU2457529C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4407013A (en) * | 1980-10-20 | 1983-09-27 | Leeds & Northrup Company | Self tuning of P-I-D controller by conversion of discrete time model identification parameters |
| DE3239015A1 (en) * | 1982-10-21 | 1984-04-26 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Control device with elastic feedback |
| US4675804A (en) * | 1983-11-01 | 1987-06-23 | Sundstrand Corporation | Control system with variable gain integrator |
| RU2002289C1 (en) * | 1989-07-26 | 1993-10-30 | Валентин Петрович Семенец | Method of automatically adjusting control systems |
| RU2068196C1 (en) * | 1992-12-07 | 1996-10-20 | Акционерное общество закрытого типа "Экспериментальная лаборатория системотехники" | Self-tuning control system |
| DE4329759A1 (en) * | 1993-09-03 | 1995-03-09 | Abb Patent Gmbh | Method for controlling a process |
| DE19612884C2 (en) * | 1996-03-25 | 2003-03-20 | Univ Konstanz | Method and device for setting a PID controller |
| EP0974880B1 (en) * | 1998-07-20 | 2003-09-24 | Siemens Building Technologies AG | Autoadaptive PID controller |
| RU2285943C1 (en) * | 2005-05-20 | 2006-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" | Regulator adaptation device |
| GB2431736A (en) * | 2005-10-25 | 2007-05-02 | Fisher Rosemount Systems Inc | Process control with unreliable feedback communications |
| RU2368934C2 (en) * | 2007-06-14 | 2009-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Электроспецприбор" | Adaptive control system |
| RU76719U1 (en) * | 2008-03-04 | 2008-09-27 | Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук | REGULATOR FOR FEEDBACK SYSTEMS |
| RU2368933C1 (en) * | 2008-03-17 | 2009-09-27 | Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук | Controller for feedback system |
| RU93994U1 (en) * | 2009-10-20 | 2010-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | REGULATOR FOR A MULTIDIMENSIONAL OBJECT |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015084212A1 (en) * | 2013-12-03 | 2015-06-11 | Евгений Александрович СУХАРЕВ | Adaptive control system |
| RU193236U1 (en) * | 2019-05-07 | 2019-10-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Self-adjusting speed control system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2775599B1 (en) | Boost converter | |
| Padhan et al. | An improved parallel cascade control structure for processes with time delay | |
| JPWO2007138758A1 (en) | Servo control device | |
| Bodson | Performance of an adaptive algorithm for sinusoidal disturbance rejection in high noise | |
| RU2457529C1 (en) | Adaptive system for controlling and stabilising physical quantities | |
| Torrico et al. | New simple approach for enhanced rejection of unknown disturbances in LTI systems with input delay | |
| Azarmi et al. | Robustness analysis and design of fractional order Iλ Dμ controllers using the small gain theorem | |
| WO2015084212A1 (en) | Adaptive control system | |
| Cuong et al. | Design of MRAS-based adaptive control systems | |
| JP3633210B2 (en) | SVC device control system | |
| RU2368934C2 (en) | Adaptive control system | |
| US11394286B2 (en) | Process control using amplitude control loop | |
| JPWO2008018496A1 (en) | Control method and control apparatus | |
| CN115685757A (en) | A Filter-Based Active Disturbance Rejection Predictive Control Method for Pure Time-Delay Systems | |
| Livinus et al. | Effects of PID controller on a closed loop feedback system | |
| RU2584925C1 (en) | Feedback system | |
| Chen et al. | Robustness, performance analysis and practical improvements of modified uncertainty and disturbance estimator based control | |
| CN216929865U (en) | Voltage ripple suppression system based on repetitive control circuit | |
| RU2714372C1 (en) | Method of adjusting proportional-integral-differential controller of closed dynamic system | |
| RU2573731C2 (en) | Proportional-integral controller operating method | |
| Takagi et al. | Adaptive control of systems with input saturation: A scheme using output derivatives of order up to relative degree | |
| Furtat et al. | State feedback finite time sliding mode stabilization using dirty differentiation | |
| Prokop et al. | Tracking and disturbance attenuation for unstable systems: algebraic | |
| JP6862525B1 (en) | Rotation angle detector and control system | |
| CN115509121A (en) | Method for setting parameters of PI-Smith controller in pure time-lag system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190112 |