Concerning the Problem of a Parallel Feedforward Correction of the Regulation Systems

The functional purpose of the correcting links in the structure of the automatic regulation systems (ARS) is improvement of the precision and dynamic quality of the regulation processes. In the classical methods of ARS design two types of the correcting links are used: of the sequential and parallel feedback. At the same time there is one more type of correction. It has been insufficiently studied within the framework of the classical automatic regulation theory and practically ignored in the modern researches. It is a parallel feedforward correction (PFC). A logical question appears concerning the usefulness of the given type of correction for the developers of ARS. This question is exactly the subject of the given paper. Three methods of PFC application are considered: compensation of the transfer poles of the control channel, its control by the transfer zeroes, and correction of the amplitude-phase characteristics of an open loop. The method of compensation of the transfer poles of an object reduces the order of the transfer functions of the control channel, and, as a result, the dimension of the regulation problem to be solved is reduced. Its auxiliary effect is analyzed, that is formation of a non-control and non-observed subsystem in ARS structure, the spectrum of which coincides with that of the compensated poles. "The bad" transfer zeroes of an object are problematical for a great many methods of synthesis of ARS. The right zeroes, and also the left zeroes, which are in the immediate proximity to the imaginary axis, are among them. By means of PFC it is possible to change purposefully the transfer zeroes and even to exclude them from the corrected control channel. Correction of the frequency characteristics of the direct chain of PFC is realized with a view to ensure the desired phase and amplitude stability for the closed system. The authors demonstrate good prospects of its use in the regulation tasks with big amplification factor. The conducted researches demonstrate wide functional potentials of the considered mechanism of PFC and expediency of its use alongside with the classical methods of correction. In this connection the question about development of a methodology of PFC and its inclusion in the modern engineering instrument of ARS design is quite appropriate.

системы автоматического управления, согласно-параллельная коррекция, компенсация передаточных полюсов, управление передаточными нулями, коррекция амплитудно-фазовых характеристик, робастность, бесконечно большой коэффициент усиления, automatic regulation systems, parallel feedforward correction, compensation of transfer poles, control by transfer zeroes, correction of the amplitude-phase characteristics, infinitely high gain

1. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического управления. СПб.: Профессия, 2003. 752 с. (§ 10.3).

2. Теория автоматического управления / С. Е. Душин и др.; Под ред. В. Б. Яковлева. М.: Высшая школа, 2003. 567 с. (п. 4.8).

3. Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования. Кн. 2. Анализ и синтез линейных непрерывных и дискретных систем автоматического регулирования / Колл. авторов. Под ред. В. В. Солодовникова. М.: Машиностроение, 1967. 682 с.

4. Топчеев Ю. И. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования. М.: Машиностроение, 1989. 752 с.

5. Методы классической и современной теории автоматического управления. Учебник в 3-х т. Т. 2. Синтез регуляторов и теория оптимизации систем автоматического управления / Под ред. Н. Д. Егупова. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. 736 с.

6. Машиностроение. Энциклопедия в 40 т. Т. I-4. Автоматическое управление. Теория / Колл. авторов. Под общ. ред. Е. А. Федосова. М.: Машиностроение, 2000. 688 с.

7. Филлипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью. M.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. 616 с.

8. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления. M.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. 832 с.

9. Гудвин Г. К., Гребе С. Ф., Сальгадо М. Э. Проектирование систем управления. M.: Лаборатория Знаний, 2004. 911 с.

10. Фрадков А. Л. Адаптивная стабилизация минимально-фазовых объектов с векторным входом без измерения производных от выхода // Докл. РАН. 1994. Т. 337, № 5. С. 592-594.

11. Andrievsky B. R., Fradkov A. L., Stotsky A. A. Shunt Compensation for Indirect Sliding-Mode Adaptive Control // Proc. 13th Triennial IFAC World Congr. V. K. 1996. San-Francisco, USA. P. 193-198.

12. Андриевский Б. Р., Фрадков А. Л. Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке MATLAB. СПб.: Наука, 2000. 475 с.

13. Мирошник И. В., Никифоров В. О., Фрадков А. Л. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами. СПб.: Наука, 200. 549 с.

14. Bar-Kana I. Parallel Feedforward and Simplified Adaptive Control // Int. Journ. Adapt. Control and Signal Processing. 1987. Vol. 1. P. 95-109.

15. Kaufman H., Bar-Kana I., Sobel K. Direct Adaptive Control Algorithms. N.-Y.: Springer-Verlag, 1994.

16. Iwai Z., Mizumoto I. Realization of Simple Adaptive Control by Using Parallel Feedforward Compensator // Int. Journ. Control. 1994. 59 (6). P. 1543-1565.

17. Bartolini G., Ferrara A., Stotsky A. Stability and Exponential Stability of an Adaptive Control Scheme for Plants of any Relative Degree // IEEE Trans. Autom. Contr. 1995. Vol. 40, N 1.

18. Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Робастная коррекция объектов регулирования // Проблемы теории и практики в инженерных исследованиях: C6. науч. трудов. М.: Изд-во АСВ, 1998. C. 248-252.

19. Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Согласно-параллельная коррекция объектов в задачах робастного регулирования // Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: Сб. трудов междунар. науч.-техн. семинара. М.: Изд-во МАИ, 1998. C. 131-133.

20. Edwards C., Spurgeon S. K. Sliding Mode Control: Theory and Applications. London: Taylor and Francis, 1998.

21. Deng M., Iwai Z., Mizumoto I. Robust Parallel Compensator Design for Output Feedback Stabilization of Plants with Structured Uncertainty // Systems and Control Letters 36. 1999. P. 193-198.

22. Ohtsuka H., Nagata M., Iwai Z. Sliding Mode Control System Design Using Parallel Feedforward Compensator // Proc. of 5th ASCC, CD-ROM. 2004. P. 1974-1982.

23. Gessing R. Parallel Compensator for Continuous and Relay Control Systems with Difficult Plants // American Control Conf. ACC'07. USA, New York, NY 9-13 July 2007. P. 5810-5815.

24. Wana Y., Royb S., Saberib A. Pre- Y Post- Y Feedforward Compensator Design for Zero Placement // International Journal of Control. 2010. Vol. 83, N 9. P. 1839-1843.

25. Gavini L., Izadian A., Li L. A Parallel Compensation Approach in Controls of Buck-Boost Converters // Proc. 37th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. Melbourne, Australia, November 2011. P. 451-455.

26. Qian C., Mingzhi H., Zheng T. Q. Simulation and Research on Three-Phase Parallel PFC with FeedForward Compensation // Wseas Transactions on Circuits and Systems. 2011. Vol. 9, Iss. 9. P. 309-318.

27. Landau I. D., Airimit,oaie T.-B., Alma M. An IIR Youla-Kucera Parametrized Adaptive Feedforward Compensator for Active Vibration Control with Mechanical Coupling // IEEE Tran. on Control Systems Technology. 2013. 21 (3). P. 765-779.

28. Кострикин А. И. Введение в алгебру. М.: Наука, 1977. 496 с.

29. Солодовников В. В., Филимонов Н. Б. Динамическое качество автоматического регулирования. М.: МВТУ им. Н. Э. Баумана, 1987. 84 с.

30. Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Робастная коррекция в системах управления с большим коэффициентом усиления // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 12. С. 3-10.

31. Филимонов А. Б. Спектральная декомпозиция систем с запаздываниями. Компенсация запаздываний. М.: Изд-во Физматлит, 2002. 288 с.