Регулятор с переменной структурой для объектов с запаздыванием

 

с"

Л.П. Мышляев, В.П. Авдеев, Д. Муканов и С.К. Коровин (72) Авторы изобретения

Особое проектно-конструкторское бюро Научи опроизводственного объединения "Черметавтоматикан и Сибирский металлургический институт им. Серго Орджоникидзе (7! ) Заявители (54) РЕГУЛЯТОР С AEPEHKHHON СТРУКТУРОЙ

ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для построения систем управления техничес" кими объектами, содержащих значительные запаздывания и подверженных влиянию неконтролируемых возмущений.

Динамика объекта по каналам регулирования описывается передаточной функцией

14(р) = Ке где К. - коэффициент передачи; Г - время транспортного запаздывания, а структурные и статистические хвракте- ристики внешних воздействий значительно изменяются на интервале времени длительностью 5.

Известен регулятор Ресвика, содержащий последовательно соединенные гв первое звено вычитания, в котором из измеряемого выходного сигнала объекта регулирования вычитается заданный сигнал, обратная модель кана2 ла регулирования без запаздывания, второе звено вычитания, в котором из задержанного в звене чистого запаздывания его же выходного сигнала вычитается входной сигнал обратной модели канала регулирования без запаздывания (1f.

Недостатком указанного устройства является то, что оно не обеспечивает высокой точности регулирования при действйи высокочастотных помех и наличии ошибок реализации и измерения управлений, а также из-за из- менения характеристик внешних воздействий на интервал времени длительностью ь.

Наиболее близким к предлагаемому является регулятор, содержащий последовательно соединенные первое звено сравнения, обратную модель без запаздывания, второе звено сравнения, первый фильтр низкой частоты и первый экстраполятор, второй вход второго звена сравнения соединен

3 10 с выходом первого звена задержки (2) .

Недостаток этого регулятора заключается в невысокой точности регулирования вследствие того, что: структурно-статические характеристики внешних воздействий значительно, изменяются с течением времени, а структура и парамегры фильтра низкой частоты и экстраполятора выбираются в ориентации на определен.ные неизменные характеристики внешних воздействий.

Цель изобретения - повышение точности регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что в регулятор с переменной структурой для объектов с запаздыванием введены последовательно соединенные второй фильтр низкой частоты, второй экстраполятор, третье звено задержки, третье звено сравнения, первый квадратор, третий фильтр низкой частоты, четвертое звено сравнения и переключатель, причем вход второго фильтра низкой частоты и второй вход третьего звена сравнения соединены с выходом второго звена сравнения, второй вход переключателя соединен с выходом второго экстраполятора, а третйй вход — с выходом первого экстраполятара, последовательно сое" диненные второе звено задержки, пятое звено сравнения, второй квадратоц четвертый фильтр низкой частоты, выход которого подключен к второму входу четвертого звена сравнения, вход второго звена задержки соединен с выходом второго экстраполятора, а второй вход пятого звена сравнения - с выходом второго звена сравнения.

Повышение точности регулирования достигается за счет того, что рабочее управление выбирается из управлений, выработанных либо первым контуром, подключающим первый фильтр низкой частоты и первый экстраполятор, либо вторым контуром, включающим второй фильтр низкой частоты и второй экстраполятор, отличающиеся по своей структуре и параметру от первого фильтра и первого экстраполятора. Управления выбираются в зависимости от их точности. Точность управлений первого и второго контуров определяется путем сравнения в соответствующие моменты времени этих управлений с оцениваемым с за04970 4

4S

S0

S

2S

39 паздыванием на время С требуемым (идеальным) управлением, которым является выходной сигнал второго звена сравнения. Такое определение точности производится с помощью пятого и третьего звеньев сравнения, второго и пятого звеньев сравнения, первого и второго квадраторов, четвертого и третьего фильтров низкой частоты. Другими словами, повышение точности регулирования достигается за счет изменения структуры и параметров предлагаемого устройства. Выбираются те структура и параметры, которые дают наилучшие результаты.

По аналогии можно вводить несколько контуров, из которых оперативно выбирается наилучший.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Регулятор с переменной структурой для объектов с запаздыванием содержит первое звено 1 сравнени, обратную модель объекта без запаздывания - пропорциональное звено 2, второе звено 3 сравнения, первый фильтр 4 низкой частоты, первый экстраполятор 5, первое звено 6 задержки, второй фильтр 7 низкой частоты, второй экстраполятор 8, второе звено 9 задержки, третье звено 10 задержки, пятое звено 11 сравнения, второй квадратор 12, четвертый фильтр 13 низкой частоты, третье звено 14 сравнения, первый квадратор 15, третий фильтр 16 низкой частоты, четвертое звено 17 сравнения, переключатель 18.

На фиг. 1 приняты обозначения:

y(t) - регулируемая координата в

t-ый момент времени; y(t) — задание на регулируемуй координату; U(t) управлящее воздействие.

Устройство работает следующим образомм.

В первом звене 1 сравнения из сигнала y(t) в регистрируемом значении регулируемой координаты вычитается сигнал V (t) о заданном значении регулируемой координаты. Полученная разность поступает на пропорциональное звено 2, где она умножается на величину, равную обратному значению коэффициента передачи К канала регулирования. Во втором звене 3 сравнения из управляющего воздействия U, задержанного на время в первом звене 6 задержки вычитается сигнал, 970 6

5,1=00.4 поступающий с пропорционального звена 2.

Тем самым управление U(t- ) корректируется таким образом, чтобы по" лучить требуемое (идеальное) управле- 5 ние 0 в момент времени (t- ь), т.е. у ()1.

Сигнал с выхода второго звена 3 сравнения поступает на фильтр 4 низ- 10 . кой частоты, где отфильтровываются высокочастотные помехи контроля ре- .гулируемой координаты и управляющего воздействия. Фильтр 4 низкой частоты содержит, например, последовательно соединенные звенья сравнения,усилитель с насыщением и интегоатор, выход которого соединен со вторым входом звена сравнения и является выходом фильтра. Сглаживае- 20 мый сигнал с выхода фильтра 4 низкой частоты йоступает на экстраполятор . 5, например реальное форсирующее звено.

С выхода второго звена 3 сравне-. 25 ния сигнал .поступает также на вход второго фильтра 7 низкой частоты, отличающегося по структуре от фильт- . ра 4 низкой частоты. В частности, вторым фильтром 7 низкой частоты мо- З0 жет быть медианный сглаживатель, Сглаженный сигнал с выхода фильтра 7 низкой частоты поступает на экстраполятор 8, структурно отли ающийся от экстраполятора 5. В частности, 35 экстраполятор 8 может быть представлен пропорциональным звеном. При таких структурах фильтров и экстраполяторов первого и второго контуров второй контур является более быстродействующим.

Таким образом, на выходе экстраполяторов 5 и 8 получаются сигналы управляющих воздействий, эффектив45 ность которых различна на различных участках функционирования предлагаемого устройства. Различие эффективности управляющих воздействий объясняется различными структурами фильтров 4 и 7 низкой частоты и экстраполяторов 5 и 8. При одних свойст50 вах внешних. воздействий лучшие результаты дает контур, содержащий фильтр 4 и экстраполятор 5, при других свойствах - контур, содержащий

55 фильтр 7 и экстраполятор 8.

Наличие требуемого идеального управления позволяет выбирать луч,шее из управляющих воздействий.

Это осуществляется следующим об" разом, Из сигнала о требуемом в (t-с)-ый момент времени управления

U (t-7) в звене.11 сравнения вычитается сигнал об управлении U <(t-ь), поступающий через звено 9 задержки с выхода экстраполятора g. На выходе звена 11 сравнения получается сигнал, об ошибке 5 управления первого ка нала Р .(, ) (1т(4 (1 (Этот сигнал поступает на вход первого квадратора, где возводится в квадрат, а затем - на вход фильтра 13 низкой частоты, содержащего, например, последовательно соединенные звено сравнения, усилитель с насыщением и интегратор, выход которого соединен со вторым входом звена сравнения °

На выходе фильтра l3 низкой частоты получается низкочастотная составляющая сигнала о квадрате ошибки g.

Аналогично находится низкочастот- ная составляющая сигнала о квадрате ошибки Е2 второго канала. Из сигна ла о требуемом управлении UT(t-Г) в звене. 14 сравнения вычитается сигнал об управлении U (t-7), поступаю2 щий через звено 10 задержки с выхода экстраполятора 8. На выходе звена 14 сравнения получается сигнал об ошибке Е управления второго канала . 2(2

Этот сигнал возводится .в квардат в квадраторе 15, а затем поступает на вход фильтра 16 низкой частоты, структура и параметры которого такие же как и у фильтра 13 низкой частоты. На выходе фильтра 16 получается низкочастотная составляющая сигнала о квадрате ошибки 62 .

8 звене 17 сравнения из сигнала

Е2, поступающего с выхода фильтра

16 низкой частоты, вычитается сигнал Я, поступающий с выхода фильтра

13 низкой частоты. Сигнал с. выхода звена 17 сравнения идет на первый вход переключателя 18, на второй вход которого подается сигнал 02(t) с выхода экстраполя тора 8, а-на третий вход — сигнал И (й) с выхода экстраполятора 5. Работу переключателя l8 можно описать выражением

Г2 «2

U (tf,при (E (t-т}-t (t- ))40 щц 1 2

0 Щпри (1- )-K„(t t})>o, 7 1004 где U(t) - выходной сигнал переключателя 18;

Q(4 l)-6 (Ффвыходной сигнал пятого

1 . звена 17 сравнения, т.е., выбирается то управление, низкочастотная составляющая ошибки которого меньше.

Выходной сигнал Utt) переключате" ля 18 подается на вход звена 6 за- 10 держки и является выходным сигналом регулятора.

Использование предлагаемого регулятора с переменной структурой для объектов с запаздыванием позволяет 15 повысить точность регулирования эа счет того, что в зависимости от ха" рактеристик внешних воздействий ис« пользуются различные фильтры низкой частоты и экстраполяторы. 20

Технико-экономическая эффективность от использования изобретения следующая. Моделирование системы, содержащей предлагаемое устройство и управляющей процессом увлажнения 25 аглошихты показало, что степень стабилизации влажности аглошихты повышается на 73 по сравнению с известной системой, что ведет к увеличению производительности аглома- Зо шины на 0,13 и снижению расхода твердого топлива на 0,113.

970 но сравнения, первый фильтр низкой частоты и первый экстраполятор, второй вход второго звена сравнения соединен с выходом первого звена задержки, о т Л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точнос . ти регулятора, в него введены последовательно соединенные второй фильтр низкой частоты, второй экстраполятор, третье звено задержки, третье звено сравнения, первый квадратор, третий фильтр низкой частоты, четвертое звено сравнения и переключатель, причем вход второго фильтра низкой частоты и второй вход третьего звена сравнения соединены с выходом второго звена сравнения, второй вход переключателя соединен с выходом второго экстраполятора, а третий вход " с выходом первого экстраполятора, последовательно соединенные второе звено задержки, пятое звено сравнения, второй квадратор, четвертый фильтр низкой частоты, выход которого подключен к второму входу четвертого звена сравнения, вход второго звена задержки соединен с выходом второго экстраполятора, а второй вход пятого звена сравнения - с выходом второго звена сравнения.

Формула изобретения

Регулятор с переменной структурой для объектов с запаздыванием, содержащий последовательно соединенные первое звено сравнения, обратную модель без запаздывания, второе звеИсточники:информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гурецкий Х. Анализ и синтез систем управления с запаздыванием.

И,, "Машиностроение", 1974, с. 214-215.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 2731605/18-24, кл. G 05 В. 13/02, 27.09.78 (прототип).

1004970

Составитель А. Лащев

Редактор М. Келемен Техред О.Нее Корректор Е. Роако .Заказ 1893/60 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l.l)03(Москва, 5-35 Раушская наб. д. 4/5

Филиал ППЧ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4