Система автоматического управления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

Зш G 05 8 17/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3420672/18-24 (22) 09 ° 04. 82 (46) 23.08.83; Бюл. 1Ф 31 (72) В.Ф. Лубенцов (71) Грозненское научно-производст,венное объединение "Промавтоматика" (53) 62-50(088 ° 8) (56) 1. Самонастраивающиеся системы.

"од ред. П.И. Чинаева. Киев, "Наукова думка", 1969, с. 416, 2. Авторское свидетельство СССР

N 591821, кл. 4 . 05 В 17/02 1978 (прототип) . (54)(57) системА АВтоиАтического упРАВЛЕНИЯ, содержащая модель объекта управления без запаздывания, выход которой соединен с входом шестого сумматора, последовательно соединенные дифференциатор и релейный элемент, последовательно соединенные б(эк задания и первый сумматор, выход которого подключен к входам пропорционального и интегрального блоков, первого ключевого элемента, логического блока и блока формирования функции переключения, выход которого через логический блок подключен к второму входу первого ключевого элемента, второй вход интегрального блока подключен к выходу первого ключевого элемента, а выходы интегрального и пропорционального блоков подсоединены через второй сумматор к соответствующим входам третьего сумматора, пятого сумматора и блока умножения, выход третьего сумматора подключен к входу объекта управления, выход ко„„SU„„1037209 A торого соединен с первым входом чет" вертого сумматора, выход пятого сумматора через интегратор подключен к второму входу блока умножения, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения качества управления, она снабжена седьмым, восьмым и девятым сумма торами, коммутатором и последовательно соединенными блоком умножения на масштабный множитель и вторым ключе.вым элементом, при этом вход .дифференциатора соединен с выходом объекта управления, выход релейного элемента подключен к второму входу второго ключевого элемента и управляющему входу коммутатора, первый вход которого подключен к выходу второго сумматора, а второй вход - к выходу четвертого сумматора и первому входу девятого сумматора, второй вход которого соединен с выходом объекта управления, а выход - с вторым входом первого сумматора, первый выход коммутатора подсоединен через седьмой сумматор к входам модели объек" та управления без запаздывания и восьмого сумматора, выход которого подключен к второму входу пятого сумматора, а второй вход — к выходу второго ключевого элемента, второй выход коммутатора подсоединен к вторым входам седьмого и шестого сумматоров, выход последнего подключен к второму входу четвертого сумматора и выход блока умножения подключен к входу блока умножения на масштабный множитель.

Работа этой системы рассчитана на компенсацию непредвиденных изме40 нений коэффициента усиления объекта без запаздывания. Поэтому изменение ,параметров объекта управления с изменяющимся во времени запаздыванием может привести к ухудшению качества автоматического регулирования.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является система автоматическо0 го управления, содержащая модель объекта управления без запаздывания, выход которой соединен с входом шестого сумматора, последовательно соединенные дифференциатор и релейный элемент,:-.последовательно соединенные блок задания и первый сумматор, выход которого подключен к входам пропорционального и интегрального

55

t 10372

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для управления технологическими объектами с запаздыванием, Известна система управления объек- 5 тами с запаздыванием, содержащая основной контур управления, который включает измеритель сигнала рассогласования, на первый вход которого подается сигнал задания, а на вто- tÎ рой - инвертированный сигнал с выхода объекта через параллельное. корректирующее звено, последовательно корректирующее звено, вход которого соединен с выходом измерителя рассогласования, а выход подключен к первому входу блока умножения и к входу первого сумматора, другой вход которого соединен с выходом блока умножения, выход первого сумматора под- 20 ключен к входу объекта управления, и дополнительный контур управления, включающий модель-эталон, на вход коФ торой подается си гнал с выхода последовательного корректирующего эве-- 25 на, выход модели подключен к первому входу второго сумматора, на второй вход которого поступает инвертированный сигнал с выхода объекта управления через звено согласования и блок З0 настройки, один вход которого соединен с выходом второго сумматора, а другой вход - с выходом последова- тельного корректирующего звена, выход блока настройки подключен к второму входу блока умножения основного контура системы |.1 3.

09 2 блоков, первого ключевого элемента, логического блока и блока формирования функции переключения, выход которого через логический блок подключен к второму входу первого ключевого элемента, второй вход интегрального блока подключен к выходу первого ключевого элемента, а выходы интегрального и пропорционального блоков подсоединены через второй сумматор к соответствующим входам третьего сумматора, пятого сумматора и блока умножения, выход третьего сумматора подключен к входу объекта управления, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, выход пятого сумматора через интегратор подключен к второму входу блока умножения, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора 1.23.

Однако эта система имеет недостаточно высокое качество управления нестационарным объектом с запаздыванием при возмущениях в системе по каналу задающего воздействия. Это

1 объясняется тем, что при возмущениях по заданию на входе регулятора действие дополнительного контура известной системы в течение времени запаздывания объекта не проявляется, поскольку при выборе достаточно малого интервала задержки регулирующее воздействие на входе эталонной модели, вызванное задаюцим воздействием, компенсируется выходным сигналом обратной эталонной модели объекта управления, и за счет этого эффективность действия дополнительного контура при управлении объектом с запаздыванием снижается.

Цель изобретения - повышение качества управления.

Указанная цель достигается тем, что система автоматического управле ния снабжена седьмым, восьмым и девятым сумматорами, коммутатором и последовательно соединенными блоком умножения на масштабный множитель и вторым ключевым элементом, при этом вход дифференциатора соединен с вы - . ходом объекта управления, выход релейного элемента подключен к второму входу второго ключевого элемента и управляющему входу коммутатора, первый вход которого подключен к выходу второго сумматора, а второй вход - к выходу четвертого сумматора

3 10372 и первому входу девятого сумматора, второй вход которого соединен с выходом объекта управления, а-выходс вторым входом первого сумматора, первый выход коммутатора подсоединен через седьмой сумматор к входам модели объекта управления без. запаздывания и восьмого. сумматора, выход которого подключен к второму входу пятого сумматора, а второй вход - к 10 выходу второго ключевого элемента, втооой выход коммутатора подсоединен к вторым входам седьмого и шестого сумматоров, выход последнего подключен к второму входу четвертого сумматора и выход блока умножения подключен к входу блока умножения на масштабный множитель.

В предлагаемой системе влияние запаздывания учитывается путем форми- 2р рования управляющего воздействия на объект, начиная с момента изменения задания регулятору с использованием в качестве "переменной" в интервале времени, равном времени запаэдыва- 25 ния объекта, выходной величины модели объекта управления. без запаздывания, включенной а течение времени запаздывания параллельно объекту. Ileреходной процесс на выходе модели без запаздывания позволяет прогнозировать желаемый ход выходного процесса системы и тем самым учесть влия-. ние изменяющегося запаздывания на качество управления. г

В результате формирования упреждающего управляющего воздействия на объект при данном управлении через модель объект управления с запаздыванием находится ане замкнутого контура управления и тем самым позволяет повысить эффективность формирования управляющего воздействия за счет скачкообразного изменения величины интегральной составляющей в мо- 45 менты смены знака логического произведения сигнала рассогласоания и сигнала переключения.

При замыкании системы по истечении времени запаздывания выходным 50 сигналом объекта управления, преобразованного посредством неединичной обратной связи системы за счет изменения структуры предложенной системы пеРеключениями дополнительной 55 (внутренней) и основной обратной связи, управляющее воздействие на объект формируют таким образом, что оно

09 4 обеспечивает уменьшение ошибки, вызванной управляющим воздействием в замкнутой системе. При управлении в данном случае основное управляющее воздействие формируют в функции сигнала рассогласования, получаемого с использованием выходного сигнала объекта управления и его обрат". ной модели, иэ полученного сигнала основного управляющего воздействия вычитают выходной сигнал .обратной модели объекта управления без запаздывания, результирующий сигнал интегрируют, перемножают проинтегрированный сигнал с сигналом основного управляющего воздействия и полу" ченный сигнал суммируют с сигналом основного управляющего воздействия на объект. Таким образом, при появлении рассогласования, обусловлейного несоответствием параметров объекта параметрам его модели, управляюще>е воздействие корректируется с целью устранения возникающего рассогласования, обеспечивая компенсацию непредвиденных изменений параметров объекта формированием результирующего воздействия на управляемый объект.

На чертеже представлена структур-. ная схема системы автоматического управления.

Система содержит .модель объекта управления без запаздывания. 1, шестой сумматор 2, дефференциатор 3, релейный элемент 4, блок задания 5, первый сумматор 6; пропорциональный блок 7, интегральный блок 8, первый ключевой элемент 9, логический блок

10, блок формирования Функции переключения 11, второй сумматор 12, третий сумматор 13, пятый сумматор 14, блок умножения 15, объект управления

16, четвертый сумматор 17, интегратор 18, седьмой сумматор 19, в(осьмой сумматор 20, девятый сумматор 21, коммутатор 22, блок умножения на масштабный множитель 23, второй ключевой элемент 24.

Система работает следующим образом.

При изменении задающего воздействия, поступающего с выхода блока задания 5 на вход первого сумматора

6, на выходе сумматора 6 возникает сигнал рассогласования, который поступает на входы пропорционального и интегрального блоков 8 и 7, которые

3 1037209 6 вырабатывают сигнал основного управ" 21 в качестве "переменной" поступает ляющего воздействия на объект 16. на вход первого сумматора 6. Таким

Сигнал рассогласования поступает так- образом, в рассматриваемом случае же на вход блока 11 формирования пока отклонения регулируемой величифункции переключения. В блоке 11 про- 5 Hti на выходе объекта управления 16 изводят дифференцирование сигнала не происходит, т.е. скорость изменерассогласования, определяют величину ния Регулируемой величины равна и знак функции переключения. В логи- нУлю, замыкание системы производитческом блоке 10 в зависимости от зна- cR только сигналом модели 1 объекта ка логического произведения сигнала 10 У равления беэ запаздывания, порассогласования и функции переключе- скольку сигнал на выходе девятого ния, поступающих с выхода блока 11 сумматора 21 в этом случае равен и выхода первого сумматора 6, форми- X(t)=X,,t)-(Vp(t)-X (t)3 =X„(t), (1) руют командный сигнал для переключе- где (р() выход объекта, предшестния первого ключевого элемента 9, с 15 вующий изменению эадапомощью которого осуществляют изме- ния; нение величины коэффициента интег- " () - выход модели объекта без рального блока 8. Выходной сигнал запаздывания. второго сумматора 12 поступает через При этом на выходе первого сумтретии сумматор 13 на вход объекта 20 матора 6 сигнал рассогласования равен управления с запаздыванием 16. z= q(t>-Хм() 1 (2) где g(t) - выход блока 5 задания.

В течение времени запаздывания На основе полученного сигнала расобъекта, когда его реакция на подан- согласования Е и его производной E ное возмущение еще неизвестна, выход" в блоке 11 Формируется функция пере25 ной сигнал объекта управления 16 со-, ключения S=cE+ Е(С 0 С вЂ” постоянный ! у храняется постоянным и равным задан- коэффициент), с использованием коной величине, предшествующей моменту торой с помощью логического блока ступенчатого изменения задания . В 10 и ключевого элемента 9 пропорциоэтом случае сигнал на выходе помехо- нальный 7 и интегральный 8 блоки выэащищенного дифференциатора 3 равен

30 рабатывают регулирующее воздействие нулю и сигнал с релейного элемента вида . 1

° Р

4 не поступает на управляющие входы коммутатора 22 и второго ключевого элемента 24. В этом случае комму- 0 татор 22 осуществляет коммутацию вы- З5 (К„при Я ) 0 где Ч = ходного сигнала второго сумматора К при Б (0, 12 через седьмой сумматор 19 на вход где 0 - выход регулятора; модели 1 объекта управления беэ за- Е - сигнал рассогласования; паэдывания, а через восьмой сумма- К - коэффициент усиления регулято 20 - на второй вход пятого сум тора; матора 14. Сигналы на втором входе т - коэффициент интегрирования; восьмого сумматора 20, седьмого 19 5 - Функция переключения; и шестого 2 сумматоров отсутствуют, С - время регулирования. поскольку выход второго ключевого Таким образом, в течение времени элемента 24 и второй выход коммута" 45 t4 со(") (+p(t) - запаздывания объектора 22 обнулены. В этом случае сиг- та) с использованием сигнала модели нал сравнения на выходе пятого сум- I без запаздывания Формируется упрежматора 14 равен нулю, при этом сиг- дающее воздействие на объект, величиналы на входе интегратора 18 и на вы- . ны ко рого опРеделяются временем ходе блока 15 умножения та е равны 50 запаздывания объекта, параметрами нулю. Сигнал с выхода модели 1 объек- м дели " Уравнением гиперплоскости скольжения. та управления без запаздывания через По истечении времени запаздывания шестой 2 и четве тый р ы" 17 сумматоры объекта, т.е. при скорости изменения поступает на второй вход девятого регулируемой величины, отличной от сумматора 21. На первые входы сумма- 55 нуля, .сигнал с выхода объекта управтора 21 и сумматора 17 поступает сиг- ления 16 поступает на вход помехонал с выхода объекта управления 16. защищенного дифференциатора 3, выходыходной сигнал девятого сумматора ной сигнал кот орого в к орого в данном случае

7 103720 не равный нулю поступает на вход релейного элемента 4, который выдает командный сигнал, поступающий на управляющие входы второго ключевого элемента 24 и коммутатора 22. Коммутатор 22 в данном случае прекращает коммутировать сигнал с выхода второго сумматора 12 на первый вход седьмого .сумматора 19 и осуществляет коммутацию выходного сигнала четвер- 10 того сумматора 17 на второй вход седьмого сумматора 19 и на второй вход шестого сумматора 2. При данном состоянии коммутатора 22 выход четвертого сумматора 17 поступает через 15 сумматор 19 на вход модели 1 объекта управления беэ запаздывания. Обозначив передаточную функцию модели 1 М, в соответствии со структурной схемой и согласно связям, организуемым с 20 помощью коммутатора 22, получим, что передаточная функция устройства, состоящего иэ блоков 1,2 и 17 равна обратной передаточной Функции модели объекта управления беэ запаздывания . 25

Ч, которая оказывается включенной последовательно с объектом управления 16. На второй вход девятого сумматора 21 при этом поступает сигнал

X o(t ) - W " с выхода обратной модели объекта, а на первый вход — сигнал с выхода объекта управления 16. Таким образом, регулируемая величина

Х (t) поступает- на вход первого сумматора 6 по главной обратной связи с передаточной функцией, не равной единицы. В соответствии с выходным сигналом первого сумматора 6 пропорциональный 7 и интегральный 8 блоки

Жуществляат дальнейшее формирование 40 управляющего воздействия на объект.

Изменяющийся в процессе регулирования коэффициент 4 =т(с, K ) позволяет учесть влияние запаздывания объекта. е

Выходной сигнал обратной модели объекта управления без запаздывания с выхода седьмого сумматора 19 поступает через восьмой сумматор 20 на вход пятого сумматора 14, на другой вход которого поступает сигнал с выхода

50 сумматора 12. Сигналы с выхода сумматора 17 и сумматора 12 сравниваются. Если параметры объекта управления

16 соответствуют параметрам модели 1., а следовательно, совпадают и выходные сигналы сумматоров 12 и 17, то ре55 зультат сравнения сигналов на выходе пятого сумматора 14 равен нулю. Если в силу параметрических возмущений выходной процесс объекта управления

16 изменится, а следовательно, процесс на выходе сумматора 17 не будет соответствовать выходному процессу на выходе сумматора 12,то на выходе сумматора 14 появится рассогласование. Это рассогласование будет содержать информацию об изменении параметров объекта управления. Полученный сигнал рассогласования с выхода сумматора 14 поступает на вход интегратора 18, выходной сигнал которого поступает на один иэ входов блока 15 умножения, на другой вхед которого поступает выходной сигнал сумматора 12. В блоке 15 перемножаются полученный проинтегрированный сигнал и сигнал основного управляющего воздействия, а результирующий сигнал с выхода блока 15 умножения поступает на третий сумматор 13, где суммируясь с сигналом основного управляющего воздействия, изменяет его величину. Измененное значение управляющего воздействия с .третьего сумматора 13 поступает на вход объекта управления 16, обеспечивая при изменившихся характеристиках системы требуемый выходной процесс. Одновременно сигнал с выхода блока 15 умножения через блок умножения на масштабный множитель 23 поступает на вход второго ключевого элемента 24, который в данном случае коммутирует сигнал с выхода блока 23 на второй вход восьмого сумматора 20, где, суммируясь с выходным сигналом сумматора 19, поступает на вход пятого сумматора 14, образуя при этом дополнительную обратную связь с выхода цепи подстрой- ки. Благодаря наличию интегратора и дополнительной обратной связи сигнал на выходе пятого сумматора 14 будет стремиться к нулю, откуда следует, что процесс подстройки является устойчивым при сколь угодно неблагоприятных сочетаниях параметров объекта с большим запаздыванием, что способствует повышению качества управления.

Если в установившемся режиме регулируемая величина соответствует заданному значению, то сигнал на выходе помехоэащищенного дифференциатора

3 обнуляется. В этом случае командный сигнал с выхода релейного элемента 4 не поступает на управляющие входы ключевого элемента 24 и коммутатора 22. Последний прекращает комму10

1037209

ВНИИПО

Заказ 6008/48 Тираж 874 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 тацию сигнала с выхода четвертого сумматора 17 на вторые входы шестого

2 и седьмого 19,сумматоров и осуществляет коммутацию выходного сигнала второго сумматора 12 на первый вход седьмого сумматора 19. Выходной сигнал сумматора 19 вновь поступает на вход модели 1 объекта управления без запаздывания и на первый вход восьмого сумматора 20, сигнал на втором входе которого в данном случае отсутствует. В связи с чем входные сигналы пятого сумматора 14 равны между собой, а выходной сигнал равен нулю.

Сигнал с выхода модели 1 объекта управления без запаздывания будет иметь одинаковое значение с выходным сигналом объекта управления 16 и сигнал с выхода четвертого сумматора 17 не будет поступать на второй вход девятого сумматора 21. При этом замыка.ние системы производится через сумматор 2 выходным сигналом объекта управления.

Преимущество предлагаемой системы автоматического управления с моделью по отношению к известной состоит в том, что при задающих воздействиях на интервале времени, равном запаздыванию, появляется возможность оптимально отрабатывать регулятором сигнал рассогласования через модель объекта управления независимо от запаздывания, иэменяющегocR в широком диа15 пазоне, и осуществлять подстройку управляющего воздействия на объект при изменении параметров объекта для достижения инвариантности к этим изменениям, обеспечивая учет влияния запаздывания и повышение эа счет этого качество управления.