Регулятор с переменной структурой

 

РЕГУЛЯТОР С ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ, содержащий первый и второй усилители, соединенные с первым сумматором, отличающийся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик при работе с объектом управления с двойным интегрированием и расширения области его применения, в него введены третий усилитель, второй сумматор, первый и второй двухканальные коммутаторы, первый и второй блоки формирования линии переключения, первьй и второй блоки формирования сигнала переключения, первое и второе реле и дифферелциатор, причем выходы второго и третьего усилителей соединены с входами второго сумматора, выходы первого и второго сумматоров соединены соответственно с первым и вторымвходами первого двухканального коммутатора, выход которого соединен с первым входом второго двухканального коммутатора , выход которого является выходом регулятора, вход регулятора соединен с входом второго усилителя, с первыми входами первого и второго блоков формирования линии переключения и второго блока формирования сигнала переключения и входом дифференциатора , выход которого соединен с входами первого и третьего усилителей и вторыми входами блока (Л формирования сигнала переключения и блоков формирования линии переключения , выходы первого и второго блоков формирования линии переключения соединены соответственно с первым и вторым входами первого .блока формирования сигнала переключения, выход которого соединен с третьим входом второго блока форь ирования линии переключения и входом второго реле, выход которого соединен с вторым входом второго двухканального коммутатора, к третьему входу которого подключен источник нулевого сигнала , выход второго блока формирования сигнала переключения через первое реле соединен с третьим входом первого двухканального коммутатора.

COOS СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 4(1) G 05 В 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3586871/24-24 (22) 05.05.83 (46) 28.02.85. Бюл. 9 8 (72) К.А. Рустамов (71) Научно-исследовательский и проектный инстит ут по комплексной автоматизации нефтяной и химической промышленности (53) 62-50 (088.8) (56) 1. Атанс М., Фалб П. Оптимальное управление. M. "Машиностроение", 1968, с. 535, рис. 7.61.

2. Емельянов С.В. Системы-автоматического управления с переменной структурой. М., "Наука", .1967, с. 57, 73, рис. 2,1, 2,9 3 (прототип). (54)(57) РЕГУЛЯТОР С ПЕРЕМЕННОЙ

СТРУКТУРОЙ, содержащий первый и второй усилители, соединенные с первым сумматором, отличающийся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик при работе с объектом управления с двойным .интегрированием и расширения области его применения, в него введены третий усилитель, второй сумматор, первый и второй двухканальные коммутаторы, первый и второй блоки формирования линии переключения, первый и второй блоки формирования сигнала переключения, первое и второе реле и .дифференциатор, причем выходы второго и третьего усилителей соединены с входами второго сумматора, выходы первого и второго сумматоров соединены соответственно с первым и вторым входами первого двухканального коммутатора, выход которого соединен с первым входом второго двухканального коммутатора, выход которого является выходом регулятора, вход регулятора соединен с входом второгО усилителя, с первыми входами первого и второго блоков формирования линии переключения и второго блока формирования сигнала переключения и входом дифференциатора, выход которого соединен с входами первого и третьего усилителей и вторыми входами блока формирования сигнала переключения и блоков формирования линии переключения, выходы первого и второго блоков формирования линии переключе. ния соединены соответственно с первым и вторым входами первого .блока формирования сигнала переключения, выход которого соединен с третьим входом второго блока формирования

:линии переключения и входом второго реле, выход которого соединен с вторым входом второго двухканального коммутатора, к третьему входу которого подключен источник нулевого сигнала, выход второго блока формирования сигнала переключения через первое реле соединен с третьим входом первого двухканального коммутатора.

1142812

Изобретение относится к,области автоматического управления динамическими объектами и, в частности, может найти применение в управлении объектами с двойным интегрированием в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известен регулятор, который обес- печивает перевод состояния объекта в начале координат в режиме переклю- 10 чения двух линейных структур (1) .

Недостаток регулятора состоит в том, что, в момент переключения структуры управляющее воздействие скачком изменяет свое значение. 15

Наиболее близким техническим решением к изобретению является регулятор, содержащий первый и второй усилители, соединенные с сумматором (2j

Недостаток данного регулятора 20 обусловлен тем, что в момент переключения структуры управляющее воздействие скачком изменяет свое значение.

При этом исполнительные механизмы системы, где используется такой ре- 25 гулятор, претерпевают большие перегрузки, что ухудшает динамические характеристики, снижает надежность и долговечность, а также ограничивает область применения регулятора. З0

Цель изобретения — улучшение динамических характеристик регулятора при работе с объектом управления с двойным интегрированием и расширение области его применения.

X%= X Ç Х2=01

x,(о, — (, х (o) =

Перевод изображающей точки в начало координат осуществляется путем формирования и последовательного

"сшивания",трех линейных структур.

Первая и вторая структуры соответственно состоят из скручивающейся

Поставленная цель достигается тем, что в регулятор с переменной структурой, содержащий первый.и второй усилители, соединенные с первым сумматором, дополнительно введены третий усилитель, второй сумматор, первый и второй двухканальные коммутаторы, первый и второй блоки формирования линии переключения, первый и второй блоки формирования сигнала переключения, первое и второе реде и дифференциатор, причем выходы второго и третьего усилителей соединены с входами второго сумматора, выходы первого и второго сумматоров соеди50 иены соответственно с первым и вторым входами первого двухканального коммутатора, выход которого соединен с первым. входом второго двухканального коммутатора, выход которого является выходом регулятора, вход ре гулятора соединен с входом второго усилителя, с первыми входами перво-, го и второго блоков формирования линии переключения и второго блока формирования сигнала переключения и входом дифференциатора, выход которого соединен с входами первогой третьего усилителей и вторыми входами блока формирования сигнала переключения и блоков формирования линии переключения, выходы первого и второго блоков формирования линии переключения соединены соот.ветственно с первым и вторым входами первого блока формирования сигнала переключения, выход которого соединен с третьим входом второго блока формирования линии переключения и входом второго реле, выход которого соединен с вторым входом второго двухканального коммутатора, к третьему входу которого подключен источник нулевого сигнала, выход второго блока формирования сигнала переключения через первое реле соединен с третьим входом первог 0 двухканального коммутатора.

На фиг.1 и 2 представлены фазовый портрет и переходной процесс системы управления с регулятором с переменной структурой соответственно, * на фиг. 3 — блок-схема предлагаемого регулятора.

При этом приняты следующие обозначения: х, х — сигналы рассогласования и скорости его изменения, U — управляющие воздействия, где i = 1,2....

Регулятор содержит усилители

1, 2 и 3, сумматоры 4 и 5, двухканальные коммутаторы б и 7, блоки

8 и 9 формирования линии переключения, блоки 10 и 11 формирования .сигнала переключения, реле !2 и 13, дифференциатор 14, источник 15 нулевого сигнала. В рассматриваемом случае использования регулятора объект управления. является звеном с двойным интегрированием, который описывается выражением Г11 ь 1

1142812

30 где з (затухающий осцилляторный процесс) и раскручивающейся спиралей, которые.формируются при управляющих воздействиях (1, 2

U=U,=-k«X,+k12X2,q ) ck„„(1) U=U2= (kz„x1+k22X2 j, ) "21 (2) > де И "12 21 kzg тельные постоянные параметры регулятора (коэффициенты усиления).

Для третьей структуры использована прямая линия, которая формируется при П = П3 = 0.

Линии переключения S4 и Б,на которых осуществляется стыковка первой и второй структуры с третьей без разрыва управляющего воздействия соответственно, определяются из условии 41 U — 0 и U< uq О.

Тогда с

- «Х,+ 122 Xz =0 tl jIQ „= Xz -С,Х, О к21хi — 1

С2 = —, (5)

"22

Из условий (3) и (5) имеем k > =

5 22 1 11 Е. из Условия (2) k-< 4 .

Из условия (1) и (4) k (— (б)

k .12 20

Алгоритм управления заключается в следующем.

10 Изображающая точка из области G<, где знак величины P э .22 Х„Х2 а 0 и

П =, э,(0 до линии переключения S (оси х1), приводится управляющим воздействием Ug - =-kx +k x . После

15 переключения структуры на линии S з в области G,, где P = $1$ х х > 0 и

2 1

П = S1$2 (О, действует. управляющее воздействие U = -(kx + k х ) . На г zz линии S снова осуществляется пере20 ключение структуры системы, после чего изображающая точка попадает в область G, где знак П р О. Здесь действует управляющее воздейст Не u

25 Алгоритм управления имеет вид

-kx<1k2 х при- Р с. О г

U= -(kx+k х) приP> О

22 2 Э

О при П )"О

3.С -"2" т 2

12 22

Линия переключения Б, на которой осуществляется стыковка первой структуры со второй, также без скачкообразного изменения управляющего воздействия определяется из условия.

u, = u, .

Тогда

k«X1+ k121l2 1С21Х1 С22 Х Z б -(4, " 1)X1+(12 22) "2 =0

Выбирая коэффициенты усиления как Е = k>< = k,(3) для искомой ли21 нии переключения получим

Э 2

С целью препотвращения возникновения в системе процессов типа предельного цикла и. увеличения быстродействия параметры линий переключения $1. и Я выбираются так

k1, С,= — 20; (4)

"12 где Р = $ $2х1х; П = $1$2, = х — С хс = 0, Б = х2+С2х = 0

Регулятор работает следующйм образом.

35 В усилителях 1,2 и 3 на основании поступающей информации о сигналах х 1 и х соответственно формируют ся сигналы k х -kx U - k xz

12 д 1 22Хг ° которые подаются на соответствующие

40: сумматоры 4 и 5. На выходе первого. сумматора формируется сигнал управ; ления первой структуры U

= -kx + Е x, а на выходе второго—

1г 2 сигнал управления второй структу45 ры U = -kx — k х . Далее эти

22 сигналы. подаются на коммутатор б, 1 : выходной сигнал -.которого подключен к коммутатору 7, на второй сигналь-., ный вход которого подается сигнал

50 . управления третьей структуры U =О.

Выход коммутатора 7 является выходом регулятора. . В блоках 8 и 9 на основании поступающих сигналов х и х со2

55 .ответственно формируются сигналы

$1 = х -С Х1 и $2 — х С2х1, ко торые подаются на первый блок 10 формйрования сигнала переключе1142812 ния. На выходе этого блока формируется сигнал П = S»S, который далее подается на второй блок 11 формиро.вания сигнала переключения,на другие, Входы которого подаются сигналы х», х и на реле 13. В блоке 11 формируется сигнал переключения P =Пх»х, который подается на реле 12, выходной сигнал U» sig n(P) которого подается на управляющий вход коммутатора 6. При Ug = -1(Р(0) к коммутатору 7 подключается сигнал управления U» а при Ug = +1(Р 0)-U .

Алгоритм управления коммутатора 6 следующий»

U» при U» = -1

U при U< = +1

Выходной сигнал Ц = gn (П) реле 13 подается на управляющий вход коммутатора 7. При и »(ц о

2 к выходу регулятора подключается сигнал управления U = О, а при

U = -1 (П <0) — выход коммута5 тора 6 - U ° Коммутатор 7 управляется по алгоритму

3 р U2 1

U =

О при U = +1

Выполнение регулятора по изобретению позволяет управлять объектом без скачкообразного изменения управляющего воздействия в моменты переключения структуры, что улучшает его динамические характеристики, а также расширяет область его применения.

1142812 х, Составитель Г.Нефедова

Техред С.Легеза Корректор И. Эрдейи

° Редактор M. Келемеш

Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. /

4/5

Заказ 736/41

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