Адаптивный регулятор

 

АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий задатчик, входной сумматор , подключенный первым входом к выходу объекта регулирования, а вторым входом - к вьЬсоду задатчика, первое и второе множительные устройства , первые входы которых подключены к выходу входного сумматора, первый усилитель и интегратор, nofj,кпюченные входами к выходам соответственно первого и второго множительных устройств, и выходной сумматор , входы которого подключены соответственно к выходам первого усилителя и интегратора, а выход к входу объекта, отличающийс я тем, ЧТО, с целью повышения ТОЧНОСТИ и качества адаптации в условиях помех и упрощения технической реализации регулятора, он дополнительно содержит низкочастотный фильтр, первое и второе статические нелинейные звенья, перво« и второе делительные устройства и второй усилитель, причем выхрд выходного сумматора через последовательно соединенные низкочастотный фильтр и первое статическое нелинейное звено соединен с первым входом первого делительного устройства, второй вход которого соединен с выходом задатчика и входом второго статического нелинейного звена, выход первого делительного устройства подключен к входу второго усилителя и первому. 4 СО входу второго делительного устройства второй вход которого соединен с ю выходом второго статического нелинейного звена, выходы второго усиW лителя и второго делительного устройства подключены соответственно к вторым входам первого и второго множительных устройств,

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГУБЛИН ((9) О)) 4(5)} G 05 В 13/02

Г

) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTQPCHO5AV СВИДЕТЕЛЬСТВЪ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОЬРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3697142/24-24 (22) 02.02.84 (46) 07.04.85 ° Бюл. )} 13 (72) С.А. Сафронников, А.А. Жидков, И.Ф. Фурман, В.Л. Алексеев, А.И. Шубладзе, А.п. Ситников., А.Н. Шубин, А.Д. Браславский, А.А. Семенов и P.Н. Федоров (71) Калининградская база тралового флота и Ордена Ленина институт проблем управления (53) 62-50 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 432459, кл. G 05 В 13/02, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

И 802928, кл. С 05 В 13/02, 1981 (прототип).

3. Шубладзе А.И. Способы систем управления максимальной степени устойчивости. — "Автоматика и теле,.механика", 1980, У 1. (54) (57) АДАПТИВНЬЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий задатчик, входной сумматор, подключенный первым входом к выходу объекта регулирования, а вторым входом - к выходу задатчика, первое и второе множительные устройства, первые входы которых подключены к выходу входного сумматора, первый усилитель и интегратор, подкпюченные входами к выходам соответственно первого и второго множительных устройств, и выходной сумматор, входы которого подключены соответственно к выходам первого усилителя и интегратора, а выходк входу объекта, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и качества адаптации в условиях помех и упрощения технической реализации регулятора, он дополнительно содержит низкочастотный фильтр, первое и второе статические нелинейные звенья, первое и второе делительные устройства и второй усилитель, причем выход выходного сумматора через последовательно соединенные низкочастотный фильтр и первое статическое нелинейное звено соединен с первым входом первого делительного устройства, второй вход которого соединен с выходом задатчика и входом второго статического нелинейного звена, выход первого делительного устройства подключен к входу второго усилителя и первому входу второго делительного устройства, второй вход которого соединен с выходом второго статического нелинейного звена, выходы второго усилителя и второго делительного устройства подключены соответственно к вторым входам первого и второго множительных устройств, 1149213

Изобретение Относится к автома- - . тическому регулированию и может быть;, использовано в системах управления технологическими процессами и переменными параметрами, например в системах управления процессами стерилизации пищевых продуктов.

Известен адаптивный регулятор, реализующий пропорционально-интег- 10 ральный закон регулирования с перестраиваемыми в зависимости от характеристик переходного процесса настройками регулятора (1j .

Недостатком этого регулятора !5 является низкая точность регулирования в условиях помех.

Наиболее близким к предлагаемому является адаптивный регулятор, со" держащий эадатчик, входной сумматор, 20 подключенный первым входом к выходу объекта регулирования, а вторым входом - к выходу задатчика, первое и второе множительные устройства,первые входы которых подключены к вы- 25 ходу входного сумматора, первый усилитель и интегратор, подключенные входами к выходам соответственно первого и второго множительных устройств, и выходной сумматор,входы которого подключены соответственно к выходам .первого усилителя и интегратора, а выход — к входу объекта, Настройка коэффициентов при пропорциональной и интегральной сос тавляющих закона управления осуществляется на основе обработки информации о реакции системы на пробный сигнал (2, ° с

Недостатком известного регулятора 0 является сложность реализации, связанная с используемым способом оценки параметров объекта, предусматривающим наличие генератора пробного сигнала, дифференцирующего устройства и логических устройств нахождения абсолютного и максимального значений функций. Кроме того, при наличии помех уменьшается точность регулятора, что связано с 50 использованием дифференциатора и логических устройств.

Цепью изобретения является повышение точности адаптивного регулятора в условиях помех и упрощение технической реализации при известных зависимостях между параметрами установившегося режима регулирования и параметрами передаточной функции объекта.

Эта цель достигается тем, что адаптивный регулятор, содержащий задатчик, входной сумматор, подключенный первым входом к выходу объекта регулирования, а вторым входом — к выходу задатчика, первое и второе множительные устройства, первые входы которых подключены к выходу входного сумматора, первый усилитель и интегратор, подключенные входами к выходам соответственно первого и второго множительных устройств, и выходной сумматор, входы которого подключены соответственно к выходам первого усилителя и интегратора, а выход— к входу объекта, дополнительно содержит низкочастотный фильтр, первое и второе статические нелинейные звенья, первое и второе делительные устройства и второй усилитель, причем выход выходного сумматора через последовательно соединенные низкочастотный фильтр и первое статическое нелинейное звено. соединен с первым входом пер- . вого делительного устройства, второй вход которого соединен с выходом задатчика и входом второго статического нелинейного звена, выход первого делительного устройства подключен к входу второго усилителя и первому входу второго делительного устройства, выходы которых подключены соответственно к вторым входам первого и второго множительных устройств, второй вход второго нелинейного делительного устройства соединен с выходом второго статического звена.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого адаптивного регулятора.

Регулятор содержит задатчик 1, входной 2 и выходной 3 сумматоры, первый усилитель 4, интегратор 5, первое 6 и второе 7 множительные устройства, низкочастотный фильтр 8, первое 9 и второе 10 статические нелинейные звенья, первое 11 и второе 12 делительные устройства и второй усилитель 13.

Выходы объекта 14 регулирования, и эадатчика 1 соединены с входом сумматора 2, выход которого соединен с первыми входами первого 6 и

1149213 (2) где 3cò = 4 ОЧст), 3 второго 7 множительных устройств, выходы которых соответственно через первый усилитель 4 и интегратор 5 подключены к входам выходного сумматора. 3, выход которого подключен

z входу объекта 14 и через последовательно соединенные низкочастотный фильтр 8 и первое статическое неличейное звено 9 соединен с первым входом первого делительного устрой- 1О ства 1 1, второй вход которого сое.динен с выходом задатчика t. Выход первого делительного устройства 11 подключен к входу второго усилителя 13 и первому входу второ- L5 го делительного устройства 12, Выход задатчика 1 через второе статическое нелинейное звено 10 подключен к второму входу второго делительного устройства 12. Выходы вто- 20 рого усилителя 13 и второго делительного устройства 12 подключены соответственно к вторым входам первого 6 и второго 7 множительных устройств. 25

Адаптивный регулятор предназначен для управления объектами, описываемыми передаточной функцией и

К " причем таких, что время за- ЗО

Tpii

1 паздывания с и постоянная времени Т изменяются пропорционально, Т т.е. — = const. Оценка двух парао 35 метров объекта, а именно постоянной времени и коэффициента усиления К, дает необходимую информацию для настройки регулятора, В отличие от способа оценки параметров объекта 4р в известном адаптивном регуляторе, основанном на обработке информации о переходном процессе, предлагается оценивать параметры по входному и выходному сигналам объекта в устано- 4 вившемся режиме. Оценка коэффициента усиления объекта К осуществляется на основе статической характеристики объекта где 0 — установившийся входной сигнал объекта х „ — установившийся выходной сигнал объекта, равный сигналу с задатчика х, f — известная для объекта статическая нелинейность; с — параметр, зависящий от параметров технологического процесса.

Коэффициент усиления объекта представляет производную установившегося выходного сигнала по установившемуся входному сигналу. " ст т.е. у,итыная выражение (1) f,(u„„„ с

О " ст (3}

На основе формулы (2) осуществля ется оценка коэффициента усиления К.

Оценку постоянной времени объекта предлагается определять по уровню установившегося выходного сигнала объекта, равного сигналу с задатчика. Для многих промьппленных объектов, в частности для автокланов, известна зависимость постоянной времени от установившегося выходного сигнала т=ч(м9,т) . (4)

Эта зависимость реализуется в предлагаемом устройстве. По оценкам

HocToRHHoH времени и коэффициента усиления осуществляется настройка коэффициентов регулятора.

Алгоритм настройки основан на принципе достижения в системе степени устойчивости, близкой к максимальной при управлении объектом, описываемым передаточной функцией

Ке

Как известно (3), максимальTpwk ная степень устойчивости достигается при -,1 е"

К вЂ” — (Tcc1 -2т? -61+11.

К е-"

К =-($1 1)I4 К ? и к (5)

2 ъ- — Ф вЂ” +

4Т9 „2T где К„- коэффициент при пропорциональной составляющей закона регулирования,"

К вЂ” коэффициент при интегральной составляющей.

1149213

Т

При огношении — >1 формулы (5) с достаточной точностью аппроксимируются упрощенными выражениями

О т О, тiz

Кп= и= — ф

К kT ) (7) которые реализуются в предлагаемом способе.

Лдаптивный регулятор работает следующим образом.

Устройство состоит из контура регулирования и контура оптимальной настройки. В контуре регулирования, состоящем из входного сумматора 2, двух множительных устройств б и 7, первого усилителя 4, интегратора 5 и выходного сумматора 3, реализуется пропорционально-интегральный закон рег улирования. По сигналу ошибки регулирования, получаемой на выходе входного сумматора 2 как разность сигналов с объекта 14 и задатчика 1, на выходе первого усилителя 4 формируется сигнал, пропорциональной составляющей закона регулирования, а на выходе интегратора 5 - сигнал интегральной составляющей. Сумма этих сигналов с выхода выходного сумматора 3 подается на вход объекта 14. Множительные устройства б и 7 используются для ввода в контур регулирования коэффициентов пропорциональной и интегральной составляющих, Формируемых в контуре оптимальных настроек коэффициентов регулятора. Выходной сигнал первого множительного устройства б представляет собой произведение входных сигналов ошибки регулирования и коэффициента пропорциональной составляющей, а выходной сигнал второго множительного устройства 7 - произведение сигналов ошиб-. ки регулирования и коэффициента интегральной составляющей.

Контур оптимальной настройки состоит из низкочастотного фильтра 8, двух статических нелинейных звеньев 9 и 10, двух делительных устройств 11 и 12 и второго усилителя

13. Первое статическое нелинейное

f5

40 звено 9 реализует функцию f (3),причем входным. сигналом его является пропущенный через низкочастотный фильтр 8 выходной сигнал выходного сумматора 3. Входными сигналами первого делительного устройства 11 являются сигнал с задатчика 1, характеризующий установившийся выходной сигнал объекта, и выходной сигнал первого статического нелинейного звена 9, причем для удобства настройки первый сигнал поступает на делительный вход, а второй— на множительный вход, т.е. выходной сигнал представляет собой оценку величины, обратной коэффициенту усиления объекта, Второе статическое нелинейное звено 10 реализует формулу (4).

Коэффициент К„ (б) представляет собой выходной сигнал второго усилителя 13, собственный коэффициент усиления которого реализуется в зависимости от отношения

Т вЂ” Входным сигналом второго усилителя 13 является выходной сигнал первого делительного устройства 11, являющийся оценкой обратной величины коэффициента усиления объекта К.

Коэффициент настройки К (?) представляет собой выходной сигнал второго делительного устройства 12, осуществляющего деление сигнала с задатчика 1 на сигнал с первого делительного устроиства 11.

Коэффициенты настроек К„ и К„ вводятся в контур регулирования температуры с помощью первого б и второго 7 множительных устройств.

Использование способа оценки параметров объекта, связанного с реализацией известных для ряда технологических процессов зависимостей между параметрами объекта и параметрами установившегося процесса, должно привести к существенному упрощению контура настройки, а осуществление оптимальных настроек по формулам (б) и (7) — к повышению точности адаптивного регулятора.

1149213

Составитель А. Лащев

Техред З.Палий Корректор Г. Решетник

Редактор И. Николайчук

Заказ 1880/32

Тираж 863 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам- изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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