Адаптивный регулятор

 

АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий экстраполятор, блок задержки , последовательно включенные первый блок сравнения, первый фильтр низкой частоты, первый пропорхщонально-интегральный блок, второй блок сравнения, первую модель объекта без запаздывания и первый сумматор, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, выход зкстраполятора подключен к выходу регулятора и через блок задержки к второму входу второго блока сравнения, первый вход регулятора соединен с вторым входом первого сумматора, второй вход - с вторым входом первого блока сравнения, отличающийс я тем, что, с целыо повьшения точности регулирования, в него введены второй сумматор, вторая и третья модели объекта без запазды-. вация, первый и второй задатчики, последовательно включенные третий сумматор, второй фильтр низкой частоты , второй пропорционально-ин (Л тегральный блок, третий блок сравнения , первый интегратор,первый С блок определения модуля, четвертый блок сравнения и первый ключ, последовательно включенные четвертый сумматор , третий фильтр низкой частоты, третий пропорционально-интегральный блок, пятый блок сравнения, второй интегратор, второй блок определения модуля, шестой блок сравнения и второй ключ,причем первый вход второго сумматора соединен с выходом первого пропорционально-интегрального блока, второй вход - с выходом первого ключа , третий вход - с выходом второго ключа, а выход - с входом экстраполятора , выход первого блока сравнения подключен к первому входу третьего сумматора, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, выход второго пропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом первого ключа и через вторую модель объекта без

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(зц С 05 В 13/02

В списочник изовраткниЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2!) 3705102/24-24 (22) 11.03.84 (46) 07 ° 04.85. Бюл. N- 13. (72) С.В. Емельянов, В.П. Авдеев, Л.А. Сульман, К.И. Диденко, Л.П. Иышляев, С.К. Коровин и А.К. Черепаха (71) Сибирский ордена Трудового

Красного Знамени металлургический институт им. С. Орджоникидзе, Центральное проектно-конструкторское бюро ко системам автоматизации производства и Научно-производственное объединение по системам автоматизированного управления (53) 62-50 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 699490. кл. G 05 В 13/02, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

У 855607. кл. G 05 В 13/02, 1980 (прототип) .

3. Тательбаум И.H. и др. 400 схем для АВИ. М., "Энергия", 1979, с. 40, 41 60 114.

4. Авторское свидетельство СССР

У 884082, кл. Н 03 Н 21/00, 1979.

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

И., "Иашиностроение", 1974, с. 189-194. (54)(57) АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий экстраполятор, блок задержки, последовательно включенные первый блок сравнения, первый фильтр низкой частоты, первый пропорционально-интегральный блок, второй блок сравнения, первую модель объекта беэ запаздывания и первый сумматор, выход которого .соединен с первым входом первого .

I блока сравнения, выход экстраполятора подключен к выходу регулятора и через блок задержки к второму входу второго блока сравнения, первый вход регулятора соединен с вторым входом первого сумматора, второй вход — с вторым входом первого блока сравнения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повыпения точности регулирования, в него sseдены второй сумматор, вторая и третья модели объекта без запазды-. вания, первый и второй эадатчики, последовательно включенные третий сумматор, второй фильтр низкой частоты, второй пропорционально-интегральный блок, третий блок сравнения, первый интегратор, первый блок определения модуля, четвертый блок .сравнения и первый ключ, последовательно включенные четвертый сумматор, третий фильтр низкой частоты, третий пропорционально-интегральный блок, пятый блок сравнения, второй интегратор, второй блок определения модуля, шестой блок сравнения и второй ключ, причем первый вход второго сумматора соединен с выходом первого пропорционально-интегрального блока, второй вход - с выходом первого топоча, третий вход — с выходом второго ключа, а выход — с входом экстраполятора, выход первого блока сравнения подключен к первому входу третьего сумматора, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, выход второго пропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом первого ключа и через вторую модель объекта. без запаздывания с вторым входом треть его сумматора, выход третьего пропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом второго ключа и через третью модель объекта без запаздывания с вторьк входом четвертого сумматора, выходы

11492 15 первого и второго интеграторов подключены к вторым входам соответственно третьего и пятого блоков сравнения, выходы первого и второго задатчиков подключены к вторым входам соответственно четвертого и шестого блоков сравнения.

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для построения систем управления техническими объектами, содержащими значительные запаздывания и подверженных влиянию неконтролируемых возмущений с нестационарными свойстваМИ.

Предполагается, что динамика объекта по каналам регулирования описывается передаточной функцией и и(р) = р

И р где Ь(р) и М(р) - полиномы от р, причем полином М(р) выше первого порядка, а степень полинома I(p) не превышает степень полинома М(р), с — время запаздывания.

Задача управления заключается в обеспечении инвариантности регулируемой координаты от внешних воздействий. 25

Известен регулятор для объектов с запаздьп анием, содержащий последовательно включенные первый блок сравнения, фильтр низкой частоты, обратную модель объекта без запаздывания, второй блок сравнения, экстраполятор и блок задержки, выход которого подключен к второму входу второго блока сравнения Ц .

Недостаток этого регулятора

35 заключается в низкой точности регулирования, обусловленной наличием обратной модели объекта без запаздывания.

Наиболее близким к предлагаемому 40 является регулятор, содержащий последовательно включенные первый блок сравнения, фильтр низкой частоты, пропорционально"интегральный блок, экстраполятор, блок задержки, второй блок сравнения, модель объекта без запаздывания и сумматор, выход которого подключен к первому входу первого блока сравнения, выход пропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом второго блока сравнения, первый вход регулятора соединен с вторым входом сумматора, второй вход - с вторым входом первого блока сравнения, выход экстраполятора подключен к выходу регулятора.

При работе этого регулятора с помощью. модели объекта беэ запаздывания, пропорционально-интегрального блока, сумматора, фильтра низкой частоты, первого и второго блоков сравнения производится неявное обращение модели объекта и определяется с запаздыванием оценка идеального управления. Эта оценка экстраполируется на интервал времени запаздывания, в результате чего получается управление на текущий момент времени f2) .

Недостаток известного регулятора низкая точность регулирования из-за ошибок запаздывающего оценивания идеального управления. Более точные оценки идеального управления при неявном обращении модели объекта можно получить путем увеличения коэффициента усиления пропорционально-интегрального блока. Однако для моделей объектов второго порядка, включая порядок дополнительного фильтра, большое увеличение коэффициента усиления регулятора ведет к возможной неустойчивости замкнутого контура.

1149215

Бель изобретения — повышение точности регулирования.

Поставленная цепь достигается тем, что в регулятор, содержапдй экстраполятор, блок задержки, последовательно включенные первый блок сравнения„ первый фильтр низкой частоты, первый пропорциональноинтегральный блок, второй блок сравнения, первую модель объекта без запаздывания и первый сумматор,вы" ход которого соединен с первым входом первого блока сравнения„ выход экстраполятора подключен к выходу регулятора и через блок задержки к второму входу второго блока сравнения, введены второй сумматор, вторая и третья модели объекта без запаздывания, первый и второй задатчики, последовательно включенные

TpeTHH C fMRTOp> BTOpOH фильтр HHS» кой частоты, второй пропорционально-интегральный блок, третий блок сравнения, первый интегратор, первый блок определения модуля, четвертый блок сравнения и первый ключ, последовательно включенные четвертый сумматор, третий фильтр низкой частоты, третий пропорционально-интегральный блок, пятый блок сравнения, второй интегратор, второй блок определения модуля, шестой блок сравнения и второй ключ, причем первый вход второго сумматора соединен с выходом первого пропОрционально-интегрального блока, второй вход— с выходом первого ключа, третий вход - с выходом второго ключа, а выход - с входом экстраполятора, выход первого блока сравнения подключен к первому входу. третьего сумматора, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, выход второго пропорциональноинтегрального блока соединен с вторым входом первого ключа и через вторую модель объекта без запаздывания с вторым входом третьего сум матора, выход третьего пропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом второго ключа и че. рез третью модель объекта без запаздывания с вторым входом четвертого сумматора„ выходы первого и второго интеграторов подключены к вторым входам соответственного третьего и пятого блоков сравнения, выходы первого и второго эадатчиков подключены к вторым входам соответственно четвертого и шестого . блоков сравнения.

Точность регулирования в предлагаемом регуляторе повышается за счет того, что вводятся корректировки оценки идеального управления. в зависимости от невязки заданного и модельного значений выходной пере10 менной объекта управления. Причем названные корректировки вводятся в том случае, когда их сглаженные значения превышают заданную величиHV °

f5 На чертеже приведена блок-схема адаптивного регулятора.

Адаптивный регулятор содержит первый сумматор 1, первую модель 2 объекта без запаздывания второй

R0 блок 3 сравнения, блок 4 задержки, первый блок 5 сравнения, первый фильтр б низкой частоты, первый пропорционально-интегральный блок 7, второй сумматор 8, экстраполятор 9, 25 третий сумматор 10 вторую модель 11 объекта без запаздывания, первый задатчик 12 второй фильтр 13 низкои частоты, второй пропорциональноинтегральный блок 14, третий блок 15 зо сравнения, первый интегратор 16, первый блок 17 определения модуля, четвертый блок 18 сравнения, первый ключ 19, четвертый сумматор 20 третью модель 21 объекта без запаздывания, второй задатчик 22, третий фильтр 23 низкой частоты, третий пропорционально"интегральный блок

24, пятый блок 25 сравнения, второй интегратор 26, второй блок 27 опре- деления модуля, шестой блок 28 сравнения н второй ключ 29.

При этаи на схеме обозначены выходной сигнал y(t) объекта управления {регулируемая координата), 45 заданный сигнал у"() (задание на регулируемую координату), управляющий сигнал tI (t).

Иоцели 2, 11 и 21 объекта без saпаздывания представлены, например, в виде последовательно соединенных инерционных звеньев (3) . Схема фильтров б, 13 и 23 низкой частоты

1 ., содержит ограничитель сигнала и ийтегратор, охваченные отрицательной обратной связью, и блоки адаптации зоны ограничения и постоянной интегрирования f4) . Нропорционально-интегральные (ПИ) блоки

1149215

7, 14 и 24 содержат масштабирующий блок и интегратор, подключенные выходами к сумматору, выход которого является выходом ПИ блока, вход

ПИ блока подключен к входу интегра- 5 тора и масштабирующего блока. Экстраполятор 9 представлен реальным форсирующим звеном, а ключи 19 и 29 являются замыкающими ключами (3) Ä

Схема блоков 17 и 27 определения модуля дана в (3) .

Адаптивный регулятор работает следующим образом.

В первом сумматоре 1 выходной сигнал объекта управления алгебраи" чески суммируется с выходным сигналом первой модели 2 объекта без запаздывания, в результате получается выходной сигнал y (t) первого мо" дельного контура регулирования. Сигнал у-(t) поступает на первый блок

5 сравнения, где из него вычитается зацанный сигнал у (t). Полученный сигнал идет на первый фильтр 6 низкой частоты, в котором срезаются отдельные большие выбросы и подавляется высокочастотная составляющая сигнала, что повышает точность его дальнейшего преобразования. С выхода первого фильтра б низкой частоты 30 сигнал поступает на первый пропорционально-интегральный блок 7 (ПИрегулятор первого модельного контура), на выходе которого получается управляющий сигнал V (t-С) перного модельного контура. Сигнал

Ч (t- } является оценкой идеального управления на момент времени (t- }, т.е..такого управления, которое надо реализовать для того, 4р чтобы получить равенство у{ )=-у+(1:).

Настройки ПИ-регулятора первого . модельного контура выбираются по известным методикам (5) из условия обеспечения устойчивости этого кон- 45 тура, что налагает ограничения на величину коэффициента усиления

ПИ-регулятора. Это в свою очередь ведет к увеличению ошибки отслеживания сигналом .y(t) сигнала у (t), о

% а следовательйо, к ошибкам в определении U (t-С) . Для уменьшения ошибок в оценке Ч (t-2) сигнал об отключении C (С) = y(t) -, у () с выхода первого блока 5 сравнения подается во второй модельный контур регулирования, содержащий третий сумматор 10, вторую модель 11 объекта без занавдывания, второй фильтр

13 низкой частоты и второй пропорционально-интегральный блок 14 (ПИ-регулятор второго модельного контура). Во втором модельном контуре на выходе ПИ-регулятора получается корректировка E V (t- 8)

I оценки V (t- ) из условия равенства Е (t) нулю. Для этого в третьем сумматоре 10 алгебраически сумми.руются сигналы с выходов первого блока 5 сравнения и второй модели

11 объекта без запаздывания. Полученный сигнал поступает через второй фильтр 13 низкой частоты на вход второго пропорционально-интегрального блока 14, выходной сигнал Ч 1(t- c) которого идем на вход второй модели 11 объекта без запаздывания.

Корректировка 6Ч (t- ) учитывается в том случае, когда модуль ее сглаженного значения превышает заданную величину. С этой целью выходной сигнал второго пропорциональноинтегрального блока 14 сглаживается с помощью инерционного звена, реализованного на первом интеграторе 16, охваченном отрицательной обратной связью (третий блок 15 сравнения). Выходной сигнал первого интегратора, 16 поступает через первый блок 17 определения модуля на четвертый блок 18 сравнения, где из этого сигнала вычитается выходкой сигнал первого задатчика i 2, С выхода четвертого блока 18 сравнения сигнал подается на первый управляющий вход первого ключа 19. Если сигнал имеет положительную величину, первый ключ 19 замыкается и выходной сигнал а Ч -(t- ) второго пропорционально-интегрального блока 14 идет на второй вход второго сумматора S.

Так же, как и во втором модельном контуре, определяется корректировка 3 V ™(t- ) в третьем модельном контуре, содержащем четвертый сумматор 20, третью модель 21 объекта без запаздывания, третий фильтр 23 низкой частоты и третий пропорционально-интегральный блок 25. Решение о необходимости учета корректировки о Ч (С- ) принимается по такому же правилу, что и для 8V "(t ).

С этой целью введены пятый блок 25 сравнения, второй интегратор 26, 1 149 второй блок 27 определения модуля, второй задатчик 22 и второй ключ 29.

По аналогии можно построить и большее количество модельных контуров. Их число диктуется порядком 5 моделей каналов регулирования и тренда ошибок натурного регулирования у(1:, - y (t) мощностью измерительных помех и требуемой точностью оценивании идеальных управлений.

Настроечные параметры всех модельных контуров достаточно брать одинаковыми, что существенно упрощает наладку предлагаемого регулятора по сравнению со случаем, когда в модель- 15 ном контуре применяется более сложньй, чем рекомендуемый, ПИ-регулятор.

Во втором сумматоре 8 алгебраически суммируются сигналы 7 (t-i ) ° 20

3V (t ) 3 VШ(t c) те получается сигнал V (t-i) со скорректированной оценке идеального управления. Сигнал V (t-".) экстраполируется на интервал време- 25 ни экстраполятором 9,выходной сигнап V(t) которого является. выходным сигналом регулятора. Сигнал V(t) подается также через блок 4 задержки на второй зход второго блока 3 сравне- 30 ния, где вычитается из сигнала

215 8

V (t- ), пришедшего с выхода первого пропорционально-интегрального блока 7. Полученный сигнал о разности

V (t- ) — V(t- ) подается через первую модель 2 объекта без запаздываHHR на первый вход первого сумматора 1 и, таким образом, получается замкнутый первый контур модельного регулирования.

Использование предлагаемого адаптивного регулятора по сравнению с известным позволяет повысить точность воспроизведения задания в результате более точного получения оценок идеальных управлений, что достигается за счет структуры регулятора, содержащей несколько модельнЯх контуров регулирования . Натурно-модельные испытания системы управления тепловым и шлаковым режимом доменной печи показали, что степень стабилизации химического чугуна и шлака повышается в среднем на 15-20Ж по сравнению с системой управления, в которой применялся известный регулятор. Такое повышение степени стабилизации может дать экономический эффект порядка

300 тыс.руб. на доменную печь объемом 5000 м .

1 149215 Ю l

Филиал ШШ зеит, r.Ужгород, улЛровктная, 4