Адаптивная система регулирования многомерного объекта

 

АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ МНОГОМЕРНОГО ОБЪЕКТА, содержащая объект управления, первый фильтр низкой частоты, последовательно включенные первый блок сравнения, обратную модель первого канала регулирования , второй блок сравнения, третий блок сравнения, второй фильтр чизкой частоты, блок первых экстра:оляторов , блок четвертых элементов сравнения, блок первых масштабируюдих элементов, первый сумматор, второй сумматор, первый исполнительный орган, третий фильтр.низкой частоты и первый блок задержки, последовательно включенные четвертый фильтр низкой частоты и второй масштабирующий блок, второй блок задержки , пятьгй блок сравнения, последовательно включенные шестой блок сравнения, первую модель первого канала регулирования и третий масштабирукиций блок, первый блок адаптации , второй блок адаптации, блок третьих элементов задержки, входы которых соединены с выходом пятого блока сравнения,один выход - с первым входом шестого блока сравнения, остальные выходы - с вторыми входа1-1И блока четвертых элементов сравнения, второй вход шестого блока сравнения подключен к выходу третьего блока сравнения, первый вход первого блока адаптации соединен с выходом второго фильтра низкой частоты, осттальные входы - с выходами блока (Q первых экстраполяторов, выход пер (Л вого блока адаптации - с дополнительным входом блока первых экстраполяторов , один выход блока первых экстраполяторов подключен к второму входу второго сумматора, к третьему входу которого подключен выход третьего масштабирующего блока, вы ход второго блока задержки соединен NU с вторым входом третьего блока сравСО нения и первым входом второго блока адаптации,первый вход пятого блока сравнения подключен к выходу третьего фильтра низкой частоты, вход которого связан с первым входом объекта управления, второй вход второго блока адаптации соединен с выходом второго блока сравнения, а выход - с дополнительным входом первого масштабирующего блока, выход первого блока задержки подключен к второму входу второго блока сравнения, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности регулирования, в нее введены первый, второй и тре

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G 05 В 13/02

,:r

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3294651/18-24 (22) 22.06.81 (46) 23.08.85. Бюл. Х - 3) (72) С,В,Емельянов, В.П.Авдеев, Л.П.Мышляев, Л.А.Сульман, С.К.Коровин, С.Ф.Киселев, В.И.Солодков и А.В.Поляк (71) Сибирский ордена Трудовoro Красного Знамени металлургический институт им. Серго Орджоникидзе и

Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт систем автома— тизации и управления (53) 62-50(088,8) (56) !.Гурецкий Х. Анализ и синтез систем управления с запаздыванием.

N.. Машиностроение, 1974, с.214-215, 2. Авторское свидетельство СССР

815713, кл. С 05 В 13/02,12.01.79, (54 ) (57 ) АДА1!ТИВНАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ МНОГОМЕРНОГО ОБЪЕКТА, содержащая объект управления, первый фильтр низкой частоты, последовательно включенные первый блок сравнения, обратную модель первого канала регулирования, второй блок сравнения, третий блок сравнения, второй фильтр близкой частоты, блок первых экстра—

;оляторов, блок четвертых элементов равнения, блок первых масштабирую— .цих элементов, первый сумматор, второй сумматор, первый исполнительный орган, третий фильтр. низкой частоты и первый блок задержки, последовательно включенные четвертый фильтр низкой частоты и второй масштабирующий блок, второй блок задержки, пятый блок сравнения, последовательно включенные шестой блок сравнения, первую модель первого ка„„SU„„4901 А нала регулирования н третий масштабирующий блок, первый блок адаптации, второй блок адаптации, блок третьих элементо задержки, входы которых соединены с выходом пятого блока сравнения, один выход — с первым входом шестого блока сравнения, остальные выходы — с вторими входами блока четвертых элементов сравнения, второй вход шестого блока сравнения подключен к выходу третьего блока сравнения, первый вход первого блока адаптации соединен с выходом второго фильтра низкой частоты, остальные входы — с выходами блока первых экстраполяторов, выход первого блока адаптации — с дополнительным входом блока первых экстраполяторов, один выход блока первых экстраполяторов подключен к второму входу второго сумматора, к третьему входу которого подключен выход третьего масштабирующего блока, выход второго блока задержки соединен с вторым входом третьего блока сравнения и первым входом второго блока адаптации, первый вход пятого блока сравнения подключен к выходу третьего фильтра низкой частоты, вход которого связан с первым входом объекта управления, второй вход второго блока адаптации соединен с выходом второго блока сравнения, а выход — c дополнительным входом первого масштабирующего блока, выход первого блока задержки подключен к второму входу второго блока сравнения, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности регулирования, в нее введены первый, второй и тре1174901 тий эадатчики, третиУ сумматор, третий, четвертый, пятый и шестые блоки адаптации, седьмой блок сравнения, последовательно включенные четвертый сумматор, пятый фильтр низкой частоты, восьмой блок сравнения, первый детектор знака, четвертый блок задержки, первый блок умножения пятыи сумматор шестои фильтр низкой частоты, четвертый масштабирующий блок, шестой сумматор и второй блок умножения, последовательно включенные первый интегратор, пятый масштабирующий блок и седьмой сумматор, последовательно включенные девятый блок сравнения, второй детектор знака, пятый блок задержки и третий блок умножения, последовательно включенные второй интегратор, шестой масштабирующий блок, восьмой сумматор и четвертый блок умножения, последовательно включенные четвертый задатчик„ десятый блок сравнения, вторая модель первого канала регулирования, одиннадцатый блок сравнения, обратная модель второго канала регулирования, двенадцатый блок сравнения, тринадцатый блок сравнения, седьмой фильтр низкой частоты, блок вторых экстраполяторов, блок четырнадцатых элементов сравнения, блок седьмых масштабирующих элементов, девятый сумматор, десятый сумматор, второй исполнительный орган восьмой фильтр

Р низкой частоты и шестой блок задержки, последовательно включенные пятый эадатчик, четырнадцатый блок сравнения, девятый фильтр низкой частоты. восьмой масштабирующий блок, оциннадцатый сумматор, четырнадцатый блок сравнения„ блок шестых элементов задержки, пятнадцатый блок сравнения, модель второго канала ре.гулирования и девятый масштабирующий блок, последовательна включенные десятый масштабирующий блок, седьмой блок задержки, третий экстраполятор, одиннадцатый масштабирующий блок, восьмой блок задержки и шестнадцатый блок сравнения, последовательно включенные девятый блок задержки и двеиадцагый сумматор, причем первый выход объекта управления связан с первым входом девятого блока сравнения и через последова.ельно включенные третий сумма тор и первый фильтр низкой частоты— с вторым входом девятого блока сравнения и первым входом первого ало= ка сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго задатчи- . ка, второй выход объекта управления подключен к первому входу четвертого сумматора и через восьмой блок сравнения — к входу первого интегратора и к второму входу седьмого сумматора, выход которого соединен через второй блок умножения с вторым входом четвертого сумматора, выход первого детектора знака соединен с вторым входом первого блока умножения, выход второго детектора знака — с вторым входом третьего блока умножения, выход которого подключен к второму входу пятого сумматора, выход первого эадатчика через последовательно соединенные шестой сумматор и четвертый блок умножения подключен к входу третьего сумматора, выход девятого блока сравнения — к входу второго интегратора и к второму входу восьмого сумматора, выход первого блока сравнения — к второму входу одиннадцатого блока сравнения, выход третьего фильтра низкой частоты — к второму входу десятого блока сравнения, выход третьего эадатчика подключен через последовательно соединенные седьмой блок сравнения и четвертый фильтр низкой частоты к входу десятого масштабируюшего блока, второй вход объекта управления соединен с входом седьмого блока сравнения, выход второго масштабирующего блока через шестнадцатый блок сравнения соединен с входом второго блока задержки, с вторым входом второго сумматора и с вторым входом пятого блока сравнения, выход двенадцатого блока сравнения подключен к первым входам третьего и четвертого блоков адаптации, выход седьмого блока задержки подключен к второму входу двенадцатого сумматора, к второму входу четвертого блока адаптации и к первому входу пятого блока адаптации, второй вход третьего блока адаптации соединен с выходом девятого блока задержки, а выход — с дополнительным входом восьмого масштабирующего блока, выход четвертого блока адаптации — с дополнительным, входом десятого масштабирующего блока, выход пятого блока адаптации—

1174901

20 с дополнительным входом третьего экстраполятора, выход которого связан с вторым входом пятого блока адаптации и через одиннадцатый сумматор — с входом десятого сумматора, выход двенадцатого сумматора — с вторым входом тринадцатого блока сравнения, выход второго исполнительного

,органа связан с третьим входом объ екта управления, выход четырнадцатого блока сравнения — с четвер,тым входом объекта управления, вы ход восьмого фильтра низкой частоты - с вторым входом четырнад— ,цатого блока сравнения, выход три— надцатого блока сравнения — с вто1

Изобретение относится к области автоматического управления и pery лирования и может быть использовано для построения систем управления техническими объектами, содержащих значительные запаздывания и подверженных влиянию контролируемых и неконтролируемых возмущений, характеристики которых изменяются на интервале времени запаздывания. !О

Динамика рассматриваемого класса объектов достаточно хорошо аппроксимируется оператором р/„"

Y(pl=T e (Оц(р)iw„(pj) j={2, „,я щ I5

3 коэффициенты усиления k и постоянJ ные времени Т., ; которого незначительно измейяются в течение длительности переходного процесса и имеют различные значения для отдельных каналов; U< ыщ — регули— рующие воздействия и контролируемые возмущения; У вЂ” целевая выходная переменная объекта управления. Кроме того, измеряются косвенные выходные переменные объекта управления, коррелированные с целевой выходной переменной, Примером такого рода объектов слу- ЗО жат современные доменные печи. Целевой выходной переменной здесь является, в частности, содержание кремния в чугуне; косвенной выходной перым входом пятнадцатого,.блока сравнения, выходы блока десятых элементов задержки — с вторыми входами блока семнадцатых элементов сравнения, первый вход шестых блоков адаптации соединен с выходом седьмого фильтра низкой частоты, вторые входы — с выходами блоков вторых экстраполяторов, выходы шестых блоков адаптации — с дополнительными входами блока вторых экстраполяторов, один из выходов которых подключен к второму входу девятого сумматора, к третьему его входу подключен выход девятого масштабирующего блока, ременной — содержание окиси углерода в колошниковом газе. Канал регулирования "Изменение содержания кокса в подачу — изменение содер- . жания кремния в чугуне характеризуется временем чистого запаздывания порядка шести часов, постоянной времени инерции — четырех часов. Такими же параметрами характеризуется и канал по контролируемому возмущению (изменению влажности кокса) с выходом на содержание кремния в чугуне. Канал регулирования "Изменение влажности дутья — изменение содержания кремния в чугуне" имеет время чистого запаздывания порядка нескольких минут и постоянную времени инерции порядка трех часов. Характеристики по каналу контролируемого возмущения (температуре дутья) имеют примерно такие же численные значения.

Целью управления является обеспечение инвариантности целевой выходной переменной (регулируемой координаты) от контролируемых и неконтролируемых внешних воздействий.

Известны регуляторы с косвенным измерением и прогнозированием неконтролируемых возмущений,.включающие обратные модели объектов регулирования, блоки задержки, экстра— поляторы и блоки сравнения (11. з 1174901 4

Однако такие .регуляторы не обеспечивают высокой! точности регулирования из-за того, что в них не учитываются в явном виде контролируемые возмущения, а также различие динамиче-1 ских характеристик по отдельным каналам регулирования и возмущений, Наиболее близким к изобретению является прогнозирующий рет улятор, содержащий последовательно включенные первый блок сравнения, первый фильтр низкой частоты, обратную модель объекта без запаздывания, второй блок сравнения, третий блок сравнения, второй фильтр низкой частоты, первый экстраполятор, первый сумматор, исполнительный орган,, третий фильTp низкой частоты H пер— вый блок задержки, выход которого подключен к второму входу второго блока сравнения, последовательно соединенные четвертый фильтр низкой частоты, первый масштабирующий блок,, второй блок задержки, подключенный своим выходом к второму входу третьего блока сравнения, последовательно соединенные вторые экстраноляторы, четвертые блоки сравнения, вторые масштабирующие блоки выходы кото—

30 рых подключены к входам второго сумматора, входы вторых экстраголяторов соединены с выходом второго фильтра низкой частоты а выход второго сумматора — с одним из входов первого сумматора, последовательно соединенные пятый блок сравнения, инер-. ционное звено первого порядка, третий масштабирующий блок, выход которого соединен с одним из входов второго

4б блока суммирования шестой блок сравнения, подключенный своими входами к выходу третьего фильтра низкой частоты и выходу перврго масштабирующего блока, который соединен так-. же с одним из входов первого сумматора, третьи блоки задержки, входы которых соединены с выходом шестого блока сравнения, выход последнего иэ третьих блоков задержки подключен к входу пятого блока сравнения, выходы остальных — к входам четвертых блоков сравнения за исключением первого из них, вход которого соединен с выходом пятого блока сравнения, второй вход пятого блока сравнения соединен с выходом третьего блока сравнения, последовательно включенные четвертые блоки задержки, седьмые блоки сравнения и первые блоки адаптации, выход первого из которых сое— динен дополнительным входом первого экстраполятора, выходы остальных с дополнительными входами вторых экстраполяторов, вторые входы седьмых блоков сравнения соединены с выходом второго фильтра низкой частоты, вход первого из четвертых блоков задержки — с выходом первого экстраполятора, входы остальных четвертых блоков задержки — с выходом первого эк— страполятора, входы остальных четвер— тых,блоков задержки — с выходами вторых экстраполяторов, выход первого блока задержки соединен также через восьмой блок сравнения и второй блок адаптации с дополнительным входсм первого масштабирующего блока, вто— рой вход восьмого блока сравнения подключен к выходу второго блока сравнения (2j„, Недостатком известного прогнози— рующего регулятора является низкая точность регулирования, обусловленная тем, что не учитывается различие динамических характеристик по отцельным каналам регулирования и возмущений, а также не используется косвенная выходная переменная объекта управления.

Целью изобретения является повышение точности регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что в адаптивную систему регулирования многомерного объекта, содержащую объект управления, первый фильтр низкой частоты, последовательно включенные первый блок сравнения, обратную модель первого канала регулирования, второй блок сравнения, тр тий блок сравнения, второй фильтр низкой частоты, блок первых экстраполяторов, блок четвертых элементов сравнения, блок первых масштабирующих элементов, первый сумматор, второй сумматор, первый исполнительный орган, третий фильтр низкой частоты и первый .блок задержки, последовательно включенные четвертый фильтр низкой частоты и второй масштабирующий блок, второй блок задержки, пятый блок сравнения, последовательно включенные шестой блок сравнения, первую моцель первого канала регулирования и третий масштабирующий блок, первый блок адаптации, второй блок

I 174901

15

30 адаптации, блок третьих элементов задержки, входы которых соединены с выходом пятого блока сравнения, . один выход — с первым входом шесто5 го блока сравнения, остальные выходы — с вторыми входами блока четвертых элементов сравнения, второй вход шестого блока сравнения подключен к выходу третьего блока сравнения, перый вход первого блока адаптациц соединен с выходом второго фильтра низкой частоты, остальные входы — с выходами блока первых экстрапоцяторов, выход первого блока адаптации — с дополнительным входом блока. первых экстраполяторов, один выход блока первых экстраполяторов подключен к второму входу второго сумматора, к третьему входу которого подключен выход третьего масштабирующего блока, выход второго блока задержки соединен с вторым входом третьего блока сравнения и первым входом вто- 25 рого блока адаптации, первый вход пятого блока сравнения подключен к выходу третьего фильтра низкой частоты, вход которого связан с первым входом объекта управления, второй вход второго блока адаптации соединен с выходом второго блока сравнения, а выход — с дополнитель— ным входом первого масштабирующего блока выход первого блока задержУ

35 ки подключен к второму входу второ— го блока сравнения, введены первый, второй и третий задатчики, третий сумматор, третий, четвертый, пятый и шестые блоки адаптации, седьмой

40 блок сравнения, последовательно включенные четвертый сумматор, пятый фильтр низкой частоты, восьмой блок сравнения, первый детектор знака, четвертый блок задержки, 45 первый блок умножения, пятый сумматор, шестой фильтр низкой частоты, четвертый масштабирующий блок, шестой сумматор и второй блок умножения, последовательно включенные первый

50 интегратор, пятый масштабирующий блок и седьмой сумматор, последовательно включенные девятый блок сравнения, второй детектор знака, пятый блок задержки и третий блок умножения, последовательно включенные второй интегратор, шестой масштабирующий блок, восьмой сумматор и четвертый блок умножения, последовательно включенные четвертый задатчик, десятый блок сравнения, вторая модель первого канала регулирования, одиннадцатый блок сравнения, обратная модель второго канала регулирования, двенадцатый блок сравнения, тринадцатый блок сравнения, седьмой фильтр низкой частоты, блок вторых экстраполяторов, блок четырнадцатых элементов сравнения, блок седьмых масштабирующих элементов, девятый сумматор, десятый сумматор, второй исполнительный орган, восьмой фильтр низкой частоты и шестой блок задержки, последовательно включенные пятый задатчик, четырнадцатый блок сравнения, девятый фильтр низкой частоты, восьмой масштабируюыий блок, одиннадцатый сумматор, четырнадцатый блок сравнения, блок шестых элементов задерж ки,пятнадцатый блок сравнения,мо— дель второго канала регулирования и девятый масштабирующий блок, последовательно включенные десятый масштабирующий блок, седьмой блок задержки, третий экстраполятор, одиннадцатый масштабирующий блок, восьмой блок задержки и шестнадцатый блок сравнения, последовательно включенные девятый блок задержки и двенадцатый сумматор, причем первый выход объекта управле— ния связан с первым входом девятого блока сравнения и через последовательно включенные, третий сумматор и первый фильтр низкой частоты — с вторым входом девятого блока сравнения и первым входом первого блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика, второй выход объекта управления подключен к первому входу четвертого сумматора и через восьмой блок сравнения — к входу первого интегратора и к второму входу седьмого сумматора, выход которого соединен через второй блок умножения с вторым входом четвертого сумматора, выход первого детектора знака соединен с вторым входом первого блока умножения, выход второго детектора знака — с вторым входом третьего блока умножения, выход которого подключен к второму входу пятого сумматора, выход первого задатчика через последовательно соединенные шестой сумматор и четвертый блок умноже—

1174901 ния подключен к входу третьего

- сумматора, выход девятого блока сравнения — к входу второго интегратора и к второму входу восьмого сумма тора, выход. первого блока сравнения в к второму входу одиннадцатого блока сравнения, выход третьего фильтра низкой частоты к второму входу десятого блока сравнения, выход третьего задатчика подключен через 10 последовательно соединенные седьмой блок сравнения и четверть1и фильтр низкой частоты к -входу десятого масштабирующего блока, второй вход объекта управления соединен с входом 15 седьмого блока сравнения, выход второго масштабирующего блока через шестнадцатый блок сравнения соединен с входом второго блока задержки, с вторым входом второго сумматора и с вторым входом пятого блока сравнения, выход двенадцатого блока сравнения подключен к первым входам третьего и четвертого блоков адаптации, выход седьмого блока задержки подключен к второму входу двенадцатого сумматора, к второму входу четвертого блока адаптации и к первому входу пятого блока адаптации, второй вход третьего блока адап 3О тации соединен с выходом девятого

-блока задержки. а выход — с дополнительным входом восьмого масштабирующего блока, выход четвертого блока адаптации — с дополнительным

3, входом десятого масштабирующего бло- " ка, выход пятого блока адаптации— с дополнительным входом третьего экстраполятора, выход которого связан с вторым входом пятого блока адаптации и через одиннадцатый сумматор — с входом десятого сумматора, выход двенадцатого сумматора — с вторым входом тринадцатого блока сравнения, выход второго исполнительного органа связан с,третьим входом объекта управления, вход четырнадцатого блока сравнения — с четвертым входом объекта управления.

1выход восьмого фильтра низкой частоты — с вторым входом четырнадцато- 5G го блока сравнения, выход тринадцато-. го блока сравнения — с вторым входом пя тнадцатого блока сравнения „ выходы блока десятых элементов задержки — с вторыми входами блока 55 семнадц"тых элементов сравнения, первый в..-од шестых блоков адаптации соединен с выходом седьмого фильтра низкой частоты, вторые вхо— ды — с выходами блоков вторых зкстраполяторов, выходы шестых блоков адаптации с дополнительными входами блока вторых экстраполяторов, один из выходов которых подключен к второму входу девятого сумматора, к третьему его входу подключен выход девятого масштабирующего блока.

Предлагаемая адаптивная система прогнозирующего регулирования объек— та имеет два канала регулирования.

Первый канал регулирования имеет по сравнению с вторым меньшее время запаздывания. Бремя запаздывания по каналу первого возмущения также меньше, чем по каналу второго воз— мущения. Но аналогии с предлагаемой системой могут быть построены системы регулирования и для большего числа управляющих воздействий и контролируемых возмущений, На чертеже приведена блок †схе предлагаемой системы регулирования, где U„(t) и У (1) — первое и второе управляющие воздействия в 1 ый момент времени; 1„(1) и у (1) первое и второе контролируемые возмущения," У(т,) — целевая выходная переменная; x(t) — косвенная выходная переменная; 1(1) — неконтролируемое возмущение, ?адаптивная система регулирования многомерного объекта содержит объект 1 управления, четвертый сумматор 2, пятый фильтр 3 низкой частоты, восьмой блок 4 сравнения, первый детектор 5 знака, четвертый блок 6 задержки, первый 7 и второй

8 блоки умножения, седьмой сумматор 9, пятый масштабирующий блок 10, первый интегратор 11, первый задатчик 12, шестой сумматор 13, четверть|й масштабирующий блок 14, шестой фильтр 15 низкой частоты, пятый сумматор 16, четвертый блок 1? умножения, восьмой сумматор 18, шестой масштабирующий блок 19, второй интегратор 20, третий сумматор 21, первый фильтр 22 низкой частоты, девятый блок 23 сравнения, второй детектор 24 знака, пятый блок 25 задержки, третйй блок 26 умножения, первый блок 27 сравнения, второй 28 и четвертый 29 задатчики, десятый блок 30 сравнения, вторую модель 31 первого канала регулирования, обратную модель 32 первого канала ред х ы„(t) =влип дх (С) 9 117490 гулирования,обратную модель 33 второго канала регулирования, одиннадцатый блок 34 сравнения, третий фильтр 35 низкой частоты, первый блок

36 задержки, второй блок 37 сравнения,шестой блок 38 задержки, двенадцатый блок 39 сравнения, третий задатчик 40, седьмой блок 41 сравнения, четвертый Фильтр 42 низкой частоты. второй масштабирующийблок 43, второй 1Q блок 44 адаптации, шестнадцатый блок 45 сравнения, второй блок 46 задержки, третий блок 47 сравнения, второй фильтр 48 низкой частоты, блок 49 первых экстраполяторов, первые блоки 5(адаптации, блок 51 четвертых элементов сравнения, блок

52 вторых масштабирующих элементов, первый сумматор 53, третий масштаби— рующий блок 54, первую модель 55 первого канала регулирования, шестой блок 56 сравнения, блок 57 третьих элементов задержки, пятый блок 58 сравнения, восьмой блок 59 задержки, одиннадцатый масштабирующии блок

60, второй сумматор 61, первый испол— нительный орган 62, восьмой Фильтр

63 низкой частоты, десятый масшта— бирующий блок 64, четвертый блок

65 адаптации, седьмой блок 66 задержки, двенадцатый сумматор 67, третий экстраполятор 68, пятый блок 69 адаптации, четырнадцатый блок 70 сравнения, пятый задатчик 71 девятый фильтр 72 низкой частоты, восьмой масштабирующий блок 73, третий блок 74 адаптации, девятый блок 75 задержки, одиннадцатый сумматор 76, тринадцатый блок 77 сравнения, четырнадцатый блок 78 сравнения, седьмой фильтр 79 низкой

40 частоты, блок 80 вторых экстраполяторов, шестые блоки 81 адаптации, блок 82 четырнадцатых элементов сравнения, блок 83 седьмых масш †. табирующих элементов, блок 84 шестых

45 элементов задержки, пятнадцатый блок

85 сравнения, модель 86 второго канала регулирования, девятый масштабирующий блок 87, девятый сумматор 88, десятый сумматор 89, второй испол— нительный орган 90.

Адаптивная система регулирования многомерного объекта работает следующим образом.

Дпя оценивания полезной составляющей целевой выходной переменной

У(t) сигнал с выхода объекта 1 управ1 10 ления о косвенной переменной x(t) поступает на вход четвертого сумматора 2, где суммируется . с сигналом о корректировке Ax(t), поступающим с выхода второго блока 8 умножения. Выходной сигнал четвертого сумматора 2 сглаживается в пятом фильтре 3 низкой частоты и вычитается в восьмом блоке 4 сравнения из сигнала x(t). Сигнал о полученной разности hx(t) поступает на первый детектор 5 знака, функционирование которого описывается выражением

+1 при hx(t) rO — 1 при dx(t)(0 (1) в котором Ьх t) — выходной сигнал в ц детектора 5 знака. С выхода первого детектора 5 знака сигнал поступает через четвертый блок 6 задержки на первый блок 7 умножения, где ум— ножается на сигнал, поступающий не1 посредственно с выхода первого детек тора 5 знака. Выходной сигнал первого блока 7 умножения

dк(t) =sipnax(t) sigmx(t- ) (2) характеризует автокорреляцию сиглала dx(t) и принимает значения "+!" или "-l". Если имеются систематические отклонения регистрируемого сигнала x(t) в ту или иную сторону от его сглаженных значений x(t), то сигнал dx(t) принимает значение

"+1". Если регистрируемый сигнал

x(t) колеблется около его сглаженных значений a(t), то сигнал dÄ(t) принимает значение "-1". Таким же образом преобразуется сигнал У(С) с помощью третьего сумматора 21, первого фильтра 22 низкой частоты, девятого блока 23 сравнения, второго детектора 24 знака, пятого блока

25 задержки и третьего блока 26 умно-жения. На выходе последнего получается сигнал

>(t) =signzY(t) signhY(t —,"„) . (3) С выходов первого 7 и третьего 26 блоков умножения сигналы поступают на входы пятого сумматора 16, выходной сигнал которого 4t)= d (1)+

+o (1) сглаживается в шестом фильтре 15 низкой частоты., Сглаженный сигнал l(t) умножается в четвертом

74901,12

5 !

О

Z(t)= 1 Иl(ЕU)+ и

E (t1 ol k f (Ф) где E(t) — выходной сигнал восьмого блока 4 сравнения. Сигнал z(t) суммируется в четвертом сумматоре 2 с сигналом х(1), т.е. Hà x(t) наносится координатное воздействие, которое позволяет выходному сигналу пятого фильтра 3 низкой частоты более точно отслеживать полезную составляющую сигнала x(t).Аналогичным образом с помощью второго интегратора 20, шестого .;асштабирующего блока 19, восьмого сумматора 18, четвертого блока 17 умножения и 35 третьего сумматора 8 корректируется выходной сигнал о целевой переменной объекта 1 управления и в ре— зультате на выходе первого фильтра 22 низкой частоты получается сигнал о полезной составляющей У(т,).

Из выходйого сигнала первого фильтра 22 низкой частоты в первом блоке 27 сравнения вычитается выходной сигнал второго задатчика 28 о заданном значении целевой выходной переменной У(1). На выходе первого блока 27 сравнения получается сигнал о величине ошибки регулирования, который используется для выработки и первого, и второго управляющих воздействий.

Для выработки первого управляющего воздействия по каналу регулирования с меньшим временем запаздывания сигнал с выхода первого блока 27 сравнения поступает на обратную модель 32 первого канала регулироваll ll масштабирующем блоке 14 на по с тоянный коэффициент, а затем суммируется в шестом сумматоре 13 с постоянным сигналом, поступающим с выхбда первого задатчика 12, Выходной сигнал восьмого блока 4 сравнения через первый интегратор

11 поступает на пятый масштабирующий блок 10, где умножается на коэффициент f)Tд, и подается на седьмой сумматор 9, в котором суммируется с выходным сигналом восьмого блока 4 сравнения. Сигнал с выхода седьмого сумматора 9 умножается во втором блоке 8 умножения на выходной сигнал k(t) шестого сумматора 13. В результате на выходе второго блока 8 умножения получается сигнал

% ния без учета запаздывания, в частности пропорционально-дифференциаль. ное звено, Выходной сигнал обратной модели 32 первого канала регулирования вычитается во втором блоке 37 сравнения из сигнала о реализованном в момент (t — „) первом управлении (где Т„ — время запаздывания первого канала регулирования), поступающим с выхода первого блока

36 задержки. Выходной сигнал второго блока 37 сравнения является оценкой идеального первого управления 0, найденной с запаздыванием ь„ по выражению в котором У„() и У (t) — полезный сигнал о целевой выходной переменной и заданное значение целевой выходной переменной; F " — обратная модель первого канала регулирования без учета запаздывания.

Первое контролируемое возмущение

sa„(t) учитывается следующим образом.

В седьмом блоке 41 сравнения из сигнала о первом контролируемом возмущении el,(t), поступающего с второго входа объекта 1 управления, вычитается сигнал об опорном значении щ„(), поступающий с выхода третьего задатчика 40. Сигнал о полученной разности идет на четвертый фильтр

42 низкой частоты, где подавляется высокочастотная помеха, и далее на второй масштабирующий блок 43, в котором умножается на коэффициент и пересчитывается в масштаб управляющего воздействия 11„.

С выхода второго масштабирующего блока 43 сигнал поступает на шестнадцатый блок 45 сравнения,где из него вычитается сигнал об экстраполированных значениях корректировок второго управляющего воздействия по отклонениям первого контролируемого возмущения, пересчитанных в одиннадцатом масштабирующем блоке 60 в масштаб первого управления и приведенных с помощью восьмого блока

59 задержки к одному временному срезу с корректировками, полученными во втором масштабирующем блоке 43.

Выполнение этих операций вызвано тем, что при выработке второго управления учитываются экстраполированные значения отклонений CÄ(t) от его опорных значений, а при выработке!

1174901 14

45

55 первого управления не требуется учитывать эти отклонения.

Выходной сигнал шестнадцатого блока 45 сравнения о корректировке пер— вого управления по отклонениям первого контролируемого возмущения задерживается на время ь, во втором блоке 46 задержки и затем вычитается в третьем блоке 47 сравнения из сигнала 11 (t- "„), поступающего с

М выхода второго блока 37 сравнения.

В результате из оценки идеального первого управления исключаются эффекты изменения первого контролируемого возмущения и получается оценка, приведенного идеального управления u" (t- с), которое имеет .

1 уже более гладкие свойства, что позволяет повысить точность его экстраполяции.

Оценка приведенного идеального первого управления и (t — i ) экпр страполируется в виде траектории на интервале времени от (t- с„) до (с+лС), rye дС,„=(1/10-1/20) .с„. С этой целью полученный в третьем блоке 47 сравнения сигнал поступает на второй фильтр 48 низкой частоты, в котором усредняется на интервале времени и „,и идет на блок 49 первых экстраполяторов. На выходе последпрэ него получается сигнал и <0) где

Be 1 ---„.," L+kDi 4+8 i(.

„1.

В пятом блоке 58 сравнения из сигнала о фактическом первом управлении с выхода третьего фильтра 35 . низкой частоты вычитается выходной сигнал шестнадцатого блока 45 срав— нения и получается сигнал о приведенном фактическом первом управлении, Этот сигнал поступает на вхо— ды блока 57 третьих элементов задержки, где задерживается на интервалы,аГ„,..., 1сд<,,..., С, т.е. за— поминается траектория приведенных фактических первых управлений.

В шестом блоке 56 сравнения из выходного сигнала третьего блока 57 задержки вычитается сигнал с выхода третьего блока 47 сравнения и полу— чается сигнал о разности между приведенным фактическим первым управле-. нием и приведенной оценкой идеального первого управления. Сигнал об этой разности направляется в первую модель 55 первого канала регулирования без учета запаздывания, а затем

0 через третий масштабирующий блок

54 — на третий вход первого сумматора 53.

В блоке 5 1 четвертых элементов сравнения определяется разность между сигналами об экстраполированных и фактических значениях при— веденного первого управления йа интервале от (4 — „) до t. Сигналы о полученной разностй умножаются на весовые коэффициенты в блоке 52 первых масштабирующих элементов и подаются на первые входы первого сум. матора 53, На второй вход сумматора 53 поступает сигнал и„ (+л"„) с выхода одного из первых экстраполяторов 49. В первом сумматоре 53 суммируется сигнал об экстраполированном приведенном управлении с корректировками по разности между при— ведерным фактическим и приведенной оценкой идеального управления, а также между приведенным фактичес.ким и экстраполированным управлениями, т ° е. вводятся корректировки ошибок экстраполяции с весовыми коэффициентами, Выходной сигнал первого сумматора 53 поступает на вход второго сум- . матора 61, где суммируется с выходным сигналом шестнадцатого блока 45 сравнения, т.е. экстраполированное приведенное первое управляющее вбздействие пересчитывается на фактические значения первого контролируемого возмущения. С выхода второго сумматора 61 сигнал поступает на первый исполнительный орган 62, выход которого связан с первым управляющим входом объекта 1 управления.

Регистрируемый сигнал об u,(t) подается на третий фильтр 35 низкой частоты, где подавляются помехи контроля, на вход первого блока 36 задержки и на вход пятого блока 58 сравнения.

Для повышения степени компенсации изменчивости статистических характеристик оценок приведенньц1 идеальных управлений адаптируются параметры блока 49 первых экстраполяторов. При условии, что оператор каждого экстраполятора представлен выражением р + в котором Сэ †. интервал экстраполяции; -T — постоянная времени фор1174901 .l6

T<(t)= т (,В) 1В-d. -и

t-ee к

l0 (ч) ГФ(,6) (О- т (e)d, Ф

t -Ol -Ео где pu (e)u (е) -u (д); аЬ и й— постоянйые велйчины.

Для реализации выражения (7) на первый блок 50 адаптации поступают сигналы с выхода второго фильтра 48 низкой частоты и с выходов первых экстраполяторов 49, Выходной сигнал первого блока 50 адаптации поступает на дополнительный вход блока 49 первых экстраполяторов.

Изменчивость характеристик объек- 2 та 1 управления по отношению к контролируемым внешним воздействиям учитывается путем адаптации пересчетного коэффициента Ещ„ второго масштабирующего блока 43, Для этого на 30 входы второго блока 44 адаптации подаются сигналы с выхода второго блока 46 задержки и с выхода второго блока 37 сравнения. Во втором блоке 44 адаптации реализуется, в част- з ности, процедура (а (в- f-k„(e-e)w,(e-".,J),(в=,„)

М где L — интервал времени интегрирова-45 ! ния er — - приращения первого контЭ

Ы ролируемого возмущения; u - опорное значение оценок первого идеального управления, Выходной сигнал второго блока 44 адаптации поступает на до- ® полнительный вход второго масштабирующего блока 43.

При выработке второго управляющего воздействия по каналу регулирования с большим запаздыванием пред- 55 варительно исключаются из ошибки регулирования целевой выходной переменной эффекты первого управля15 сирующего звена, адаптацию ТФ можно производить согласно закону (ао," (elыэ)- (ы„" (elыв!

4- 2сф а()"„" (e-".„) =ь"" (e-;„I-u „ ющего воздействия. С этой целью полезный сигнал с выхода третьего фильтра 35 низкой частоты подается на вход десятого блока 30 сравнения, где из u<(t) вычитается сигнал о

его опорном значении, поступающий с выхода четвертого задатчика 29.

Сигнал о полученной разности подается на вторую модель 31 первого канала регулирования, на выходе которой получается сигнал об эффекте изменений первого управляющего воздействия. Выходной сигнал второй модели 31 первого канала регулирования вычитается в одиннадцатом блоке

34 сравнения иэ выходного сигнала первого блока 27 сравнения, тем самым из ошибки регулирования исключаются эффекты изменений первого управляющего воздействия.

Аналогично выработке первого управляющего воздействия с помощью обратной модели 33 второго канала регулирования беэ учета запаздывания шестого блока 38 задержки, две— надцатого блока 39 сравнения и восьмого фильтра 63 низкой частоты определяются оценки идеального второго управления ц. (t C) с запазjd дыванием на время С2.С выхода двенадцатого блока 39 сравнения сигH o u (t —.ig) поступает HG TpH

1д надцатый блок 77 сравнения, где из него вычитается сигнал о корректировке второго управляющего воздействия и ®по отклонениям первого и второго™контролируемых возмущений

1 от их опорных значений.

" « о du2 рассчитывается следующим образом. Сигнал об изменениях контролируемого первого возмущения с выхода:четвертого фильтра

42 низкой частоты подается на вход десятого масштабирующего блока 64, в котором умножается на пересчетный коэффициент, пересчитывается в масштаб второго управляющего воздействия и подается через седьмой блок бб за— держки на вход двенадцатого сумматора 67. Сигнал о контролируемом втором возмущении аналогично первому возмущению подается с четвертого входа объекта 1 управления на четырнадцатый блок 70 сравнения, где из него вычитается сигнал о его опорном значении, поступающий с выхода пятого задатчика 71. Далее сигнал подается через девятый фильтр 72

17 1174 низкой частоты и восьмой масштабирующий блок 73 на вход девятого блока 75 задержки, где задерживается на интервал времени 7, Сигнал с выхода девятого блока 75 задержки подается на вход двенадцатого сумматора 67, где и суммируется с сигналом с выхода седьмого блока 66 задеРжки, в Результате чего получается суммарная корректировка второго 10 управления дп (t- q) по отклонениям первого и второго контролируемых воз— мущений.

Выходной сигнал тринадцатого блока 77 сравнения о приведенном втором 15 идеальном управлении обрабатывается так же, как и сигнал о приведенном первом идеальном управлении. Для

Ъ этого используются седьмой фильтр 79 низкой частоты, блок 80 вторых экстра-р0 поляторов, блок 82 четырнадцатых элементов сравнения, блок 83 седьмых масштабирующих элементов и девятый сумматор 88.

Однако при определении приведенно-р5 го фактического второго управления его корректировка по контролируемым возмущениям рассчитывается иначе.

Сигнал с выхода седьмого блока 66 задержки поступает на вход третьего экстраполятора 68, в котором экстраполируется на интервал времени (- „ ), а затем поступает на вход одиннадцатого сумматора 76, где суммируется с выходным сигналом восьмого масштабирующего блока 73.На выходе одиннадцатого сумматора 76 получается сигнал о корректировке второго управления по контролируемым возмущениям на текущий момент времени. Этот сигнал и вычитается

40 в четырнадцатом блоке 78 сравнения из полезного сигнала о фактическом втором управлении, идущего с выхода восьмого фильтра 63 низкой частоты.

Полученный на выходе четырнадцатого

45 блока 78 сравнения сигнал обрабатывается так же, как и при выработке первого управляющего воздействия.

901 18

Для этого используются блок 84 де— сятых элементов задержки, пятнадцатый блок 85 сравнения, модель 86 второго канала регулирования беэ учета запаздывания, девятый масш табирующий блок 87.

Выходной сигнал девятого сумматора 88 о втором приведенном экстраполированном управлении поступает на вход десятого сумматора 89. где к нему подсуммируется сигнал с выхода одиннадцатого сумма1ора 76, в результате получается сигнал о втором управляющем воздействии, который подается на второй исполнительный орган 90 и далее на второй управляющий вход объекта 1 управления.

Изменчивость статистических характеристик оценок второго идеального управления учитывается с помощью шестых блоков 81 адаптации, а изменчивость статистических характеристик корректировок второго управле- ния по отклонениям контролируемого первого возмущения — с помощью пятого блока 69 адаптации. Функционирование пятого 69 и шестых 81 блоков адап— тации осуществляется аналогично выражениям (6) и (7).

Изменчивость характеристик объекта 1 управления по отношению к первому и второму контролируемым возмущениям учитывается с помощью третьего 74 и четвертого 65 блоков адаптации. Функционирование этих блоков адаптации описывается аналогично выражениям (8) и (9).

Применение предлагаемой адаптивной системы прогнозирующего регулирования на доменных печах позволит (по результатам имитационного моделйрования) получить экономический эффект порядка 300 тыс.руб. в год на одну доменную печь большого объема за счет увеличения ее производительности на 1Х, экономии удельного расхода кокса на 3 кг на тонну чугуна, повьппения степени стабилизации химсостава чугуна на 20Х, 1174901

Составитель А.Лащев

Редактор Л. Гратилло Техред Т.Дубинчак Корректор С,Шекмар

Заказ 5185/49 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,,Ж-35, РаушсИЙя наб., д, 4/5

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