Самонастраивающаяся система для регулирования объектов с запаздыванием

 

Изобретение относится к автоматике и может использоваться в системах регулирования объектов с нестационарным запаздыванием с широким изменением обобщенных параметров регулируемого процесса и возмущающих воздействий. Включение эталонной модели в систему управления делает возможным перестройку системы управления объектом при быстрых изменениях возмущающих воздействий. Повыщение точности регулирования объектов с запаздыванием достигается путем введения второго блока сравнения и блока регулирования времени задержки. Это обеспечивает установление времени задержки в системе, равного фактической длительности переходного процесса на объекте, а также возможность выработки адекватных управляющих воздействия при высокой частоте изменений состояний объекта, не допускающих выхода объекта регулирования за границы его устойчивости. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (О (Л IN:) оо 05 4 ГчЭ ГО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1236422 Д1 (ц 4 G 05 В 15 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2I) 3786862/24-24 (22) 01.09.84 (46) 07.06.86. Бюл. № 21 (72) Ю. И. Дубров, А. Н. Вахнин, В. К. Тарханов и Г. Ф. Назаренко (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 301689, кл. G 05 В 17/00, Авторское свидетельство СССР № 634235, кл. G 05 В 15/00. (54) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ (57) Изобретение относится к автоматике и может использоваться в системах регулирования объектов с нестационарным запаздыванием с широким изменением обобщенных параметров регулируемого процесса и возмущающих воздействий. Включение эталонной модели в систему управления делает возможным перестройку системы управления объектом при быстрых изменениях возмущающих воздействий. Повышение точности регулирования объектов с запаздыванием достигается путем введения второго блока сравнения и блока регулирования времени задержки. Это обеспечивает установление времени задержки в системе, равного фактической длительности переходного процесса на объекте, а также возможность выработки адекватных управляющих воздействия при высокой частоте изменений состояний объекта, не допускающих выхода объекта регулирования за границы его устойчивости. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1236422

Изобретение относится к автоматике и может использоваться в системах регулирования объектов с нестационарным запаздыванием, с широким диапазоном изменения обобщенных параметров регулируемого процесса и возмущающих воздействий.

Цель изобретения — повышение точности регулирования и расширение области применения самонастраивающейся системы для регулирования объектов с запаздыванием за счет обеспечения временной коррекции на управляющее воздействие путем учета скорости изменения сигналов на выходе объекта и формирования величины управляющего воздействия, пропорционального сумме сигналов, различных по знаку и выработанных для прошедшего текущего моментов времени.

На фиг. 1 приведена блок-схема системы; на фиг. 2 — блок-схема блока регулирования времени задержки, вариант; на фиг. 3 -- графики изменения сигналов системы регулирования, иллюстрирующие работу предлагаемой и известной систем.

Система содержит эталонную модель 1, обьект 2 регулирования, блок 3 задержки, блок 4 регулирования времени задержки. первый блок 5 сравнения, второй блок 6 сравнения, первый умножитель 7, первый усилитель 8, первый интегратор 9, второй умножитель 10, третий умножитель 11, второй усилитель 12, второй интегратор 13, четвертый умножитель 14, сумматор 15.

Блок 4 регулирования времени задержЗО ки включает в себя блок 16 дифференцирования, первый вентиль 17, первый пороговый элемент 18, инвертор 19, второй вентиль 20, второй пороговый элемент 21, задатчик 22, блок 23 сравнения, усилитель 24, третий пороговый элемент 25, третий вентиль

26.

Система работает следующим образом.

На вход эталонной модели 1 поступает значение внешнего воздействия f(t). Выходной сигнал эталонной модели 1 х-- (t), пред- 40 ставляющий собой прогнозное значение выходного сигнала объекта 2 после осуществления внешнего воздействия у(t), поступает на первый вход первого блока 5 сравнения и на вход блока 3 задержки. Поскольку блок 3 задержки сдвигает сигнал во времени на величину т, определенную в блоке

4 регулирования времени задержки, на первый вход второго блока 6 сравнения в момент времени поступает значение выходного сигнала эталонной модели 1 х (t т), выработанное в момент времени (t — т). Значение х (t — т) представляет собой прогнозное значение выходного сигнала объекта

2 после осу ществления внешнего воздействия f(t — т), т.е. значение выходного сигнала объекта 2 в момент времени t xnan(t).

В первом и втором блоках 5 и 6 сравнения выработанные эталонной моделью 1 сигналы хэч.п) к аозт (t — т) соответственно сравнива ются со значением выходного сигнала объекта 2 х. (t), поступающего на вторые входы данных блоков.

Выходной сигнал первого блока 5 сравнеHHB вида 8i (t) = х (t) — х . (t) поступает на подключенную к выходу данного блока цепочку элементов 7 — 10, где вырабатывается управляющий сигнал для регулирования объекта при внешнем воздействии 3 (t)

Выход первого умножителя 7, равный

xoa (t) ei (t), поступает на первый усилитель

8, на выходе которого получается сигнал (— g<)xx(t) s>(t). Первый интегратор 9 интегрирует уравнение

<(t) = —, xi

Выходной сигнал второго блока 6 сравнения вида q, (t — a) = х к (t) — х (t) поступает на подключенную к выходу данного бло ка цепочку элементов 11 — 14, где вырабатывается управляющий сигнал для корректировки управляющего воздействия U (tI ), выработанного системой в момент времени (t — z). Выход третьего умножителя 11, равный x (t) а, (t — z), поступает на второй усилитель 12, выходной сигнал которого равен (— у,) Х,Г (t),((— г). Второй интегра тор 13 интегрирует уравнение. ! з (t — т) == — у хоб (t) ° ер(t — т), Р (О) =0 и его выходной сигнал р(! — т) умножается в четвертом умножителе 14 на хж (t).

Выходные сигналы второго и четвертого умножителей 10 и 14 поступают на входы сумматора 15, где вырабатывается управляющии сигнал как сумма сигналов со второго и четвертого умножителей U (t) = сй (t) -хоб. (t) + р (t — т) .хоб (t), который поступает на объект 2 регулирования.

Время задержки вырабатывается блоком

4 регулирования времени задержки следующим образом. Выходной сигнал объекта 2 регулирования поступает на блок 16 дифференцирования, на выходе которого образуется с xnan (t) первая производная at

Поскольку первая производная выходного сигнала объекта 2 характеризует скорость изменения данного сигнала, то ее нахождение в некоторой области свидетельствует о нахождении объекта 2 регулирования в стадии переходного процесса. Однако поскольку при переходном процессе выходной сигнал объекта 2 регулирования может как возрастать, так и убывать, первая производная может иметь как положительное, так и отрицательное значение.

В этой связи необходимо получение абсолютной величины первой производной. Это осуществляется элементами 17 — 21.

1236422

Если ) О, то первым пороговым мх.. (!)

Й элементом 18 вырабатывается сит ° ал, равный 1, который поступает на второй вход первого вентиля 17, в результате чего значЕниЕ с х.б (1) выработанное блоком 16

5 сб1 дифференцирования, поступает на первый вход блока 23 сравнения. Если (О

Сбхоб (1) оС 6 то первый пороговый элемент 18 вырабаты- 10 вает сигнал, равный О, в результате чего первый вентиль 17 на своем выходе сигнала не вырабатывает. Поступающий на инвертор 19 сигнал с хоб (t) 0 с(Л вторым пороговым элементом 21 вырабатывается сигнал, равный 1, который поступает на второй вход второго вентиля 20. В резульС Хобт. (t) тате этого сигнал ) О поступает на первый вход блока 23 сравнения.

dxoc (t)

В случае, если ) (), преобразоббХоб. (t) ванный инвертором 19 сигнал (О сб С не проходит через второй вентиль 20. Таким образом, на первый вход блока 23 сравнения

Хоc (t) ?5 всегда поступает сигнал, равный сС 6

В задатчике 22 задано пороговое значение

1о 1 характеризующее наличие переходного процесса на объекте 2 регулирования. На второй вход блока 23 сравнения задатчиком

22 выставляется сигнал 6(0. Значение выходного сигнала (— - 6)0 свидетель б коб (t) о(. t ствует о наличии переходного процесса на объекте 2 регулирования. В этом случае вы. ходной сигнал усилителя 24, представляющий собой физический сигнал уз-(Я) сс хоб (t)1 35 управляющий временем задержки в блоке

3 задержки, проходит через открытый выходным сигналом третьего порогового элемента 25 третий вентиль 26. Таким образом, наличие сигнала на выходе третьего вентиля

26 свидетельсвует о том, что на объекте 2 регулирования идет переходной процесс. Таким образом, можно осуществлять регулирование задержки выходного сигнала эталонной модели 1 в блоке 3 задержки.

Неспособность известного устройства вырабатывать адекватные управляющие воздействия при относительно быстрых осцилляциях возмущающих воздействий устраняется введением второго блока сравнения и подключением блока задержки на выход 50 эталонной модели.

В этом случае предлагаемое устройство работает следующим образом. Работа устройства поясняется графиками, приведенными на фиг. 3. На графике а (фи. 3) сплошной линией показано монотонное изменение возмущающего воздействия на интервале времени (t — 2, t). В момент t зафиксировано значение возмущающего воздействия Сь

При этом состояние объекта характеризуется точкой С. на траектории движения объекта (график o). Выходной сигнал эталонной модели характеризуется точкой Cz на траектории движения модели (график в), а управляющее воздействие — точкой Сб (график г). В момент времени (t — т) (фиг. 3) на объект поступает возмущающее воздействие f(t — т). Эталонная модель вырабатывает сигнал х-- (t — т), который задерживается блоком задержки для использования при выработке управлющего воздействия в момент времени t. Допустим, х-- (t — т) (хоб. (t — т), х-. (t — 2т) ) х б (1 — т).

В этом случае на выходе элементов 5 и 6 сравнения соответственно появятся сигналы е (t — т)) О и ет(1 — 2т) О. В момент времени t возмущающее воздействие f(t) приняло такое значение, что х-" (t))X@t).

В этом случае е; (t) (О, вр(1 — т) ) О (фиг. 3) и будет выработано управляющее воздействие U (1) = — (t) х, (t) + P (t — т)К

X <»«(t)

Следовательно. ошибка управляющего воздействия. вырабатываемого в рассматриваемом случае известным устройством, составляет

Хрт= р(1 — т).х,c (t) — р(1).хоб (t — т) (1) т где р(t т) — выходной сигнал второго интегратора предлагаемого устройства;

8(t) — выходной сигнал второго интегратора известного устройства.

Как видно из уравнения (1) для предлагаемой системы в рассматриваемом случае данная ошибка Л = О. В случае отсутствия относительно быстрых изменений возмущающего воздействия система регулирования по известной системе ликвидирует эту ошибку за время 2т. В случае осцилляции возмущающих воздействий ошибка будет накапливаться, что приведет к нарушению устойчивости объекта, что исключается в предлагаемой системе.

Форлуяа изобретения

1. Самонастраивающаяся система для регулирования объектов с запаздыванием, содержащая эталонную модель, объект регулирования, блок задержки, блок сравнения, первый, второй, третий, четвертый умножители, первый и второй усилители, первый и второй интеграторы, сумматор, причем вход эталонной модели и первый вход объекта регулирования объединены, выход эталонной модели подключен к первому входу блока сравнения, выход которого подключен к первому входу первого умножителя, соединенного выходом с входом первого усилителя. выход которого подключен к

1236422 входу первого интегратора, подключенного выходом к первому входу второго умножителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, к нторому входу которого подключен выход четвертого умножителя, к первому входу которого подключен выход второго интегратора, вход которого соединен с выходом второго усилителя, соединенного входом с выходом третьего умножителя, выход сумматора подключен на второй вход объекта регулирования, выход которого подключен к вторым входам блока сравнения, первого и второго умножителей, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности регулирования и расширения области применения за счет обеспечения временной коррекции на управляющее воздействие путем учета скорости изменения сигналов на выходе объекта и формирования величины управляющего воздействия, пропор ционального сумме сигналов различных по знаку и выработанных для прошедшего и текущего моментов времени, н нее введены блок регулирования времени задержки и второй блок сравнения, причем выход эталонной модели подключен к первому входу блока задержки, второй вход которого соединен с выходом блока регулирования времени задержки, а выход блока задержки подключен к первому входу второго блока сравнения, выход которого подключен к перному входу третьего умножителя, а выход объекта подключен, к входу блока регулирования времени задержки и к вторым входам второго блока сравнения, третьего и четвертого умножителей.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок регулирования времени задержки содержит блок дифференцирования, первый, второй, третий вентили, первый, второй и третий пороговые элементы, инвертор, за10 датчик, блок сравнения и усилитель, причем нход блока дифференцирования подключен к выходу об ьекта регулирования, выход блока дифференцирования подключен к первому входу первого вентиля, входам первого порогового элемента и инвертора, выход первого порогового элемента подключен к второму входу первого вентиля, а выход инвертора подключен к первому входу второго вентиля и входу второго порогового элемента, выход которого подключен к второму входу второго вентиля, выход которого и выход первого вентиля подключены к первому входу блока сравнения, на второй вход которого подклк чен задатчик, а выход блока сравнения подключен к входам усилителя н третьего порогового элемента, выходы

25 которых соответственно подключены на первый и второй входы третьего вентиля, выход которого представляет собой выходы блока регулирования времени задержки.

1236422

6 „(ы

S r(t)

А/() -) и® и(ы ) г Г

1-l

Составитель В. Королев

Редактор Н. Тупица Техред И. Верес Корректор А. Тяско

Заказ 3088/49 Тираж 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4