Самонастраивающаяся система

 

Изобретение относится к энергетической , химической и пищевой промышленности и может -найти применение, при управлении объектами, например молотковьми дробилками. Осуществляется компенсация влияния изменения величин коэффициента передачи и времени запаздывания за счет изменения коэффициента передачи и времени запаздывания модели объекта регулирования, включенной в обратную связь основного контура регулирования системы.. Она состоит из блока, умножения, инерционного блока и первого блока запаздывания , В системе выходной сигнал .задатчика через сумматор, регулирующий блок и исполнительный механизм воздействует на объект регулирования . .и поступает на один из входов блока умножения. Выходной сигнал объекта поступает на второй вход сумматора. Выходной сигнал блока умножения через инерционное звено поступает на третий вход сумматора и информационный вход первого блока запаздыванияi Выходной сигнал последнего пос тупает на четвертый вход сумматора и на информационный вход второго блока запаздывания . Коэффициент передачи модели изменяется путем подачи на второй вход блока умножения выходного сигнала второго блока параметрической обратной связи, на ,входы которого поступают выходные сигналы первого блока запаздывания и объекта регулирования . Время запаздьшания. МО-- дели изменяется за счет подачи на управляющие входы первого и второго блоков запаздьюания выходного,сигнала первого блока параметрической ратной связи, на входы которого подаются выходные сигналы второго блока запаздывания, объекта регулирования и инерционного звена. 1 з.п. ф-лы, З.ил. с (О (Л С гз 4 СО lie

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.80„„1241192 (я) 4 С 05 В 13/02

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3821296/24-24 (22) 06.12.84 (46) 30.06.86. Бюл. № 24 (71) Одесский технологический институт пищевой промьппленности им. M.В.Ломоносова (72) В.А.Хобин и А.Г.Плеве (53) 62-50(088.8) (56), Авторское свидетельство СССР № 301689, кл. G 05 В 17/00, 1969.

Авторское свидетельство СССР № 579597, кл. G 05 В 13/02, 1976.

Авторское свидетельство СССР

¹ 830295, кл. G 05 В 11/01, 1979. (54) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к энергетической, химической и пищевой промьпцленности и может -найти применение при управлении объектами, например молотковыми дробилками. Осуществляется компенсация влияния изменения величин коэффициента передачи и времени запаздывания за счет изменения коэффициента передачи и времени запаздывания модели объекта регулирования, включенной в обратную связь основно го контура регулирования системы.. Она состоит из блока. умножения, инерционного блока и первого блока запаздывания. В системе выходной сигнал задатчика через сумматор, регулирующий блок и исполнительный механизм во действует на объект регулирования и поступает на один из входов блока умножения. Выходной сигнал объекта поступает на второй вход сумматора.

Выходной сигнал блока умножения через инерционное звено поступает на третий вход сумматора и информационный вход первого блока запаздывания.

Выходной сигнал последнего поступает на четвертый вход сумматора и на информационный вход второго блока запаздывания. Коэффициент передачи модели изменяется путем подачи на второй вход блока умножения выходного сигнала второго блока параметрической обратной связи, на,входы которого поступают выходные сигналы первого блока запаздывания и объекта регулирования. Время запаздывания.мо дели изменяется эа счет подачи на управляющие входы первого и второго блоков запаздывания выходного сигнала первого блока параметрической обратной связи, на входы которого подаются выходные сигналы второго блока запаздывания, объекта регулирования и инерционного звена, 1 s.n. ф-лы, 3 ил.

124 i 192

;hT а К вЂ” смешение времени сдвига.и взаимокорреляционной функции.

В,состав первого блока параметрической обратной связи входят первый . и второй элементы умножения 10 и 11, суммирующий элемент 12, инерционный элемент 13, интегрирующий элемент 14..

В состав второго блока параметрической обратной связи входят первый

10 и второй детекторы 16 и 17, суммирующий элемент 18, инерционный элемент

19 .и интегрирующий элемент 20. В качестве детекторов 16, 17 используются квадратичные детекторы, 15 Система работает следующим образом.

На выходе задатчика 21 формируется сигнал задания x(t) — в общем случае стационарный центрированный слу-, чайный процесс. На выходе сумматора

20 4 формируется сигнал ошибки . (с)» преобразуя который регулирующий блок

1 совместно с исполнительным механизмом 2 формирует управляющее воздействие U(t). Управляющее, воздействие

U(t) поступает на вход объекта регулирования 3, описываемого передаточной функцией где К (й), "o(t) — коэффициент передачи и время за-. паздывания объекта регулирования

3» — коэффициенты ха. рактеристического уравнения объекта регулирования 3, — оператор Лапласа, объекта с передаПри этом приняты следующие обозначения: установленное значение 26 коэффициента передачи К,(t) объекта регулирования 3; установленное значение 27 времени запаздывания to(t) объекта регулирования 3; графики переходных процессов 28, 29 настройки коэффициента передачи R„ (A„) и времени запаздывания 1, (Az) модели объекта регулирования, х — выходной сигнал задатчика 21, у — выходной сигнал объекта регулирования 3;. g— выходной сигнал инерционного блока

5; z — - выходной сигнал первого блока запаздывания 6; q -- выходной сигнал второго блока запаздывания 8; U —управляющее воздействие или .выходной сигнал исполнительного механизма 2,, — выходные сигналы соответственно второго и первого блоков параметрической обратной связи; R — - кор- . реляционная функция; — временной сдвигу К,, — коэффициент усиления и время запаздывания объекта регулиC рования 3, К, м — коэффициент усиления и время запаздывания модели, 35

P и на вход модели точной функцией н

45 w (p) = w„(p) уз (p) (2) и где W„(p), W (p) — передаточные .функции инерционной и запаздывающей час50 тей модели объекта регулирования.

Изобретение относится к энергетической, химической и пищевой промышленности и может найти широкое,при-. менение при управлении. технологическими процессамй и машинами.

Цель изобретения — повышение показателей качества регулирования системы.

На фиг. 1 представлена структурная схема системы; на фиг. 2 — графики, поясняющие принцип действия первого блока параметрической обратгой, связи, на фиг. 3 — графики, пояс-няющие принцип действия второго блока параметрической обратной связи.

Самонастраивающаяся система ñîäåpжит регулирующий блок 1, исполнительный механизм 2, объект регулирования

3, сумматор 4, инерционный блок 5, первый блок запаздывания 6, блок умножения 7, второй блок запаздывания

8, первый блок параметрической обра;гной связи 9, первый и второй элементы умножения 10 и 11, суммирующий элемент 12, инерционный элемент 13, интегрирующий- элемент 14, второй блок параметрической обратной связи

15„ первый и второй детекторы 16 и

17, суммирующий элемент 18, инерционный элемент 19, интегрирующий элемент 20, задатчик 21 графики взаимокорреляционных функций 22-25.

Модель объекта с изменяемым коэф55 фициентом передачи Кь,(Л ) и временем запаздыванияг 1(ltz) образована последовательно соединенными блоком умножения 7, определяющим коэффициент пе.редачи К (7 ) модели, инерционным

1241192 блоком 5 и-го порядка с передаточной функцией

W„(y) =(К„<Д,)((( (ам„р + 1) (3) 5 где К (Pq) - коэффициент передачи моИ дели объекта регулирования, а — коэффициенты характерисМ(10 тического уравнения модели объекта регулирования;

Д„ — выходной сигнал второго блока параметрической обратной .связи 15, 15 и первым блоком запаздывания 6 с передаточной функцией „ (р) а м Яс) (4)

20 где (, (л ) — время запаздывания моде-. ли объекта регулирова.. ния, — выходной сигнал первого г блока параметрической

25 обратной связи 9; р — оператор Лапласа; е — основание натурального логарифма., Если W (p) = W (p), т.е. К (t)

= Ки Л4 у (5) L<)(t) - Гм ()4)

= а „, то ошибка регулирования ((р) = U(p) Wo(p2 — W„(p) + W>(p)BB

U(P) (К„(l)(() (ам + 1))

- 6) З5 определяется только свойствами .инерционного блока. 5 и не зависит от запаздывания в объекте регулирования 3..

Благодаря исключению времени за( паздывания Lq)(t) иэ замкнутого кон- 40 тура управления увеличивается устойчивость и качество переходных процессов в системе. Однако, если параметры К (t) и Г (й) нестационарны, то условие (5) в общем случае не вы- 45 полняется и выражение (6) оказывается неверным. Блоки параметрической обратной связи 9 и 15 предназначены для настройки параметров соответст венно (.м(Я ) и К„„(,,) при изменении 50 во времени параметров 1.,(t) и .К„(й) .

Принцип работы, первого блока параметрической обратной связи поясняется графиками, приведенными на фиг.2, Так как х(). — стационарный цент- 55 рированный случайный сигнал, то и

y(t), g(t), q(t) выходные сигналы объекта регулирования 3, инерционного блока 5 и второго блока запаздывания 8 также стационарные центрированные случайные сигналы со взаимокорреляционными функциями

y(t) и(t- ))(7) у(с) Ч(с -)")), (8) кю.(() = м(RBq($5 - м(где M †.символ операции математического ожидания, К= временной сдвиг.

Если передаточная функция инерционного блока 5 соответствует передаточной функции инерционной части объекта регулирования 3, то графики. функций Куо(5 и Куб(Д имеют вид симметричных кривых, максимумы которых имеют координаты соответственно

f а8 тах(р,рй()")) -+o&) (а(- ) р "E((.„()-))К„(),) 7,(,, и при со(с) = tB1(7(B) раиипудапеиы BT точки 1 = О. Графики функций КуЗ (P

H Куо((3 при .ф(с) = {kа ) имеют вид кривых соответственно . 22 и 23 на фиг. 2. При ) = О, КЧ(о ф Куо ф - =

= О. Если(о(й) изменится (например, увеличится) на к8 1, то максимумы функций К цБ(), Rgq (f) соответственно сместятся на Д: и функции Кцо, Ry5 будут иметь вид кривых соответственно 24 и 25 на фиг. 2, т.е. в точке (= О значения функций отличаются друг от друга на величину

BR((B(t)- „()($J =kBo(o) Ь1)(а) (g)

Следовательно, величина дК характеризует отклонение времени запаздывания . (Я ) модели объекта регулирования от времени запаздывания ((С) объекта регулирования 3 и может быть использована для настройки времени запазды-. вания Lw (ЛД модели объекта регулиC рования при изменении времени запаздывания (.о() объекта регулирования 3.

Первый блок параметрической обратной связи 9 работает следующим образом. Первый и второй элементы умножения 10 и 11 вычисляют соответственно произведения сигналов y(t)g(t) и

y{t)q(t). Так как сигналы y(t) g(t)

q{t) — стационарны, то

B R = м(у(с)8(с)) — м(у(с)ч<с))м (у(с)8(с) — у(с)ч(с)) . (10)

Разность y(t)g(t) - y(t)q(t) Формиру ется на выходе суммирующего элемента

1241192

S

12, а оценка математического ожйдания ва интервале осреднения Т + вычисляется инерционным элементом 13 с передаточной функцией

M 3(P) — Т ир где Т вЂ” постоянная времени инер43 ционного элемента 13.

Величина Т,) выбирается в диапазоне

Т, = 5 .. . 10д-, где — частота

1 среза системы.

Вычисленная на выходе инеРционного элемента t3 оценка сигнала hR интегрируется интегрирующим элементом 14; Сигнал с выхода интегрирующего элемента 14 поступает на управляющие входы блоков запаздывания 20

6 и 8. Запаздывание .,„ (Д ) изменяется до тех пор, пока сигнал А К не, станет равным нулю. При этом согласно (7), (8) и фиг ° 2 (-м (б4) = )-ку(к) ° для настройки коэффициента переда- 25 чи К (3„), при изменении коэффициен- та передачи K (t) объекта регулирования 3, предназначен второй блок .параметрической обратной связи (15), который работает следующим образом.

Сигнал y(t) с выхода объекта регу-, лирования 3 и сигнал .z(t) с выхода первого блока запаздывания 6 возводятся в. квадрат квадратичными детек- З5 торами 16, 17. Выходные сигналы детекторов 16, 17 поступают на входы суммирующего элемента 18, который вычисляет их разность. Выходной сигнал суммирующего элемента 18 поступа-4О ет на вход инерционного элемента 19 с.передатрчной функцией

W„(D) - —, 1

Т р+1 гЯ где Т . — постоянная времени инер4Я ционного элемента 19.

На выходе инерционного, элемента ,19 формируется сигнал аР разности дисперсий сигналов y(t) и z(t) в со.ответствии с выражениями

DÄ = M(y (t) D, = Mjz(t)), (11)

ЙЭ Эз Dz — M(.у (t) 5 ,5 . — N(zt (t)) .= М(у (t) — ta (t)) .(12;

Оценка математического ожидания . вычисляется инерционным элементом

i9 на интервале осреднения T„» который выбирается

Т„= 5...10 где(Д . — частота среза системы.

Сигнал nD пропорционален разности коэффициентов передачи объекта регулирования 3 и его.модели Ko(t) — Kz(il4), что следует из следующих выражений:.

<, р 4

D2 - «$lD.(1,)))* sa())4), (1з)

D - « ()И„(Ц)) * s1)(a))4z, .(14) о где Wo(jd), W„(q Q) — передаточные функции объекта

Регулирования 3 и его модели в частотной области;

sH((7()) — функция спект ральной плотности управляющего воздействия и().

Так как статические коэффициенты передачи К(), Км не зависят от частоты d а чистое запаздывание в блоке запаздывания 6 не влияет на величину дисперсии сигнала на его выходе, то выражения (13), (1.4) можно переписать в виде оц = к )Щ(к .. 1)) l ки(и))к) (15) 17* - «*„«ф)1 (к„„+ 1)) I Da())à 4) о =1 (16) т.е. при >ei, =, а)1. будем иметь

a D =. Dg — Dr. (К вЂ” «1,7 l I gg (к4+

+ 1)) (Кц ()) «44 ° (17)

Сигнал Ь0 интегрируется интегрирующим элементом 20 и, воздействуя на второй вход блока умножения 7, изменяет коэффициент передачи модели объекта регулирования до тех пор, пока сигнал dD не станет равным О, При этом в соответствии с (12) и (17) К„(Д) = К (е).

Постоянные времени интегрирования интегрирующих элементов 14 и 20 определяют скорость настройки времени запаздывания Lg и коэффициента пере( дачи К 4 модели объекта регулирования, 1241192

Из соображений устойчивости, процесса настройки коэффициента передачи . К модели объекта. регулирования, постоянную времени Т р интегрирующего элемента 20 следует выбирать из условия Тзо = (4-. 5)х Я, где с( оценка .среднего значения времени запаздывания Lo объекта регулирования с

3. Оценку ф можно принять равной максимально возможному значению („„,, с из всего диапазона изменения времени запаздывания Ч (й) объекта регулирования 3.

Величина сигнала дР (см. 17) ока15 зывает влияние на процесс настройки времени: запаздывания Ь модели объекта регулирования. При д0 ф О, Ю оценка аК (см. 10) зависит не толька от разности%p(t) — 4.,(3 ), но и от величины оценки сигнала Ь0. Один .из возможных путей уменьшения этого влияния состоит в выборе постоянной времени Т,14 интегрирующего элемента

14 по величине, в 3-5 раз большей величины постоянной времени Тщ интегрирующего элемента 20. При этом процесс настройки коэффициента .передачи К> модели объекта регулирования заканчивается раньше процесса наст30 ройки времени запаздывания 7 модели объекта регулирования и не оказывает на него влияния.

Графики переходных процессов в блоках параметрической обратной связи 9 и 15, полученные путем моделирования на ЭВМ М-6000, при указанных соотношениях постоянных времени интегрирующих элементов 14 и 20 и инерционных элементов. 13, 19 показаны на фиг. 3, где: 2b — установленное значение Kz(t); 27 — установленное зна..чение Г (t);28 — график переходного процесСа настройки К,„, 29 — график переходного процесса настройки Ф1.

Данная система была исследована путем моделирования на ЭВМ. Результа-. ты моделирования (см. фиг. 3) показывают достаточно высокие быстродейст« вие и точность процессов:настройки

КмО ) и L (A )n., вследствие этого, высокое качество управления, обеспечиваемое системой при изменяющихся во времени К () и Ьо(С).

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 55

1. Самонастраивающаяся система,содержащая последовательно соединенные инерционный блок, первый блок запаздывания, сумматор, регулирующий блок, исполнительный механизм и объект регулирования, подключенный выходом к второму входу сумматора, соединенного третьим входом с выходом задатчика, а четвертым входом — с выходом инерционного блока, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повышения показателей качества регулирования- системы, в ней дополнительно установлены блок умножения, первый и второй блоки параметрической обратной связи.и второй блок запаздывания, соединенный управляющим входом с выходом первого блока параметрической обратной связи и с управляющим входом первого блока запаздывания, информационным входом — с выходом первого блока запаздывания и с первым входом второго блока параметрической обратной связи, а выходом — с первым входом первого блока параметрической обратной связи, подключенного вторым входом к выходу инерционного блока, а третьим входом — к выходу .объекта. регулирования и к второму входу второгр блока параметрической обратной связи, соединенного выходом с первым входом блока умножения, подключенного вторым входом к выходу исполнительного механизма, а выходом — к входу инерционного блока.

2. Система по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что первый блок параметрической обратной связи содержит первый и второй элементы умножения, соединенные первыми входами между собой, а выходами — с первым и вторым входами суммирующего элемента, подключенного выходом через йнерционный элемент к входу интегрирующего элемента, причем вторые входы первого и второго элемента умножения, первый вход первого элемента умножения и выход интегрирующего элемента являются соответственно первым, вторым, третьим входами и выходом первого блока параметрической обратной связи, 3. Система по п. 1, о т л и ч а ющ а я с.я тем, что второй блок па,раметрической обратной связи содержит первый и второй детекторы, соединенные с первым и вторым входами суммирующего элемента, подключенного выходом через инерционный элемент к входу интегрирующего элемента, при1241192

10 чем входы второго и первого детекторов .и выход интегрирующего элемента являются соответственно первым и вторым входами и выходом второ— го .блока параметрической обратной связи

1241192

Составитель Ю.Гладков

ТехредЛ.Олейник Корректор Л.Пилипенко

Редактор M.Áàíäóðà

Тираж 836 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3487/42

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4