Способ и система адаптивного управления загрузкой дробилки

 

1, Способ адаптивного управления . загрузкой дробилки, включающий измерение тока нагрузки электропривода дробилки, ее производительности , стабилизацию тока нагрузки электропривода с помощью регулятора нагрузки путем изменения расхода материала в дробилку в зависимости от установленного задания и степени загрузки дробилки и экстремальное регулирование производительности дробилки с помощью экстремального регулятора путем изменения установленного задания при изменении расхода материала в дробилку, о тличающийся тем, что, с целью повьщ1ения качества управления , до стабилизации тока нагрузки электропривода задающее воздействие регулятора нагрузки поддерживается равным текущему значению тока нагрузки электропривода, а после начала стабилизации тока нагрузки электропривода измеряют положение исполнительного механизма питателя дробилки и вычисляют прогнозирующее значение тока нагрузки электропривода с помощью прогнозирующей модели , вычисляют дисперсию колебаний тока нагрузки электропривода и дисперсию колебаний выхода прогнозиру ющей модели, задающее воздействие регулятора нагрузки плавно изменяют от начального значения,равного текущему значению тока нагрузки, до установленного задания тока нагрузки и осуществляют изменение коэффициентов передачи прогнозирующей модели и регулятора нагрузки до установления равенства между вычисленными дисперсиями колебаний тока нагрузки электропривода и выхода прогнозирующей модели. 2. Система адаптивного управления загрузкой дробилки, содержащая последовательно соединенные регулятор г нагрузки, исполнительный механизм питателя дробилки, датчик токл электропривода дробилки, соединенный с первым входом первого элемента сравнения, последовательно соединенные датчик производительности и экстремальный регулятор, выход которого соединен с nepsbw входом блока селектирования, а также первый фильтр, первый блок определения дисперсии , блок определения дисперсии производной и вычислительньй блок, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества управления , она снабжена датчиком положения , блоком деления, вторым блоком определения дисперсии, вторым элементом сравнения, перекличателем, i kn ел У1 ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 В 02 С 25 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTI41 (21) 3866488/29-33 (22) !5.03.85 (46) 23.08.86. Бюл. 11 31 (71) Одесский технологический институт пищевой промьппленности им. М.В.Ломоносова (72) В.А.Хобин, А.Г.Плеве и В.М.Левинский (53) 621.926 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

II 527203, кл . В 02 С 25/00, 1971 °

Авторское свидетельство СССР !

189502, кл, В 02 С 25/00, !984. (54) СПОСОБ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ЗАГРУЗКОЙ ДРОБИЛКИ И СИСТЕМА ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ адаптивного управления, загрузкой дробилки, вклочающий измерение тока нагрузки электропривода дробилки, ее производительности, стабилизацию тока нагрузки электропривода с помощью регулятора нагрузки путем изменения расхода материала в дробилку в зависимости от установленного задания и степени загрузки дробилки и экстремальное регулирование производительности дробилки с помощью экстремального регулятора путем изменения установленного задания при изменении расхода материала в дробилку, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества управления, до стабилизации тока нагрузки электропривода задающее воздействие регулятора нагрузки поддерживается равным текущему значению тока нагрузки электропривода, а после начала стабилизации тока нагрузки электропривода измеряют положение исполнительного механизма питателя дробилки и вычисляют прогнозирующее значение тока нагрузки электропривода с помощью прогнозирующей модели, вычисляют дисперсию колебаний тока нагрузки электропривода и дисперсию колебаний выхода прогнозиру ющей модели, задающее воздействие регулятора нагрузки плавно изменяют от начального значения, равного текущему значению тока нагрузки, до установленного задания тока нагрузки и осуществляют изменение коэффициентов передачи прогнозирующей модели и регулятора нагрузки до установления равенства между вычисленными дисперсиями колебаний тока нагрузки электропривода и выхода прогнозирующей модели.

2. Система адаптивного управления загрузкой дробилки, содержащая последовательно соединенные регулятор .-нагрузки, исполнительный механизм питателя дробилки, датчик тока электропривода дробилки, соединенный с первым входом первого элемента сравнения, последовательно соединенные датчик производительности и экстремальный регулятор, выход которого соединен с первым входом блока селектнровання, а также первый фильтр, первый блок определения дисперсии, блок определения дисперсии производной и вычислительный блок, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества управления, она снабжена датчиком положения, блоком деления, вторым блоком определения дисперсии, вторым элементом сравнения, переключателем, 1251952 иffт гратором, последовательно соедин ннлпчи нторлпч фильтром и блоком

< прелеления дисперсии, прогнозирующей моделью, состоящей из последовательно соединенных блока умножения, элемента сравнения, интегратора и блока запаздывания, и блоком формирования задающего воздействия, состоящим из последовательно соединенных элемента сравнения, переключателя и интегратора, причем вход датчика положения соединен с выходом исполнительного механизма питателя дробилки, а выход датчика положения соединен с первым входом блока умножения, который является первым входом прогнозирующей модели, выход интегратора, который является первым выходом прогнозирующей модели, соединен с соответствующим входом элемента сравнения этой модели и вторым входом первого элемента сравнения, выход блока запаздывания, который является вторым выходом прогнозирующей модели, соединен с третьим входом первого элемента сравнения и входом второго фильтра, выход датчика тока соединен с входом первого фильтра, выход которого соединен с входом первого блока определения дисперсии и с входом блока определения производной дисперсии, выход которого подключен к первому входу вычислительного блока, выход которого соединен с вторым входом блока сеИзобретение относится к области измельчения материалов и может быть использовано в горнорудной, комбикормовой и других отраслях, на предприятиях с высоким уровнем автоматизации, 5 работающих по принципу гибкой безлюдной технологии.

Цель изобретения — повыпение качества управления.

Дробилка, как объект управления, характеризуется значительной нестаиионарностью коэффициента передачи у = dI„(dP )!дС = пт„(И„)/дС, . ар«снще о как от вида псрерабатынаемого сырья, танк и от рабочей нагрузки лектирования, выход блока селектирования подключен к первому входу элемента сравнения, который является первым входом блока формирования задающего воздействия, выход интегратора, который является выходом блока формирования задающего воздействия, соединен с вторым входом элемента сравнения этого блока и с четвертым входом первого элемента сравнения, выход которого соединен с первым входом блока деления и с одним из входов переключателя, который является вторым входом блока формирования задающего воздействия, другой вход этого переключателя, который является третьим входом блока формирования задающего воздействия, подключен к первому входу переключателя, второй вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения, один из входов которого соединен с выходом второго блока определения дисперсии, второй вход второго элемента сравнения соединен с выходом первого блока определения дисперсии и с вторым входом вычислительного блока, выход переключателя через интегратор соединен с вторым входом блока деления и с вторым входом блока умножения, который является вторым входом прогнозирующей модели, а выход блока деления подключен к входу регулятора нагрузки. (точки на конкретной статической характеристике).

Основной особенностью динамики дробилки как объекта управления является наличие запаздывания в управлении, обусловленное конечной скоростью поступления сырья в дробилку и ее емкостью. Таким образом, для целей управления, дробилка достаточно хорошо описывается динамическим звеном первого порядка с запаздыванием, например, вида

ko - о (P) = — — — —.е о Т Р+1 о

1251952

"о

R; постоянная времени (мера инерционности); время запаздывания; вид перерабатываемого сырья (рецепт комбикорма);

5 основание натурального логарифма; оператор Лапласа, 45

Коэффициент передачи Ко изменяется в процессе работь1 дробилки в диапазоне 1 — 10 (А/Х х.р.о,), где 7 х.р,о. — степень открытия питателя (регулирующеор ана), Функци- 15 онально связанная с производительностью величина. Время запаздывания с и инерционность Т также нестационарны, но их отношение о /T, меняется незначительно и не 2О стационарностью дробилки по

Т можно пренебречь. о

Заранее учесть изменение Ко при изменении вида перерабатываемого сырья и степени загрузки дробилки практически не представляется возможным. Например, в комбикормовой промьппленности это обусловлено широкой номенклатурой перерабатываемого сырья и смесей (рецептов комбикорма), причем существует устойчивая тенден-. ция к расширению этой номенклатуры, а также из-за значительных колебаний физико-механических свойств отдельных компонентов в составе рецепта комбикорма. 35

Основными особенностями эксплуатации дробилок на комбикормовых предприятиях являются частая смена видов (рецептов) перерабатываемого сырья и относительно малое время ее непрерывной работы под нагрузкой.

Так, например, при работе дробилок в составе линии смесеприготовления (прогрессивная технология, реализуемая на модернизируемых и вновь строящихся комбикормовых заводах), на дробление поступают компоненты и смеси, входящие в рецепт, а при смене компонентов дробилка зачастую некоторое время работает на холостом о ходу.

Рассмотренные особенности молотковой дробилки как объекта управления и особенности ее эксплуатации ограничивают воэможности использования Ы известных способов управления дробилкой в условиях безлюдной технологии современного высокоавтоматиэированного производства. Ограничения вызваны тем, что известные способы не обеспечивают автоматический вы вод дробилки с холостого хода на номинальную нагрузку и не обеспечивэет высокого качества стабилизации заданной нагрузки, при изменении коэффициента передачи К . Низкое качество стабилизации заданной нагрузки приводит к росту дисперсии колебаний регулируемого параметра

Ун (Рн), что способствует возникновению аварийных ситуаций иэ-за превышения допустимых значений тока нагрузки электродвигателя и вынуждает снижать производительность дробилки.

Согласно способу адаптивного управления загрузкой дробилки до включения автоматического режима управления задающее воздействие поддерживается равным текущему значению тока нагрузки электропривода, после включения автоматического режима управления, задающее воздействие плавно изменяется от начального значения, равного текущему значению тока нагрузки электропривода, к установленному значению заданного тока нагрузки, при этом определяется дисперсия колебаний тока нагрузки электропривода, дисперсия колебаний выхода прогнозирующей модели и разность этих дисперсий, коэффициент передачи прогнозирующей модели и регулятора нагрузки плавно изменяется до тех пор, пока разность дисперсий тока нагрузки и выхода прогноэирующей модели не станет равной нулю, равенство дисперсий колебаний тока нагрузки и выхода прогнозирующей модели поддерживается в процессе работы дробилки изменением коэффициентов передачи прогноэирующей модели и регулятора нагрузки.

На чертеже приведена структурная схема системы.

Система содержит регулятор 1 нагрузки, исполнительный механизм 2, питатель 3 дробилку 4, электропривод 5, датчик 6 тока, первый элемент

7 сравнения, датчик 8 производительности, экстремальный регулятор 9, блок 10 селектирования, вычислительный блок ll блок 12 определения дисперсии, блок 13 определения дисперсии производной, фильтры 14 и 15, 21, блок 22 запаздывания, блок 23 деления, блок 24 формирования задающего воздействия, элемент 25 сравнения, переключатель 26, интегратор

27, элемент 28 сравнения, переключате:ь 29, интегратор 30.

Для автоматического вывода дробилки с холостого хода на заданную нагрузку необходимо обеспечить плавное, без колебательности и превышений граничного значения нарастание тока нагрузки электропривода от тока холостого хода до номинального (заданного), Задача эта осложняется наличием запаздывания с в дробилке и нелинейностью ее статической характеристики — зависимостью коэффициента передачи К от степени загрузки дробилки. Запаздывание, проявляется в том, что изменение управляющего воздействия U вызывает

15

25 изменение тока нагрузки 3 не сразу, а спустя определенное время запаздывания, т.е. приложенное в данный момент управления U через время с„ может оказаться неадекватным процессом в системе. При эначеииях

К К (К вЂ” коэффициент передачи регулятора нагрузки) больше некоторого критического, качество управления ухудшается вплоть до потери устойчивости системы управления.

Ситуация эта может иметь место

35 вследствии изменения К как в процессе вывода дробилки на заданную нагрузку, так и при изменении вида перерабатываемого сырья. Для преодоления укаэанных трудностей при выводе дробилки с холостого хода на заданную нагрузку задающее воздействие изменяется по экспоненциальному эа- 45 кону, постоянная времени экспоненты

S 1251 блок 16 определения дисперсии, датчик 17 положения, прогноэирующую модель 18, блок 19 умножения, второй элемент 20 сравнения, интегратор

952 Ь тимальное значение К вЂ” К . Как при выводе дробилки на заданную нагрузку ак и при стабилизации заданной нагрузки применение настраиваемой прогнозирующей модели позволяет значительно уменьшить дисперсию колебаний тока нагрузки, что позволяет повысить производительность дробилки и уменьшить вероятность выхода то" ка нагрузки за установленные допуски.

Элементы системы взаимодействуют следующим образом.

До включения автоматического реI жима управления (переключатели 26 и 29 находятся в положении,: показанном на фиг.1) дробилка работает на холостом ходу, при этом интегратор 27 охватывается отрицательной обратной связью через элемент 7 сравнения. Благодаря действию глубокой отрицательной обратной связи ошибка регулирования Е поддерживается равной нулю, а сигнал с выхода блока 24 формирования задающего воздействия поддерживается равным (отслеживает) сигналу I„ с датчика

6 тока электродвигателя.

Так как до включения автоматического режима управления исполнительный механизм 2 не перемещается, то сигнал с выхода датчика 17 положения не изменяется, при этом сигналы I„ и I равны друг другу и взаимно компенсируются на элементе 7 сравнения, Вход интегратора 30 отключен переключателем 29 и сигнал А с выхода интегратора не изменяется.

Таким образом, предотвращается появление паразитных переходных процессов, вызванных несогласованностью начальных состояний элементов системы соответственно больших отклонений тока I от заданного значения, при включении автоматического режима управления (обеспечивается безударность включения). выбирается равной (2 - 3) ° что обеспечивает приемлемое время вывода дробилки на заданную нагрузку.

Применение прогнозирующей модели позволяет оценить изменение тока нагрузки электропривода под действием управления на интервале о о и компенсировать запаздывание Т в эамкнуо том контур" управления. Кроме того, прогнозирующая модель используется для адаптации системы при изменении

К„, что позволяет поддерживать оп50

При исключении автоматического режима управления (переключателя

26 и 29 переключаются в состояние противоположное, показанному на фиг.1) цепь обратной связи, охватывающая интегратор 27 через элемент 7 сравнения, размыкается и

55 смыкается цепь обратной связи че. рез элемент 25 сравнения. При этом блок 24 формирования задающего воздействия имеет структуру апериоI

W (P)

Т P+1 (2) дического звена первого порядка с передаточной функцией:

1251952 от запаздывания в объекте управления (дробилке).

Как известно запаздывание в контуре управления является вредным явлением, Компенсация запаздывания

V,„(г) W„(P)е — Ä Р, (3) 40 где W (Р) (з1 ь Т P + 1 м (4) Т вЂ” постоянная времени интегм ратора 21; с „— время запаздывания, уста- 45 новленное в блоке 22 запаздывания.

Помимо использования для целей адаптации в системе при несоответствии К и К, прогнозирующая модель 0 позволяет исключить запаздывание в дробилке, из замкнутого контура управления.

Сигнал ошибки регулирования с, и соответственно переходные процессы в системе определяются только характеристиками прогноэирующей модели беэ запаздывания и не зависят и его выходной сигнал плавно изменяется по экспоненциальному закону от начального значения равного току холостого хода электродвигателя до

1О установленного заданного значения тока, поступающего с блока 10 селектирования. При этом появляется ошибка регулирования E,,преобразуя которую регулятор 1 совместно с ис 5 полнительным механизмом 2 вырабатывает управляющее воздействие, которое подается на дробилку 4 и на прогнозирующую модель 18 соответственно посредством питателя 3 и датчика 17 положения. Дробилка плавно, отслеживая сигнал с выхода блока 24 формирования задающего воздействия, выводится с холостого хода на заданную нагрузку.

Прогнозирующая модель моделирует дробилку, описываемую передаточной функцией (1), и представляет собой апериодическое звено первого порядка, образованное интегратором

2 l,îõâà÷åííûì отрицательной обратной связью через элемент 20 сравнения, с переменным коэффициентом передачи К„(,1), определяемым блоком 19 умножения, соединенным последовательно с блоком

22 запаздывания. Передаточная функ- 35 ция прогнозирующей модели позволяет повысить качество управления благод.".ря своевременной адекватной реакции регулятора нагрузки на отклонения тока нагрузки от заданного значения. При этом снижается дисперсия колебаний тока нагрузки, что облегчает задачу вывода дробилки с холостого хода на номинальную нагрузку и позволяет вести процесс дробления в более интенсивных режимах (повышенной производительности), без увеличения вероятности аварийных ситуаций, связанных с выходом регулируемого параметра (тока) за установленные допуски.

Способ адаптации в системе управления основан на следующем.

При изменении вида перерабатываемого сырья, износе рабочих органов дробилки, в процессе вывода дробилки на заданную нагрузку коэффициент передачи Ко изменяется и оказывается не равным К„ прогноэирующей модели. При этом отличаются друг от

/ друга и сигналы I, I . Сигналы

I и

I H I усредняются на скользящем интервале времени фильтрами 14 и 15. Усреднения на скользящем интервале, приблизительно равном saпаэдыванию со, необходимо для устранения влияния нестационарности

/ си(налов I„, I на процесс адаптации и для центрирования этих сигналов, необходимом для вычисления сперсий 3, D Дисперсия 1, вычисляются блоками соответст3 венно 12 и 16 и сравниваются на элементе 28 сравнения. Сигнал разности дисперсий ь D оказывается пропорциональным разности квадратов коэффициентов передачи

Сиг нал ь 3 = 21 -D инте г рирует4 ся интегратором 30 и вырабатывается сигнал подстройки, который, воздействуя на второй вход умножителя

l9 изменяет коэффициент передачи

К прогноэирующей модели до тех пор, пока 2 на станет равной D npu н этом Е„ = К . Полученная в результате настройки оценка Ко = К„ исполь12 зуется для настройки коэффициента передачи К регулятора нагрузки таP ким образом, чтобы поддерживалось выбранное оптимальное значение К К

Для этого сигнал Э поступает на второй вход делителя 23 и по окончании процесса адаптации К> к 1К, где к — выбранное оптимальное зйачение

1v °

Стабилизация с на оптимальном уровне позволяет сохранить работоспособность системы управления и высокое качество поддержания эаданнога значения 1„, при изменении К в широких пределах. Кроме того использование прогноэирующей модели как компенсатора запаздывания в контуре управления позволяет при адаптивной настройке К> и К, увеличить значение без уменьшения запаса устойчивости системы управления вероятности возникновения аварийных ситуаций.

Например, если в системах управления дробилкой без компенсации запаздывания и при отношении Г /Т

0,5 величина сС лежит в пределах

2-2,5, то применение настраиваемой прогнозирующей модели позволяет уве51952 1О личить к до 6-8, что значительно увеличивает точность поддержания I> на заданном уровне и облегчает плавный (без колебательности) выход

5 дробилки с холостого хода на номинальную нагрузку.

Таким образом, способ адаптивного управления загрузкой дробилки и ре 0 алиэующая его система управления позволяют решить все задачи управления дробилкой без участия человека — оператора, а именно обеспечивают автоматический выход дробилки с холостого хода на номинальную нагрузку и высокое качество стабилизации заданной нагрузки, исключая при этом аварийные ситуации, связанные с выходом регулируемого параметра

1о за установленные допуски. Устранена необходимость частой подстройки коэффициента передачи регулятора вручную, при изменении вида перерабатываемого сырья и его физико-меха2 нических свойств, что полностью удовлетворяет требованиям гибкой, безлюдной технологии современного производства.

В11ИИПИ Заказ 4560/8 Тираж 582 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4