Система регулирования для объектов с запаздыванием

 

Система регулирования объекта с запаздыванием на входе и в состояниях относится к области автоматического управления и регулирования . Цел-ь изобретения - повышение точности регулирования. Система регулирования содержит объект I регулирования , исполнительный блок 2, датчик 3, второй 4, третий 15 и первый 19 сумматоры, пятый 5, третий 7, второй 9, четвертый 13, первый 16 блоки задержки, вторуй 6 и первую 18 модели прямого канала без

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) 01) 5 А1 (51) 4 G 05 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3921114/24-24 (22) 26.06.85 (46) 07.03. 87. Бюл. ¹ 9 (71) Сибирский металлургический институт им, Серго Орджоникидзе (72) Л.П. Мышляев (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1244636, кл. C. 05 В 13/00, 1984. (54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ДЛЯ

ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ (57) Система регулирования объекта с запаздыванием на входе и в состояниях относится к области автоматического управления и регулирования. Цель изобретения — повьппение точности регулирования. Система регулирования содержит объект 1 регулирования, исполнительный блок 2, датчик 3, второй 4, третий 15 и первый 19 сумматоры, пятый 5, третий

7, второй 9, четвертый 13, первый

16 блоки задержки, вторую 6 и первую 18 модели прямого канала без

I 295365 запаздывания, третий 8, четвертый

l2, второй 17 и первый 22 блоки вычитания, вторую 10 и первую 14 моде ли рецикла без запаздывания, второй

11 и первый 20 экстраполяторы, регу лирующий блок 21 и эадатчик 23. В системе регулирования с помощью моделей объекта оценивается и экстра"

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано при автоматиче ском управлении объек тами с рециклом, содержащими запаздывания 5 на входе, а также в прямом и обратном .рециркуляционной части и подверженными влиянию неконтролируемых возмущений и контролируемых возмуще!

О ний по заданному входу.

Динамика объекта по каналу регулирования описывается передаточной функцией где q (p) — передаточная функция пряо моro канала рециркуляционной части объекта 20 без учета запаздывания;

V (р) — передаточная функция в ъ цепи положительной обратной связи (обратном канале) без учета эапаздыва- 25 ния „,, — время запаздывания соответственно на входе объек. та, в прямом и обратном каналах рециркуляционной З0 части объекта, Параметры модели (1) практически не изменяются во времени, а неконтролируемые возмущения имеют нестационарные статистические свойства. .Задача регулирования заключаешься в обеспечении инвариантности выходной координаты объекта от контролируемых и неконтролируемых возмущений, Примером указанных объектов являют- 40 ся барабанные грануляторы цехов подготовки шихты металлургических предприятий, полируется приведенное возмущение, а также исключается отрицательное влияние рецикла. Характеристическое уравнение системы не содержит запаздыванийй, что позволяет увеличить коэффициенты регулирующего блока и повысить точность регулирования.

1 ил °

Цель изобретения — повышение точности регулирования.

На чертеже представлена блок — схема системы регулирования (где U(t) регулирующее воздействие в t é момент времени; y(t) — выход объекта регулирования; Q (t) — неконтролируемое возмущение).

Система регулирования объекта с запаздыванием на входе и в состояниях содержит объект 1 регулирования, исполнительный блок 2, датчик

3, второй сумматор 4, пятый блок 5 задержки, вторую модель 6 прямого канала беэ запаздывания, третий блок 7 задержки, третий блок 8 вычитания, второй блок 9 задержки, вторую модель 10 рецикла без запаздывания, второй экстраполятор !1, четвертый блок 12 вычитания, четвертый блок 13 задержки, первую модель 14 рецикла беэ запаздывания, третий сумматор 15 первый блок 16 задержки, второй блок 17 вычитания, первую модель 18 прямого канала без запаздывания, первый сумматор 19, первый экстраполятор 20,. регулирующий блок 21, первый блок 22 вычита-ния, задатчик 23.

Модели 6,10, 14 и 18 прямого канала и рецикла без запаздывания предтавлены, например, в виде последовательного соединения ин рционных звеньев. Регулирующий блок 21, в частности, с пропорционально-интегральным законом регулирования реализован в виде параллельного соединения интегратора и масштабирующего блока. Экстраполяторы II и 20 представлены реальными форсирующими звеньями. В качестве исполнительного

1295365

3 блока 2 может служить, например, весовой дозатор непрерывного дей— ствия, а в качестве датчика 3— весоизмеритель непрерывного действия, Предлагаемая система работает следующим образом.

Регулирующее воздействие, вырабатываемое регулирующим блоком 21 в замкнутом через первую модель 18 прямого канала без запаздывания контуре, экстраполируется первым экстраполятором 20 на время (с „ + ь„);

Из экстраполированного регулирую;щего воздействия исключается в четвертом блоке 12 вычитания прогноз эффекта рецикла. Этот прогноз состоит из преобразованной в первой модели 14 рецикла беэ запаздывания экстраполированной оценки неконтролируемого возмущения Q (t), получаемого на выходе второго экстраполятора 11, и эффекта регулирующего воздействия с выхода второй модели 6 прямого канала без учета запаздывания. Ошибка экстраполяции регулирующего воздействия пересчитывается в. первой модели 18 прямого канала без запаздывания в приращения выходной переменной объекта и алгебраически суммируется с ней в первом сумматоре 19.

Для реализации описанного алгоритма функционирования системы выход

y(t) объекта 1 регулирования измеряется датчиком 3 и полученный сигнал суммируется в первом сумматоре 19 с выходным сигналом первой модели 18 прямого канала без запаздывания, Выходной сигнал первого сумматора 19 о натурно-модельном входе вычитается в первом блоке 22 вычитания из сигнала задатчика 23 о заданном значении выхода и поступает на вход регулирующего блока 21, например, с пропорционально-интегральным законом регулирования. Выходной сигнал регулирующего блока

21 экстраполируется на время запаздывания на входе С„ объекта и в прямом канале ь рециркуляционной части, т.е. на ь„ + c, и идет на вход четвертого блока 12 вычитания и на вход первого блока 16 задержки. Задержанный на время („+ а„) в первом блоке 16 задержки сигнал вычитается во втором блоке 17 вычитания из выходного сигнала регулятора 21, и в результате получается сигнал об ошибке экстраполяции регулирующего воздействия, который преобразуется первой моделью 18 прямого канала без запаздывания в сигнал корректировки выхода y(t) °

Для оценивания неконтролируемого возмущения u (t) сигнал с регулирующем воздействии U(t) преобразуется полной моделью объекта 1 регулирования, содержащей второй сумматор 4, пятый блок 5 задержки, вторую модель 6 прямого канала без запаздывания, вторую .модель 1О реци .ла беэ запаздывания, второй блок 9 задержки и третий блок 7 задержки. В третьем блоке 7 задержки моделируется запаздывание „ на входе объекта, в четвертом блоке 5 задержки — с, а во втором блоке 9 задержки — ь .. Выходной сигнал третьего блока 7 задержки об оценке y(t) без эффекта И (t) вы читается в третьем блоке 8 вычитания из сигнала датчика 3 о y(t), таким образом получается сигнал об оценке <д (t) Этот сигнал экстрапо г

311 лируется на время „вторым экстраполятором 11 и суммируется в третьем сумматоре 15 с выходным си налом второй модели 6 прямого канала без запаздывания о прогноэируемом на время эффекте регулирующего воздействия U(t). Таким образом, на выходе третьего сумматора

15 получается сигнал .y(t+g„) о л прогнозируемом на время о значении и

40 выхода y(t) объекта 1 регулирования.

Сигнал y(t+ „) преобразуется в первой модели 14 рецикла без запаздывания, задерживается на время в четвертом блоке 13 за4 держки и вычитается в четвертом бло:ке 12 вычитания из выходного сигна ла первого экстраполятора, За счет этого исключается отрицательное влияние рецикла объекта. Выходной сигчал четвертого блока 12 вычитания поступает на исполнительный блок 2, которым осуществляется изменение вещества или энергии, поступающей в объект 1 регулирования.

Для анализа системы регулирования объекта с запаздыванием на входе и в состояниях записываем сначала операторное выражение выходного сигнала третьего сумматора 15

1295365 ц (р)е Р а

y(p)=f 2 (p) y(p) - - f„(p)e "(р

-q (р)е су„(р)е (2) (р)е Р "* ))

u(p)+ цсбр)e " (I+f(p)(I-ã„

У, (p)= — — — — — — — — ——

1+q,(ð) f(p)

q (р)е " f,(p) ° f(p) (4) — у (p), 1+ Ч,(p) f (p) без запаздывания, второй блок за20 держки и второй сумматор, последовательно включенные третий блок задержки и третий блок вычитания, выход задатчика подключен к второму входу первого блока вычитания, выход регулирующего блока — к второму входу второго блока вычитания, выход первой модели прямого канала без запаздывания — к второму входу пер:вого сумматора, о т л и ч а ю щ а я— с я тем,что, с целью повышения точности регулирования, в нее введены второй экстраполятор, четвертый блок вычитания, четвертый блок задержки, последовательно включенные пятый

З5 блок задержки, вторая модель прямого канала без запаздывания и третий сумматор,. выход которого через последовательно включенные первую модель рецикла без запаздывания и четвер4G тый блок задержки- подсоединен к первому входу четвертого блока вычита-. ния, выход датчика через последова тельно включенные третий блок вычитания и второй экстраполятор соединен с вторым входом третьего сум-. матора, выход ..второй модели прямого канала без запаздывания подключен к входу третьего блока задержки и к входу второй модели рецикла без запаздывания, выход второго блока вычитания соединен . c входом первой модели прямого канала без запаздывания, выход первого экстраполятора через четвертый блок вычитания подключен к второму входу сумматоРа и входу исполнительного блока, выход второго сумматора соединен с входом пятого блока задержки. где Е (р) — передаточная функция второго экстраполятора.

При условии f, (p) =- е Р"", получаем где и (р), и, (р) — передаточные функции соответственно регулирующего блока и первого экстраполятора;

Ф у (p) — задающий входсистемы.

Из (4) видно, что характеристическое уравнение системы как по задающему входу, так и входу некоитролируемого возмущения

1+a,(p) К(р)=О не содержит запаздывания, а значит, можно увеличить коэффициент усиления, регулирующего блока 21, что повышает точность регулирования, Если принять

f < =1, то для статического объекта

Переходные процессы заканчиваются при подаче ступенчатого возмущения по задающему входу за время (о„+ а ), а по входу неконтролируемого возмущения — за 2 (о„+ ь ), т.е. переходные процессы заканчиваются через минимальное время и система является оптимальной в смысле минимизации времени пер еходно го проце сс а, Ф о р м ул а изобретения

Система регулирования для объектов с запаздыванием, содержащая за- датчик, первую модель прямого канала без запаздывания, первую модель рецикла без запаздывания, последовательно включенные исполнительный блок, объект регулирования, датчик, первый сумматор, первый блок вычитания, регулирующий блок, первый экстраполятор, первый блок задержки и второй блок вычитания, последовательно включенные вторую модель рецикла у(р)=е у(р), (3)

Тогда при условии адекватности модели объекту получаем операторное выражение для выхода объекта