Нелинейный адаптивный регулятор

 

Изобретение относится к устройствам автоматического управления и может быть использовано в системах автоматического регулирования нестационарными объектами при наличии быстро изменяющихся мультипликативных помех. Щель изобретения - повышение точности регулирования. Достижение цели обусловлено тем, что изменяется контролируемая мультипликативная помеха и определяется ее среднее значение, по которому корректируется коэффициент усиления регулятора. Это позволяет с упреждением (по возмуш;ению). изменять настройку регулятора, предотвратить появление автоколебаний и уменьшить время регулирования. Устройство содержит задатчик 1, элемент 2 сравнения , нелинейные звенья 5,6, сумматоры 3,4,8, управляемый усилитель 7, интегратор 9, блоки выделения минималь- § ного 10 и максимального 11 значений с подключенными к ним задатчиками 12, 13, объект 14 управления, датчик 15 контролируемой мультипликативной помехи , блок 16 оценки среднего значения и блок 17 «деления. 2 ил.. (Л со о со со со 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 С 05 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3931207/24 — 24 (22) 12.07.85 (46) 15.04.87. Бюл. Р 14 (71) Ворошиловградский филиал Государственного проектно-конструкторского и научно-исследовательского института по автоматизации угольной промьппленности (72) А.С.Меняйленко и В.А.Улыбин (53) 62-50(088.8) о (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 746414, кл. С 05 В 13/00, 1980.

Шаталов А.С, Структурные методы теории управления и электроавтоматики. — Л.: Госэнергоиздат, 1962, с. 408.

Авторское свидетельство СССР

Р 1187148, кл. С 05 В 13/00, 1984. (54) НЕЛИНЕЙНЫЙ АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к устройствам автоматического управления и может быть использовано в системах автоматического регулирования нестацио„„SU„„1303994 А 1 нарными объектами при наличии быстро изменяющихся мультипликативных помех. Цель изобретения — повышение точности регулирования. Достижение цели обусловлено тем, что изменяется контролируемая мультипликативная помеха и определяется ее среднее значение, по которому корректируется коэффициент усиления регулятора. Это позволяет с упреждением (по возмущению) изменять настройку регулятора, предотвратить появление автоколебаний и уменьшить время регулирования. Устройство содержит задатчик 1, элемент 2 сравнения, нелинейные звенья 5,6, сумматоры

3,4,8, управляемый усилитель 7, интегратор 9, блоки выделения минимального 10 и максимального 11 значений с подключенными к ним задатчиками 12, 13, объект 14 управления, датчик 15 контролируемой мультипликативной помехи, блок 16 оценки среднего значения и блок 17 деления. 2 ил.. ния реализуется известными техническими средствами.

Устройство работает следующим образом.

Объект 14 управления для промышленных технологических процессов хорошо аппроксимируется передаточной функцией вида

-LP

Кose

W(P) = о (1)

$, Р+1 где К вЂ” коэффициент усиления объекта

14 управления, а ф (с)}; (2)

Р— оператор Лапласа; — время транспортного запазды- вания„"

Т вЂ” постоянная времени объекта управления;

М вЂ” символ математического ожидания.

При теоретическом синтезе управления такими объектами их инерционностью, как правило, не учитывают и рассматривают только в статике, что позволяет получить субоптимальные алгоритмы, которые затем "дополняют" звеньями, учитывающими инерционность объектов управления. Однако эти подходы не учитывают динамические особенности объектов управления.

В известном нелинейном адаптивном регуляторе, когда мультипликативное возмущение (Г) = К изменяется медленно по сравнению с динамическими характеристиками объекта, величина = К вычисляется косвенно путем вычисления r;$V(t)j и определения отношения

Х

= (Ч

z; v(t)) (3) Если F(t) изменяется быстрее,чем регулятор успевает ее вычислить, то

45 в этом случае коэффициент усиления регулятора не успевает отслеживать эти изменения, что может привести к появлению автоколебаний или весьма длительному процессу регулирования.

В данном регуляторе реализуется следующий закон управления: () =,(+ F (Е)) + — ((+

1 о

v(t) =

1 1303994

Изобретение относится к устройствам автоматического управления и может бь1ть использовано в системах автоматического управления регулирования нестационарными объектами при наличии быстро изменяющихся мультипликативных помех.

Цель изобретения — повышение точности регулирования в условиях быстро изменяющейся мультипликативной помехи.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 — структурная схема объекта управления.

Устройство содержит задатчик 1, элемент 2 сравнения, первый 3 и второй 4 сумматоры, первое 5 и второе 6 нелинейные звенья, управляемый усилитель 7, третий сумматор 8, интегратор 9„ блоки выделения ыинимального

10 и максимального 11 значений с подключенными к ним задатчиками нижней

12 и верхней 13 границ управляющего воздействия, объект 14 управления, датчик 15 контролируемой мультипликативной помехи, блок 16 оценки среднего значения и блок 17 деления. Объект управления содержит (фиг.2) последовательно соединенные умножитель

18 и динамическое звено 19.

Задатчик через последовательно соединенные элемент 2 сравнения, первое нелинейное звено 5, первый сумматор 3, управляемый усилитель 7, второй сумматор 4, блоки выделения минимального 10 и максимального 11 значений и объект 14 управления подключен к второму входу элемента 2 сравнения, выход которого через последовательно соединенные второе нелиней- 0 ное звено 6, третий сумматор 8 и интегратор 9 подключен к второму входу второго сумматора 4, выход элемента 2 сравнения подключен также к вторым входам первого 3 и третьего 8 сумматоров, выход задатчика соединен с первым входом блока 17 деления, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора 4, выход датчика 15 контролируемой мультипликативной помехи через блок 16 оценки среднего значения подключен к второму входу блока 17 деления и к управляющему входу управляемого усилителя 7.

В качестве датчика 15 контролируе- 55 мой мультипликативной помехи p(t) может быть использован, например, серийно выпускаемый датчик влажности

БАК вЂ . Блок 16 оценки среднего значе+ F (Z) ) dt + —, ч-> —, .(4)

Х l >i+ (t) J

U npH U(t) U„ ;

U(t) при U„„, U(t) U мин р () им (5) 40

3 13039 где U(t) — входная координата объекта управления (управляющее воздействие регулятора);

U,,U — минимальное и максимальное 5 инн t вiю значения управляющего воздействия;

E =X -X(t) — сигнал рассогласования;

X(t) — регулируемая выходная координата объекта; 10

Х вЂ” заданное значение регули3 руемой величины; — время;

M$P(t)g — среднее значение мультипликативной помехи возмущающего воздействия, например влажность, зольность и другие;

Т вЂ” постоянная времени интегрирования; 20

К вЂ” переменный коэффициент усиР ления регулятора;

F (F ) F (C) — выхоцная величина пер2 вого и второго нелинейных звеньев соответственно. 25

В элементе 2 сравнения из сигнала задатчика 1 вычитается выходной сигнал объекта управления Х(С),ехолученный сигнал рассогласования поступает на входы первого сумматора 3 30 и третьего сумматора 8, а также на выходы первого линейного звена 5 и второго нелинейного звена 6. В первом нелинейном звене 5 происходит преобразование сигнала рассогласования по однбму из нелинейных законов, например:

Аналогичное преобразование сигнала производится во втором нелинейном звене 6, на выходе которого образуется сигнал Р (Е). Характеристики нелиней-45

2 ных звеньев могут выбираться независимо. Таким образом, выходной сигнал с линейного звена 5 суммируется с сигналом рассогласования Е на сумматоре 3. 50

94 4 элемента 2 сравнения и второго нели- нейного звена 6.

На сумматоре 4 образуется суммарный сигнал, который через блоки выделения минимального 10 и максимального 11 значений подается на вход объекта 14 управления.

Следовательно,. в регуляторе реализуется нелинейный ПИ-закон управления. Характеристики нелинейных законов определяются типом нелинейного звена, который выбирается исходя из динамических свойств объекта регулирования. При малых значениях сигнала рассогласования величины на выходах нелинейных звеньев 5 и 6 малы (или равны нулю) по сравнению с величиной рассогласования на выходе звена 2 сравнения и не оказывают влияния на работу регулятора. При увеличении сигнала рассогласования на выходе элемента 2 сравнения величина сигнала на выходах нелинейных звеньев 5 и 6 начинает расти быстрее, чем сигнал рассогласования, что приводит к интен" сивному изменению выходной величины регулятора У(С) и быстрому устранению появившегося возмущения в объекте регулирования.

Коэффициент усиления управляемого .усилителя 7 выбирается из условия отсутствия автоколебаний в установившемся режиме, а параметры интегрирующего звена выбираются из условия отсутствия перерегулирования при больших значениях сигнала рассогласования.

В процессе работы коэффициент усиления объекта регулирования может изменяться в широких пределах, поэтому необходимо кор-ектировать коэффициент усиления регулятора в зависимости от изменений коэффициента усиления объекта регулирования. Кроме того, при быстро изменяющейся мультипликативной помехе необходимо скомпенсировать выходную координату объекта управления по возмущению. Для этого датчиком

15 возмущающего воздействия измеряют помеху Ч() и в блоке 16 оценки сред-. него значения определяют ее среднее

Выходной сигнал сумматора 3 усиливается управляемым усилителем 7 и подается на первый вход второго сумматора 4, на второй вход которого подается сигнал с интегратора 9. На вход последнего подается суммарный сигнал с третьего сумматора 8, на входы которого поступают сигналы с значение.

В связи с тем, что помеха мультипликативная, т. е.

M(X(t)3 "- » $U(t) j . М (м()), (6) где M — знак математического ожидания соответствующей переменной, а в статической системе

1303994 (7) поэтому

Х

M{p(t)} = — — --- = K

MfU(t)) об (8) где К " коэффициент усиления объекта. еР

Выходной сигнал с блока 16 оценки среднего значения подается на управляющий вход управляемого усилителя 7 и изменяет его коэффициент усиления таким образом, что большему значению коэффициента усиления объекта регулирования соответствует меньший коэффициент усиления регулятора (усилителя

7) и наоборот, т.е.

К * К . К =coast, (9)

oÇ Р где К вЂ” коэффициент усиления разомкнутой системы регулирования.

Такая коррекция коэффициента усиления регулятора позволяет поддерживать высокую точность работы регулятора при широком диапазоне изменений коэффициента усиления объекта регули- 25 рования. Это позволяет избегать автоколебаний в установившемся режиме.

Благодаря включению интегратора 9 в разрыв цепи между элементом 2 сравнения и сумматором 8 время интегриро- 30 вания не зависит от начальных условий, следовательно, время адаптации не зависит от величины сигнала на выходе блока 16 оценки среднего значения в момент t = О, равного M{> (о)} . Это обеспечивает снижение времени адапт ции коэффициента усиления, что ведет к повьппению точности регулирования.

Выходной сигнал блока 17 деления, равный

Х

С

c M{ f(t)3 (1О) подается на третий вход второго сумматора 4 и, соответственно, по возму- 45 щению изменяет величину сигнала U управляющего воздействия.

Таким образом„ помеха P(t) (возмущающее воздействие) компенсируется по возмущению (по прямому каналу) сигналом с выхода блока 17 деления, а по отклонению устраняется влияние шумов и других неконтролируемых изменений в объекте сигналом с выходов интегратора 9 и усилителя 7. 55

При автоматическом регулировании реальных промьппленных объектов имеется необходимость в ограничениях управляющего воздействия, причем величина ограничения может изменяться в зависимости от условий работы, режима и т.п. (например., при автоматизации сушильных установок на углеобогатйтельных фабриках необходимо строго ограничивать температуру сушильного агента во избежание взрыва, пережога и т.п., а также следить за нижним пределом температуры, не допуская ее снижения до температуры точки росы во избежание выпадания влаги. Наличие блоков выделения минимального 10 и максимального 11 значений управляющего воздействия с соответствующими задатчиками 12 и 13 обеспечивают ограничение управляющего воздействия в заданных границах, что повьппает точность и надежность регулирования.

Технико-экономическим преимуществом данного регулятора является более высокая точность управления за счет того, что измеряется возмущающее воздействие (помеха) P (t) датчиком 15 и определяется его среднее значение в блоке 16, по которому корректируется коэффициент усиления регулятора К, (усилитель 7), что позволяет с упреждением (по возмущению) о изменить коэффициент усиления регулятора, а также предотвратить появление автоколебаний и большие времена регулирования при быстро меняющихся мультипликативных возмущающих воздействиях (помехах); более высокая точность управления за счет того, что по измеренному среднему значению i{/(t)j определяется на блоке 17 деления составляющая величины управляющего воздействия U по возмущению, т.е. регулятор представляет собой комбинацию управляющих воздействий по отклонению и по возмущению, что увеличивает точность регулирования при быстро изменяющихся возмущающих воздействиях.

Формула изобретения

Нелинейный адаптивный регулятор, содержащий задатчик, выход которого через последовательно соединенные элемент сравнения, первое нелинейное звено, первый сумматор, управляемый усилитель, второй сумматор, блок выделения минимального значения, блок выделения максимального значения и объект управления подключен к второму входу элемента сравнения, выход которого через последовательно соединенФиг. 2

Составитель В.Пешков

Редактор М.Петрова Техред И.Попович Корректор С.Шекмар

Заказ ° 1310/48

Тираж 8б4 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по .делам изобретений и открытий

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

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

7 1303994 8 ное второе нелинейное звено, третий подключены соответственно к задатчисумматор и интегратор подключен к кам нижней и верхней границ управляювторому входу второго сумматора, вы- щего воздействия, о т л и ч а ю щ и йход элемента сравнения также подклю- с я тем, что, с целью .повышения точчен к вторым входам первого и третье- 5 ности регулирования, введен датчик го сумматоров, выход задатчика соеди- контролируемой мультипликативной понен с первым входом блока деления, мехи, выход которого через блок оценвторой вход которого соединен с выхо- ки среднего значения соединен с управдом блока оценки среднего значения, ляющим входом управляемого усилителя, а вторые входы блоков выделения мини- 10 а выход блока деления соединен с тремального и максимального значений тьим входом второго сумматора.