Адаптивная система управления для объектов с изменяющимся запаздыванием

 

Изобретение относится к самонастраивающимся системам управления и может быть использовано для автоматизации нестационарных технологических процессов. Цель изобретения - повьшение качества регулирования при отработке задающих воздействий. Устройство содержит задатчик 1, сравнивакиций элемент 2, регулятор 3, объект 4 управления , блок 5 подстройки запаздывания , модель 6 с регулируемым запаздыванием , упредитель 7, пульт 8 управления, два переключателя 9, 12, эталонную модель 10 процесса, блок 11 деления, блок 13 умножения и логический коммутатор 14. В основу изобретения положен принцип упреждения запаздывания и компенсации инерционности объекта управления путем сравнения кривой переходного процесса с эталоном , а также реализован процесс адаптивной подстройки коэффициентов усиления регулятора. 3 ил. § СЛ

СООЗ СОВЕТСХИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (и) 2 А1 (бд 4 6 05 В 13/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТХРЫТИЙ (21) 4097951/24-24 (22) 29.05 ° 86 (46) 23.03.88. Бюл. к 11 (71) Белорусский политехнический институт (72) А.А.Иоскаленко, P..И.Фурунжиев, .А.Т.Кулаков и А.П.Иихалевич (53} 62.50(088.8) может быть использовано для автоматизации нестационарных технологических процессов. Цель изобретения — повышение качества регулирования при отработке задающих воздействий. Устройство содержит задатчик 1, сравнивающий элемент 2, регулятор 3, объект 4 уп» равления, блок 5 подстройки запаздывания, модель 6 с регулируемым запаздыванием, упредитель 7, пульт 8 управления, два переключателя 9, 12, эталонную модель 10 процесса, блок 11 деления, блок 13 умножения и логический коммутатор 14. В основу изобретения положен принцип упреждения запаздывания и компенсации инерционности объекта управления путем сравнения кривой переходного процесса с эталоном, а также реализован процесс адаптивной подстройки коэффициентов усиления регулятора. 3 ил.

М (56) Дралюк Б.И., Синайский Г.В.

Системы автоматического управления с транспортным запаздыванием. - M.:

Энергия, 1969.

Авторское свидетельство СССР

9 968788, кл. С 05 В 13/02, 1982. (54) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ ЗАПАЗДЫВАНИЕМ (57) Изобретение относится к самона-. страивающимся системам управления и с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 " .: l3

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° 1

1383292

:Изобретение относится к самонастраивающимся системам управления и может быть использовано для автоматизации нестационарных технологических процессов с изменяющимся запаздыванием, в частности теплоэнергетичес" ких, как в режиме стабилизации параметров, так и отслеживания задающих воздействий. 10

Цель изобретения — повышение качества регулирования при отработке задающих воздействий.

На фиг. 1 изображена структурная схема адаптивной системы управления для объектов с изменяющимся запаздыванием; на фиг. 2 — функциональная схема блока подстройки запаздывания; на фиг. 3 — функциональная схема логического коммутатора. 20

Адаптивная система (фиг. 1) содержит эадатчик 1, сравнивающий элемент 2, регулятор 3, объект 4 управления, блок 5 подстройки запаздывания, модель 6 с регулируемым запаз- 25 дыванием, упредитель 7, пульт 8 управления, первый переключатель 9, эталонную модель 10 процесса, блок 11 деления, второй переключатель 12, блок 13 умножения и логический ком- 30 мутатор 14.

Блок подстройки запаздывания (фиг. 2) содержит два усилителя 15 и 16, первый триггер 17, дешифратор

18, счетчик 19, задатчик 20 запаздывания, управляющий генератор 21 опорной частоты, блок 22 регулирования и второй триггер 23.

Логический коммутатор (фиг. 3) содержит триггер 24, два инвертирующих усилителя 25 и 26, два компаратора 27 и 28, элементы ИЛИ 29-31, схему 32 совпадения, дифференциатор

33, формирователь 34, инвертирующий усилитель 35, формирователь 36 и элемент ИЛИ 37.

Адаптивная система работает следующим образом.

В основу построения адаптивной системы управления для объектов с изме- 50 няющимся запаздыванием положен принцип упреждения запаздывания и компенсации инерционности с автоматической адаптивной подстройкой времени запаздывания модели объекта и коэффициентов усиления регулятора и упредителя (модели объекта без запаздывания) путем сравнения кривой переходного процесса замкнутой системы управления с эталоном, удовлетворяющим заданному критерию точности к быстродействия при обработке задающих воздействий.

Теплоэнергеткческие объекты могут быть приближенно описаны с помощью передаточной функции вида

-Р"о

M (P)

K e (1)

1+Т,P

Для упреждения запаздывания и комгенсации инерционности должны применительно к схеме на фиг. 1 вы- полняться следующие условия: где К вЂ” коэффициент передачи упре)n дителя (модели объекта управления без запаздывания);

С„, Т м — величины запаздывания и постоянной времени модели объекта управления.

Блок 5 подстройки запаздывания (фиг. 2) предназначен для определения времени запаздывания объекта 4 управления и адаптивной подстройки запаздывания в модели 6.

Пульт 8 управления предназначен для формирования единкчного калиброванного скачка н режиме ручной адаптации (от оператора — 0, фиг. 1), запуска блока 5 подстройки запаздывания (через логический коммутатор 14), формирования исходных сбросов и контроля состояния цепи подстройки коэффициента регулятора.

Подача калиброванного скачка н виде унифицированного токового сигнала осуществляется оператором. Одновременно формируется сигнал адаптации, поступающий на третий вход логического коммутатора 14.

Первый переключатель 9 служит для подключения эталонной модели 10 процесса к выходу эадатчика 1 и включения ее в работу. Эталонная модель 10 процесса предназначена для формирования эталона переходного процесса Х> н замкнутой системе прк изменении задающего воздействия Х> с эадатчика 1., Блок 11 деления используется для определения отношения

Х и выхода объекта 4 управления Х.

Второй переключатель 12 предназначен для коммутации к первому входу

1383292 блока 13 умножения либо сигнала, эквивалентного единице, либо сигнала, поступающего с выхода блока 11 деления. Блок 13 умножения используется для реализации зависимости (3) где согласно фиг. 1 Я вЂ” ошибка рассогласования на выходе сравнивающего элемента 2; F — ошибка регулирования, поступающая с выхода блока 13 на вход регулятора 3; ot, — коэффициент подстройки коэффициента усиления регулятора, эквивалентный выходному сигналу второго переключателя 1 .2.

Логический коммутатор 14 служит для анализа изменений сигналов с выходов задатчика 1, объекта 4 управления и эталонной модели 10 процесса, определения моментов переключения первого и второго переключателей 9 и 12, автоматического запуска в работу блока 5 подстройки запаздывания.

При первоначальном включении системы триггер 24 находится в нулевом состоянии. На время автоматической адаптации времени запаздывания он устанавливается в 0" сигналом с выхода элемента ИЛИ 37 через элемент

ИЛИ 31. При этом с его нулевого выхода подается высокий уровень "Индикация", который сигнализирует отсутствие подстройки коэффициента уси-.

1 ления. Низкий уровень с единичного выхода триггера 24 через схему 32 .совпадения передает на вход второго переключателя 12 нулевой сигнал независимо от сигнала на втором входе схемы 32 совпадения (в статическом .состоянии на второй вход схемы 32 совпадения подается высокий уровень).

Об изменении задающего воздействия 45

Х сигнализирует дифференциатор 33.

Пр.. -увеличении задания сигнал положительной полярности проходит через формирователь 34 и элемент KIN 37, а при уменьшении задания — через инвертирующий усилитель 35, формирователь Зб и элемент ИЛИ 37. В обоих случаях выходной сигнал элемента

ИЛИ 3? подтверждает сброс триггера

24 в "0" и через элемент ИЛИ 30 посылает сигнал сброса на третий вход блока 5 подстройки запаздывания, из которого с второго выхода на вто рой вход схемы 32 совпадения подается

- запрещающий сигнал. Второй вход элемента ИЛИ 30 (третий вход логического коммутатора) предназначен для ручного запуска блока 5 подстройки запаздывания с пульта 8 управления.

Для исходной установки триггера 24 при включении используется второй вход элемента ИЛИ 31. Установка триггера 24 в единичное состояние осуществляется методом сравнения изменения выходного сигнала эталонной модели процесса Х>, с приращением выходного сигнала объекта Х по абсолютной величине (лх„ / /лх/. (4) текущий и предыдущий циклы адаптации, где „и t., Для этой цели используются разделительные конденсаторы С, инвертирующие усилители 25 и 2б, первый и второй компараторы 27 и 28 и элемент

ИЛИ 29. При изменении Х и Х в сторону -увеличения срабатывает второй компаратор 28, а в сторону уменьше-::: ния — сигналы инвертируются усилителями 25 и 26; в этом случае срабатывает первый компаратор 27. Компараторы через элемент ИЛИ 29 устанавливают триггер 24 в единичное состояние. Так как к этому времени на второй вход схемы 32 совпадения поступает разрешающий сигнал, то. переключение триггера 24 в "1" приводит к появлению высокого потенциала на выходе схемы 32 совпадения. Выключение ком параторов происходит при нарушении условия (4), когда в системе возникает переходной процесс. На фиг. 1 обозначает внутренние, a f внешние возмущения, действующие соответственно на вход и выход системы, О „ — оператор.

В основу адаптивной подстройки времени запаздывания положен принцип самонастройки по прогнозируемой модели (2), причеМ в первоначальный момент работы прогнозируемое значение времени запаздывания равно исходному значению, установленному оператором, а в последующие моменты времени — значениям, полученным в предыдущие циклы адаптации. Адаптация времени запаздывания производится по формуле о()-C„(t; ) - ь (t; )= (t;) 5 13832 при j 1 имеет место первоначальный цикл адаптации

/ "о (t>) м("»)/.

В исходном статическом состоянии (первоначальном) системой произведена отработка задания Х, поступающего с задатчика 1, или внутренних возмущений f, или внешних f< (фиг. 1).

Регулируемая величина Х находится в допустимой зоне регулирования. Ошибка рассогласования Е 0 и ошибка регулирования Е -0. В блоке 5 под-.;, Р стройки запаздывания хранится код запаздывания : при первоначальном включении системы — прогноэируемое значение, а после адаптивной, »»сх подстройки F, . Модель 6 с регулируемым запаздыванием настроена.

Коэффициент подстройки коэффициента усиления регулятора 06 = 1 при первоначальном включении системы или 30

eL =.к,;, где o6; — значение коэффициента, полученное при изменении задания в i-й момент времени.

В работе системы можно выделить четыре режима: адаптация времени запаздывания, обработки внутренних возмущений, отработки внешних возмущений и отработки задания с автома.тической адаптацией времени запаздывания. 40

Режим адаптации времени запаздывания осуществляется оператором (On) ..при установившемся состоянии системы путем подачи единичного калиброванного скачка, либо незначительным

45 изменением задания с задатчика 1 (фиг. 1). При этом из пульта 8 управления на третий вход логического коммутатора 14 (фиг. 1 и 3) подается команда "Сброс", включающая блок 50

5 подстройки запаздывания через его третий вход в режим адаптивной подстройки времени запаздывания.

Сигналы Х и Хх» появляются на выходе объекта и модели соответственно через время запаздывания с. и С„ (фиг. 1 и 2). Начало измененИя сигналов на выходе объекта 4 и модели „(t » )- "м(о )- " (t» ),(t»)», »»c»» где о»» (t ) "х» °

Величина a» (t ) при адаптации

3 находится по формуле

92 объекта (последовательно соединенные блоки 7 и б) определяются соответственно с помощью усилителей 15 и 16, которые формируют пороговые сигналы переключения для триггеров 17 и 23 (фиг. 2) практически без задержки.

При этом если первым в,единичное состояние устанавливается триггер 17, то,»» (С . В этом случае сигналом с второго выхода дешифратора 18 счетчик 19 устанавливается в режим сложения; с управляющего генератора 21 опорной частоты снимается запрет на генерацию и в счетчик 19 заносится дополнительное количество импульсов, пропорциональное c - c . Генерация управляемого генератора 21 в этом случае прекращается, когда триггер

23 также устанавливается в "1", так как при этом с четвертого выхода дешифратора 18 на него поступает запрещающий сигнал.

Во втором случае счетчик 19 устанавливается в режим вычитания сигналом с третьего выхода дешифратора

18, при этом из содержимого счетчика

19 вычитаются импульсы, т.е. аналогичным образом реализуется зависимость Оо <»»»

Установка прогнозируемого (исходного) времени запаздывания в, »»cx счетчик 19 производится задатчиком 20 запаздывания. Блок 22 регулирования осуществляет подстройку запаздывания в модели 6, как показано в (2).

Отработка внутренних возмущений производится через более быстродействующий контур (упредитель 7,. сравнивающий элемент 2, блок 13 умножения и регулятор 3) и через два контура с запаздыванием." с одной сто" роны объект 4, сравнивающий элемент

2, блок 13 умножения, регулятор 3, с другой — упредитель 7, модель б с регулируемым запаздыванием, сравнивающий элемент 2, блок 13 умножения и регулятор 3.

При внешних возмущениях f их отработка осуществляется также по трем кон:урам. Первый более быстро-. действующий контур: выход объекта 4, сравнивающий элемент 2, блок 13 умножения, регулятор 3, упредитель 7.

Второй контур: выход объекта 4, сравнивающий элемент 2, б»ок 13 умножения, регулятор 3 и объект 4.

Третий контур: выход объекта 4, сраз-, 1383292 нивающий элемент 2, блок 13 умножения, регулятор 3, упредитель 7 и

1 модель 6 с регулируемым запаздыванием. Как при внутренних, так и при внешних возмущениях важно, чтобы сигналы второго и третьего контуров компенсировали друг друга, т.е.

X = X Однако, при внешних возмущениях f, в частности нагрузкой, будет10 изменяться время запаздывания объекта. Поэтому при использовании системы при изменении нагрузки необходимо использовать ручной режим адаптации.

Четвертый режим работы системы связан с отработкой задающих возмущений X, т.е. с использованием системы в режиме отслеживания задания.

В этом режиме изменение Х> сразу вызывает изменение E и Я, что равносильно появлению внешних возмущений Е т но с обратным знаком. Сигнал изменения задания воспроизводится логическим коммутаторам 14, который производит сброс блока 5 подстройки 25 запаздывания. При этом блок 5 асу-.» ществляет адаптацию времени запазды;.= вания так же, как в ручном режиме от оператора. По истечении времени запаздывания Г, разрешающий сигнал с второго выхода блока 5 производит переключение первого переключателя 9, который передает на вход эталонной модели 10 процесса величину изменения задания. При этом на выходе

35 модели 10 начинается переходной процесс. Блок 11 деления находит отношение сигнала Х и Х, но выходной сигнал оь с блока 11 передается через второй переключатель 12 только с 40 приходом разрешающего сигнала с второго выхода логического коммутатора

14. Второй переключатель 12 устанавливается в такое положение, при котором реализуется с помощью блока 13 умножения выражение (3), что равносильно изменению коэффициента усиления регулятора 3. При этом = о;, которое изменяется только при изменении Х, которое включает в работу

50 эталонную модель 10 процесса после адаптации времени запаздывания.

Таким образом, введение в адаптивную систему управления пульта управ ления, первого переключателя, эталонной модепи процесса,.бцока деления, 55 второго переключателя, блока умножения и логического коммутатора, связанных между собой и с известными блоками новыми функциональными связями, обеспечивают повышение качества регулирования при отработке задающих воздействий путем автоматической адаптации времени запаздывания модели и коэффициента усиления регулятора.

Формула изобретения

Адаптивная система управления для объектов с изменяющимся запаздыванием, содержащая задатчик, выход которого подключен к первому входу сравнйвающего элемента, регулятор, выход которого через объект управления соединен с первым входом блока подстройки запаздывания, второй вход которого соединен с выходом модели с регулируемым запаздыванием и с вторым входом сравнивающего элемента, выход регулятора через упредитель соединен с первым входом модели с регулируемым запаздыванием и с третьим входом сравнивающего элемента, четвертый вход которого соединен с выходом объекта управления, а первый выход блока подстройки запаздывания соединен с вторым входом модели с регулируемым запаздыванием, о т л ич а ю щ а я с я тем, чта, с целью повышения качества регулирования при отработке задающих воздействий, в нее введены пульт управления, первый и второй переключатели, эталонная модель процесса, блок деления, блок умножения и логический коммутатор, первый вход которого подключен к второму выходу блока подстройки запаздывания и к первому управляющему входу первого переключателя, выход которого через эталонную модель про цесса соединен са своим вторым управляющим входом и с первым входом блока деления, выход которого через второй переключатель соединен с первым входом блока умножения, второй вход каторага подключен к выходу сравнивающего элемента, выход блока умножения соединен с входом регулятора, второй вход логического коммутатора соединен с выходом объекта управления и с вторым входом блока деления, первый выход пульта управления соединен с пятым входом сравнивающего элемента, а второй выход— с третьим входом логического коммутатора, четвертый вход которого подключен к выходу задатчика и к инфор1383292

ВНИИПИ Заказ 1235/44 Ти аж 866

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 мационному. входу первого переключателя, выход эталонной модели процесса соединен с пятым входом логического переключателя, первый и второй выходы которого соответственно подключены к третьему входу блока подстройки запаздывания н к управляющему входу второго переключателя.