Самонастраивающаяся система комбинированного регулирования

 

Изобретение относится к области систем автоматического управления и может быть использовано для управления объектами в химической и других отраслях промьшшенности.Цель изобретения - повышение точности системы в условиях нестационарного по статической характеристике объекта управления и высокого уровня действующих на него возмущений значительной интенсивности. Система содержит измеритель 1 рассогласования, регулятор 2, блоки 3 и 24 умножения,сумматоры 4 и 9, объект 5 управления, блок 6 самонастройки, корректирующий фильтр 7, датчик 8 внешнего возмущения . Система построена на основе комбинированного принципа и включает разомкнутый и замкнутый контуры регулирования, блок самонастройки разомкнутого контура и цепь стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы. Разомкнутый контур,включающий блоки 8, 7, 4 и 5, предназначен для компенсации контролируемых возмущений. Блок 6 самонастройки повьшгает качество работы разомкнутого контура в условиях нестационарности статической характеристики объекта. Цепь стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы, включающая блоки 8, 9, 7, 3 и 24, повьш1ает качество работы замкнутого контура регулирования при неизменных настройках регулятора и управления нестационарным по статической характеристике объектом. 5 ил. Sfi (Л с со 00 О5 со СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 Ч

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4075718/24-24 (22) 13.06.86 (46) 07.04.88. Бюл. Ф 13 (72) В.Г.Брусов (53) 62.50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР по заявке У 3850232/24-24, кл. G 05 В 13/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР по заявке N- 4053276/24-24, кл. G 05 В 13/00. 1986. (54) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА

КОМБИНИРОВАННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ (57) Изобретение относится к области систем автоматического управления и может быть использовано для управления объектами в химической и других отраслях промышленности. Цель изобретения — повышение точности системы в условиях нестационарного по статической характеристике объекта управления и высокого уровня действующих на него возмущений значительной интенсивности. Система содержит измеритель 1 рассогласования, регу„„SU„, 1386957 А1 лятор 2, блоки 3 и 24 умножения,сумматоры 4 и 9, объект 5 управления, блок 6 самонастройки, корректирующий фильтр 7, датчик 8 внешнего возмущения. Система построена на основе комбинированного принципа и включает разомкнутый и замкнутый контуры регулирования, блок самонастройки разомкнутого контура и цепь стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы. Разомкнутый контур,включающий блоки 8, 7, 4 и 5, предназначен для компенсации контролируемых возмущений. Блок 6 самонастройки повышает качество работы разомкнутого контура в условиях нестационарности статической характеристики объекта.

Цепь стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы, включающая блоки 8, 9, 7, 3 и 24, повышает качество работы замкнутого контура регулирования при неизменных настройках регулятора и управления нестационарным по статической характеристике объектом. 5 ил.

57! 13869

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для управления объектами в химической и других отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение точности системы в условиях нестационарного объекта управления и высокого уровня действующих на него возмущений.

На фиг, 1 представлена блок-схема предлагаемой самонастраивающейся системы комбинированного регулирования, на фиг. 2 — структурная схема систе15 мы на фиг. 3 — блок-схема реализации логических блоков системы, на фиг. 4 — принципиальная схема пневматического ПИ вЂ регулято на фиг.5 элект,-.ическая схема ПИД-регулятора.

Система включает измеритель 1 рассогласования, регулятор 2, блок 3 умножения, сумматор 4, обьект 5 управления, блок 6 самонастройки, коррекгирующий фильтр 7, датчик S внешнего возмущения, сумматор 9, блок 10 умножения, блок 11 выделения модуля, блок 12 дифференцирования, блок 13 выделения модуля, блок 14 дифференцирования„ блок 15 выделения модуля, логические блоки 17-19, блок 20 выделения модуля, блок 21 деления, управляемый ключ 22, блок 23 памяти и блок 24 умножения.

Блок-схема реализации логических блоков системы включает компаратор

25, управляемый ключ 26, компаратор

27, управляемый ключ 28, компаратор

29, управляемый ключ 30, компаратор

31 и управляемый ключ 32.

Принципиальная схема пневматического ПИ-регулятора включает элемент

33 сравнения, дроссельный сумматор

34, элемент 35 сравнения, усилитель

36 мощности, элемент 37 сравнения, емкость 38, запорный клапан 39 и отключающее реле 40. !

На фиг. 1-5 приняты следующие обозначения: g(t) — задающее воздействие; aZ(t) — отклонение выходного сигнала объекта от задания; С вЂ” управляющий сигнал С ь — задание для первого логического блока, С, — задание для второго логического блока;

С вЂ” задание для третьего логического блока; С вЂ” задание для четвертого логического блока, U,(t) — выход второго блока умножения, U,<(t) выходной сигнал третьего блока ум:-о-. жения; U (t) — выходной сигнал разомкнутого контура, x, (t) — основное контролируемое возмущение, х (t) — вход объекта по каналу управления, y(t) выход объекта управления, К (t) выходной сигнал блока памяти; U„(t) выходной сигнал третьего блока выделения модуля, ку,(t) — выходной сигнал первого блока выделения модуля, ьу (t) — выходной сигнал второго блока выделения модуля; Ь у,(t) — выходной сигнал четвертого блска выделения модуля, P сигнал пропорциональныи текущему значению регулируемого параметра; P — командный сигнал; ДД— регуг<ируемый дроссель, gU — регулиру-. емый дроссель; Р„,„ — выходной сигнал регулятора, П вЂ” внешний переключатель рода работы, "P" "А" — режимы работы регулятора "Ручное", "Автомат","Больше", "Меньше" — кнопки выбора знака приращения выходного сигнала в режиме ручного управления; U»„ напряжение внутреннего источника питания;

Р,, Р, P — обмотки и контакты реле; Rp, С вЂ” резистор и конденсатор интегратора ручного управления; +U

-U„ — опорные напряжения, МКД вЂ” модуль компенсации дрейфа; Д < — двуханодный стабилитрон; А,-А 6 — операционные. интегральные усилители, К<<—

BbICOKOOMHbIH eIIebIeHHbIH 1Ie3H< TOPI HH тегратора, С„- конденсатор интегратора; Нц — выходной сигнал интегратора (И-составляющая), К вЂ” общий коэффициент пропорциональности регулято-. ра; U „д — суммарный сигнал П. И, Дсоставляющих закона регулирования;

R>, С> — резистор и емкость аперио-. дйческого звена (фильтра), U< — сиг— нал-ограничитель выхода регулятора, Uorp — выходной сигнал ограничителя;

Л э Д диоды, Цнч э Uвч ограничения выхода интегратора ручного управления на нижнем и верхнем уровнях; F — сигнал рассогласования заданного и текущего значений параметра, К, — электронный аналоговый ключ.

Замкнутый контур регулирования содержит последовательно соединенные блоки 1-5, охваченные отрицательной обратной связью.

Ра.зомкнутый контур регулирования включает последовательно соединенные блоки 8, 7, 4 и 5. Управляющими сигналами замкнутого и разомкнутого контуров являются соответственно сигна—

1386957 лы U (t) и U (t). Блок самонастройки разомкнутого контура содержит блоки 11-20. Цепи стабилизации коэффи- циента передачи разомкнутой системы включают блоки 8, 9, 7, 3 и 24.

Система решает задачу управления нестационарным объектом, который в общем виде можно описать уравнением

10 а; у ()+y(t) =K,(t) + и x(t)

1ы!

+ d,(t) f,(t), где а °,К (t),d,(t) параметры объек- 15 та управления регулируемая величина входной сигнал объекта (управ- 20 ляющее воздействие); основное внешy(t) x(t) х (t) нее контролируемое возмущение 25 (возмущение по нагрузке), — внешнее неконтролируемое возмущение, 30

Рассматриваются нестационарные объекты следующего вида а К (t) а, = const

h,y(t) = g(t) y(t)

/dy(t) j = 8, 45 где 3, — некоторая заданная положительная величина.

Система работает следующим образом.

Рассмотрим последовательную работу контуров системы. Разомкнутый контур формирует сигнал управления, пропорциональный величине основного внешнего возмущения х, (t). Для этого в блоке 21 формируется сигнал отношения величин, пропорциональных входным переменным, который через управУравнения (1) и (2) описывают движение объектов, нестационарных по статистической характеристике. Зада- 40 ча управления заключается в сведении до заданной величины ошибки регулирования ляемый ключ 22 поступает в блок 23 памяти. Сигналы, поступающие на первый и второй входы делителя 21, пропорциональны на практике (применительно, например, к области химической технологии) дозировкам соответственно реагента и сырья. Поэтому отношение сигналов, поступающее в блок

23 памяти, пропорционально отношению дозировок реагента и сырья. Запись входного сигнала блока 21 деления в блоке 23 памяти производится только в том.случае, когда блок 6 самонастройки выдает управляющий сигнал С на открытие ключа 22. Выходной сигнал К () блока 23 памяти поступает в блок 24 умножения, в котором формируется выходной сигнал U (t) разомкнутого контура.

Таким образом, выходной сигнал датчика 8 умножается в блоке 7 на некоторую величину (коэффициент передачи блока 7), которая между. актами самонастройки корректирующего фильтра 7 является величиной постоянной и хранится в блоке 23 памяти.

При самонастройке блока 7 коэффициент передачи его изменяется скачкообразно, так как при наступлении состояния квазистатики объекта новое отношение входных сигналов делителя

21, пропорциональное текущему соотношению дозировок реагента и сырья, пропускается через ключ 22 и запоминается в блоке 23 памяти. При работе системы все изменения величины х (t)

4 в определенном соотношении, равном коэффициенту передачи блока 7, отслеживаются величиной V (г.). Таким образом, корректирующий фильтр 7 ..представляет собой пропорциональное звено с переменным коэффициентом передачи, который имеет. кусоч— но-постоянный характер.

Блок 6 самонастройки работает следующим образом (фиг. 2).

Блок 16 служит для определения момента самонастройки. В блоках 17-19 проверяются условия квазистатики объекта управления. Операции, выполняемые в блоках 16 — 19, описываются соответственно формулами (3)-(6), /v,(t) I с.; (3)

ray(t) / - с,; (4) 1386957 (6)

Сигнал U,(г.) представляет собой реакцию замкнутого контура системы 5 на действие всех видов возмущений, изменяющих выход объекта. Если модуль указанной величины, получаемый в блоке 20, превышает некоторую заданную величину С (формула (3)) и при этом объект находится в состоянии квазистатики, т.е. выполняются (формулы (4)-(6)), равляющий сигнал С проходит первый

16, второй 17, третий 18 и четвер15 тый 19 логические блоки и поступает на управляющий вход ключа 22. Одновременно сигнал С поступает через второй вход в регулятор 2, где обнуляет интегральную составляющую сигнала U,(г.). Пусть регулятор 2 реализует ПИД-закон регулирования, тогда

U, (t) = (B, ь у () +В, f Ь у (".) 1:+ 25 (7) где B j В,  — настраиваемые параметры регулятора.

В Результате акта самонастройки корректирующего фильтра 7 величина

U,(t) определяется формулой

U,(t)= В,6 y(t)+B 1К (t) (8)

d(6 y(t))1

Переход системы управления на новое значение коэффициента передачи корректирующего фильтра не вызывает возмущения входного сигнала х() объекта 5. Действительно, при выполнении условий, проверяемых в блоках 16-19 системы, сигнал С открывает ключ 22, в результате чего сигнал x(t) после вычитания из него в сумматоре 9 величины U„> (t), проходит блок 21 деления, ключ 22, записывается в блоке

23 памяти, проходит блок 24 умноже1 ния и в виде сигнала Uz(t) поступает на второй вход первого сумматора

4. Операция обнуления И-составляющей приводит к тому, что условие, прове50 ряемое в первом логическом блоке 16, не выполняется, в результате чего сигнал С не проходит логические блоки 16-19 и управляемый ключ 22 за55 крывается. Таким образом, в блоке 23 памяти записано новое значение коэффициента передачи корректирующего фильтра 7. При этом первый выходной: сигнал регулятора 2 уменьшен, а выходной сигнал разомкнутого контура увеличен на величину И-составляющей выхода регулятора, имевшую место в составе выхода регулятора перед мо" ментом самонастройки.

Второй выход регулятора 2 определяется выражением (8), т ° е. представляет собой ПД-составляющую сигнала

U,(t), умноженную на величину К (t).

Сигнал U„A (t) вычитается в сумматоре

9 из сигнала x(t), Этим исключается двойное суммирование ПД-составляющей выхода регулятора 2 в сумматоре 4 и, следовательно, возмущение входа объекта.

Цепь, связывающая второй выход регулятора 2 с вторым входом сумматора

9, позволяет повысить т"чность рабо- ты системы за счет исключения возмущения входа объекта при адаптации фильтра 7, когда ПД-составляющая величины U,(t) отлична от нуля. При дальнейшей работе системы величина

U (с), как реакция замкнутого контура системы на отклонение y(t) от задания, изменяется. Когда модуль ука""-анного сигнала превысит заданное значение С, производится анализ условий квазистатики объекта .Управления. При наступлении квазистатического состояния объекта выполняется сле— дующий акт адаптации фильтра 7.

Величины С,, С,, С, С являются априорно настраиваемыми параметрами блока 6. Изменение величины выхода регулятора 2 с течением времени характеризует изменение динамических характеристик канала управления и (или) внешних условий функционирования системы. Величина модуля сигнала

U,(t) в состоянии квазистатики объекта 5 характеризует степень несоответствия управляющего сигнала x(t) величине основного контролируемого возмущения х,(t) в текущих условиях функционирования системы. Акт самонастройки фильтра 7 повышает качество компенсации на входе объекта возмущения х,(t) и, следовательно, качество работы всей системы в целом, так как часть возмущений, которая до этого проходила через объект, увеличивала дисперсию выходного параметра и нагружала обратную связь, будет скомпенсирована на входе его

Цепи стабилизации коэффициента пе.едачи разомкнутой системы вклю ают

1386957 блоки 8, 9, 21-24 и 3 и соответствующие им связи, Задача стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы рассматривается как часть задачи, сформулированной выше (формулы (1) и (2)). Пусть K„(t) — статистическая характеристика объекта

5 управления (нестационарный коэффициент передачи), К „ — коэффициент 10 передачи регулятора 2, К,(t) — коэффициент передачи разомкнутой системы.

Блок 3 умножения представим в виде усилителя, переменный коэффициент усиления которого заменяет второй входной сигнал блока 3. Задача стабилизации К (t) может быть сформулирована с(t;) Крег Ко (г- )

Для момента

Кмин К вЂ” К мак r

25

35

Формула изобретения

K(t;„) =K(t;)

К, — const

К p(t) Крег Kñð(t) КоБ () к,а к,(t) к,.

Требуется обеспечить Е -К, i P,, где К„„„, К „, — предельные значения Величины K Б(t) t К, К< пре дельные значения величины К р (), 8 — некоторое заданное положительное число..цепи самонастройки величины K (t)3 использованные в составе системы, позволяют решить указанную задачу.

Пусть t, (i=1 2,...,n) — моменты квазистатики объекта управления. Для момента

„(; ) =К (, ) K+(t;) где К „(t ) - — коэффициент передачи разомкнутого контура системы.

Для момента t, 06 +1 06 где С, — некоторая величина.

Тогда

)=К. () C, K (t;„).

В результате самонастройки коэффициента передачи фильтра 7 в момент

1+! т.е. в пределах некоторой допустимой погрешности, система посредством блока 6 обеспечивает постоянство коэффициента передачи разомкнутого контура.

Следовательно, К (t„,) = K „(t;).

Для разомкнутой системы в момент (при отсутствии блока 3) Из сравнения последних двух выражений, с учетом вышеприведенного выражения для К (t; ) следует, что для стабилизаций величины К,(t) достаточно умножить ее на величину K+(t).

После введения в систему блока 3 (фиг. 2) можно записать для момента с, К,,(t;) = К,,„К (t;) K„(t„), I

К,=Кр„. /К, (CU ) gJIH MQMPHTB (в предела.:.дойустимой погрешности самонастройки) к„(t )=ê„, к (t ) — „к., (t )с, 1

I т.е. K„(t;„) = Kp (t, ).

Таким образом, использование указанных цепей самонастройки позволяет решить сформулированную выше задачу стабилизации величины К р,(Г).

Третий блок 24 умножения (фиг.2) предназначен для обеспечения равенства ПД вЂ составляющ выходного сигнала регулятора при взаимной компенсации их в сумматоре 9.

Самонастраивающаяся система комбинированного регулирования, содержащая измеритель рассогласования,первый вход которого подключен к входу системы, регулятор, первый и второй сумматоры, объект управления, блок самонастройки, датчик внешнего возмущения, блок деления, управляемый ключ, блок памяти, первый и второй блоки умножения, причем выход второго блока умножения подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного выходом к входу делимого блока деления, выход которого соединен с информационным входом управляемого ключа,под1386957

1О ключенного выходом через блок памяти к первому входу второго блока умножения, второй вход которого соединен с входом делителя блока деления и с

5 выходом датчика внешнего возмущения, выход объекта управления соединен с выходом системы и с вторым входом измерителя рассогласования, подключенного выходом к первому входу блока самонастройки и к информационному входу регулятора, управляющий вход которого соединен с управляющим входом управляемого ключа и с выходом блока самонастройки, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности системы в условиях нестационарного объекта управления при высоком уровне действующих на него возмущений, в нее дополнительно введен третий блок умножения, подключенный выходом к второму входу второго сумматора, первый вход второго блока умножения соединен с первыми входами первого и третьего блоков умножения, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам регулятора, выход первого блока умножения подключен к второму входу блока самонастройки и к второму входу Первого сумматора, подключенного выходом к входу объекта управления.

1386957

)386957

Внешние цепи

Составитель Е.Власов

Редактор П. Пережи Техред М. Ходанич Корректор М.Максимишинец

Заказ i495/46 Тираж 866 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1(3035, Москва, Ж-ÇS, Раушская наб., д. 4/5

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