Прогнозирующий регулятор
Изобретение относится к самонастраивающимся системам управления. Изобретение позволяет упростить прогнозирующий регулятор и повысить его надежность. Прогнозирующий регулятор содержит блок 1 сравнения, два фильтг ра 2 и 16 низкой частоты, обратную модель 3 объекта без запаздьгеания, пять сумматоров 4, 6, 13, 15 и 17, экстраполятор 5, инерционный блок 8, пять масштабирующих блоков 9, 12, 14, 18 и 19, блок 10 регулирования и два блока 11 и 20 задержки. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
86958 А1 (19) (11) (g1) 4 G 05 В 13/02
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
3 (р
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕПЬСТВУ " tt » ::,. /
И!
Ц(Е / (21) 4086605/24-24 (22) 07.07.86 (46) 07.04.88. Бюл. У 13 (71) Кемеровское научно-производственное объединение "Промавтоматика" (72) Л.П. Мьппляев, Ш.P. Нугаев, С.Ф. Киселев и О.И. Уланов (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
В 699490, кл. С 05 В 13/02, 1978.
Авторское свидетельство СССР
Ф 815713, кл. G 05 В 13/02, 1979. (54) ПРОГНОЗИРУЮЩИЙ РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к самонастраивающимся системам управления.
Изобретение позволяет упростить прогнозирующий регулятор и повысить его надежность. Прогнозирующий регулятор содержит блок 1 сравнения, два фильт-. ра 2 и 16 низкой частоты, обратную модель 3 объекта без запаздывания, пять сумматоров 4, 6, 13, 15 и 17, экстраполятор 5, инерционный блок 8, пять масштабирующих блоков 9, 12, 14, 18 и 19, блок 10 регулирования и два блока 11 и 20 задержки. 1 ил.
1386958
Изобретение относится к самонастраивающимся системам управления и может быть использовано для построения систем управления техническими объектами, содержащими значительные запаздывания и подверженными влиянию неконтролируемых внешних воздействий, Цель изобретения — упрощение регуЛятора. 10
Динамика объекта по каналам регулирования достаточно хорошо аппроксимируется оператором
К -Р"
4(p) =; — — е тр+1 коэффициент усиления К и постоянные времени Т,Г которого незначительно меняю- я в течение длительности протекания переходного процесса. Харак- ".0 теристики объекта управления па отношению к контролируемым внешним воздействия изменяются существенна. Характеристики внешних сил претерпева— ют также существенные изменения на ин-25 терв лах времени длительностью Г . За. да;а управления состоит в обеспечении инвариантности регулируемой координаты от внешних сил. Один из подходов в таких ситуациях состоит в кос- 30 венном измерении характеристик внешних сил, прогнозировании результатов этих измерений на интервал длительности Г и использовании полученных оценок в функции управления.
На чертеже приведена блок-схема прагнозирующего регулятора.
На чертеже обозначены; y(t) — выходной сигнал объекта; у,,(t) — сигнал задания; F! (t) — сигнал сглаженной и 4G ошибки регулирования; U 45 сигнал сглаженного фактически реализованного управления„ о U(t) — сигнал корректировочного управления. Прогнозирующий регулятор содержит блок 1 сравнения, первый фильтр 2 низ:<ай частоты, обратную модель 3 объекта без запаздывания, первый сумматор 4, экстраполятор 5, второй сумматор 6, исполнительный 7, инерционный 8 и четвертый масштабирующий 9 блоки, блок 10 регулирования, первый блок 11 3 задержки, третий масштабирующий блок I 2, четвертый сумматор 13, первьп масштабирую яй блок 14, пятый сумматор 15,, ь. с,loA фильтр 16 низкаР: а.." ты, третий сумматор 1/, второй 18 и пятый 19 масштабирующие блоки 19 и второй блок 20 задержки. Зкстрапалятор 5 реализуется, например, в виде реального форсирующего звена. Инерционный блок 8 реализуется в виде инерционнога звена первого порядка. Обратная модель 3 объекта без запаздывания реализуется в виде пропорционально-дифференциального звена. Блок 10 регулирования реализует, в частности, пропорциональный. закон регулирования. фильтры 2 и 16 низко."; частоты реализуются в виде инерционных звеньев первого порядка. Исполнительный блок 7 может быть представлен системой дозиравания сыпучих материалов. Такие блоки широка распростране ны в прамышленнс;сти в -.,B.còHç:!, в ".ерной металл рг-. и. Прагнозирующий регулятср работает следующим образам. Измеряе." .: зыходнай сигнал абъек в блоке 1 -:-:.ения в " лта-.тся ..:=-: с-, ;ала а его -=; aèíñ -.,нач-:-.и .. Сиг а .-алученнс и разно т-!:п.раходит че первый филь:: 2 низкой частоты, падавляюп;ий вы окочастатную составляющук сигнала, что повышает гочнасть его 3 hH ÉtLPA G5p36OTK1:.. С выхода фильтра 2 низкой частоты сигнал преобразуется обратной моделью 3 объекта без запаздывания, а получ.;..-ный на ее выходе сигна апгебраичес-. ки суммируется в первом сумматоре 4 с выходным сигналом первого блока 11 задержки. На вход первого блока 11 задержки поступает сигнал о реализованном в исполнительном бла.-е 7 управления, измерительная помеха которого подавляется во втором фильтре 16 низкой частоты. В результате на выходе первого сумматора 4 фармиру9 ется сигнал U (t) абразпавого управления, восстановленного с запаздыванием с Далее сигнал U (., » экстрапалято"ре 5 преобразуется в сигнал экстраполированного образцового управления на текущий момент времени с.. Зтот сигнал корректируется во втором с.:мматаре 6 алгебраическим сложением с корректировочным сигналом о U (с), поступающим из блока 10 регулирования. Скарректи рованный таким образом сигьа.1, да 1386958 Остальные блоки прогнозирующего регулятора предназначены для выработ ки корректировочного управления Fv(C) . по разности между фактически реали5 зованным и образцовым управлением на интервале времени до момента (t-() и по разности между фактически реализованным и экстраполированным образцовым управлением на интервале време-10 ни от (t-(,) до Линейный экстраполятор, в частности в виде реального форсирующего звена, позволяет выработать корректировочное управление по разностям уп- 15 равлений только в двух моментах времени при t-Г и t без запоминания траекторий управления на всем интервале памяти объекта. Правомерность такого упрощения видна из следующих выкладок. Уравнение в изображениях для части блок-схемы, которая формирует сигнал SU(t), для предлагаемого прсгнозирующего регулятора имеет вид Bv(p)=K„K,„(и,(р) 6(р)е((,(р)и (p)j+ +к;, KÄ E„(р), 30 в котором передаточные функции определены выражениями (2) 1-k,v ехр(-п(..) k(,в ехр(-р т > ) 35 1 - р+1 (p) = K---в е 9 р Тр +1 Т р+1 где К, Кзр К о р К qz p K ((-р К(в К, — ко40 фициенты усиления; Т, 0> Т, с„, / "z0 р — постоянные времени для блоков с соответствующими номерами. Для известного пронозирующего ре>лятора управление формирования сиг.:;-.-.а коррекции управления в изобра;. =ниях имеет вид 50 (n™) — p+ 1 С„т П (р} е "(Р) р,=О TÑÐ P+ (Iv (р)-е Р Б(р)j, (5) 8v{I)) = h Тр+1 55 где Т вЂ” постоянная времени, общая Ф для всех экстраполяторов; m+1 - нс".::ер элемента в блоке эле, -св задержки; и — число отрезков дискретизации интервала запаздывания; С, — коэффициенты масштабирующих элементов и пропорционального (=exp(-(/Т); С =- ) ™ (6) Так как параметры в (2) — (4) вьби-раются следующим образом K„=1/К; К(, = " К(2 К(в Р К14 Кс/пр 1 Г К - — — — (I— 8 1 gч) 1 — Г и 1 1 — 1 n I — ) 1 К = — ----- 1 Че) то уравнение (2) эквивалентно уравнению (5}. Тем самым известный и предлагаемый прогнозирующие регулято )ы эквивалентны. В предлагаемом прогнозирующем регуляторе сигнал корректировочного правления () Б(С} формируется следующим образом. В третьем сумматоре 17 из сигнала б Б((.) вычитается выходной сигнал первого блока 11 задержки, умноже»ный на коэффициент в третьем масштабирующем блоке,, а палученнь)й сн.- ал суммируется с выходным сигналом тьего сумматора 17, умноженным »„ :оэффициент во втором масштабирую(j t . щем блоке 18 и задержанным на время во втором блоке 20 задержки. В четвертом сумматоре 13 выходной сигнал экстраполятора 5, умноженный на коэффициент Кв в четвертом масштабирующем блоке 9 с ь(мируется с сиг.в р налом U (t), преобразованным в инерционном блоке 8 с передатсчнс.-". функцией Кв/(Т, р+1), где Кв К даны фор мулами (7). Из полученного результата вычитается выходной сигнал четвертого масштабирующего блока 14 и умножается на коэффициент К(/и. Результат пь.едставляет собой (асть ксрректирсво: кого сигнала F U(t), обусловленную разностью между фактически,"еализсванныь(и :-.ксг— раполированным образцовым пэавле-:.-.-. на ин ерва"е времени ст ",,-") дс звена. В силу того, что динамическая часть объекта представлена инерционным звеном первого порядка, коэффициенты в (5) определяются равенствами 1386958 Формула и з о б р е т е н и я Составитель А, Лащев Техред М. Ходанич Корректор Л. Пилипенко Редактор П. Гереши Заказ 1495/46 Тираж 866 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 Этот сигнал в пятом сумматоре 15 суммируется с выходным сигналом первого фильтра 2 низкой частоты, умноженным в пятом масштабирующем блоке 19 на коэффициент и представляющим собой часть корректировочного сигнала 30(г), обусловленную разностью между фактически реализованным и образцовым управлением на интервале времени до 10 момента t-Г„ Выходной сигнал пятого сумматора 15 является величиной корректировочного управления в масштабе выхода объекта. В блоке 10 регулирования этот сигнал преобразуется в масштаб управления и подается на вход второго сумматора 6. В р зультате упрощений количество блоков в предлагаемом прогнозирующем 20 регуляторе постоянно (20). Оно значительно меньше, чем в известном прогнозирующем регуляторе, количество блоков которого пропорционально числу и, зависящему от требуемой точности вычислений. Например, при n=20-40 известный регулятор содержит 13+4n=93-173 блока, т.е. число блоков уменьшено в 5-8 раз, что существенно упрощает прогнозирующий регулятор и соот- 30 ветственно повышает его надежность. Прогнозирующий регулятор, содержащий первый блок задержки, экстраполятор, блок регулирования, инерционный блок, последовательно включенные блок сравнения, первый фильтр низкой частоты, обратную модель объекта без запа- 40 здывания и первый сумматор, последовательно включенные второй сумматор, исполнительный блок, второй фильтр низкой частоты, третий сумматор, четвертый сумматор и первый масштабирующий блок, последовательно включенные второй-масштабирующий блок и второй блок задержки, соединенный выходом с другим входом третьего сумматора, подключенного выходом к входу второго масштабирующего блока, выход второго фильтра низкой частоты соединен через первый блок задержки с вторым входом первого сумматора,. выход экстраполятора соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока регулирования, первый и второй входы прогнозирующего регулятора соединены соответственно с первым и вторым входами блока сравнения, выход исполнительного блока подключен к выходу прогнозирующего регулятора, отличающийся тем, что, с целью упрощения регулятора„ введены третий и четвертый масштабирующие блоки, последовательно включенные пятый масштабирующий блок и пятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого масштабирующего блока, а выход соединен с входом блока регулирования, выход первого фильтра низкой частоты соединен с входом пятого масштабирующего блока, выход первого блока задержки через третий масштабирующий блок соединен с третьим входом третьего сумматора, выход первого сумматора подключен к входу экстраполятора и через инерционный блок к второму входу четвертого сумматора, выход экстраполятора соединен через четвертый масштабирующий блок с третьим входом четвертого сумматора.
