Самонастраивающаяся система комбинированного регулирования

 

Изобретение относится к области самонастраивающихся систем автоматического управления, может быть использовано для управления объектами в химической и других отраслях промышленности и является дополнительным изобретением к авт.св. № 1339494. Цель изобретения - повышение точности самонастраивающейся системы комбинированного регулирования при действии на объект управления с нестационарной статической характеристикой возмущений значительной интенсивности . Система содержит измеритель рассогласования 1, регулятор 2, сумматоры 3,4,5 и 6, объект управления 7, датчик внешнего возмущения 8, блок самонастройки 9, корректирующий фильтр 10, компенсатор 11, включающий блок обратной модели, блоки умножения , сумматор, блок коррекции, интегратор, управляемый ключ, блок памяти. Введение блока умножения с соответствующими связями позволяет решить задачу адаптации коэффициента передачи блока обратной модели при действии на нестационарньй объект управления 7 неконтролируемых воз- .мущений. 10 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1388826 А 2 (51) 4 G 05 В 13/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1339494 (21) 4119123/24-24 (22) 15.09.86 (46) 15.04.88. Бюл. Р 14 (72) В.Г.Брусов, Е.А.Сухарев и Ю.В.Сметанин (53) 62.50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1339494, кл. С 05 В 13/00, 1985. ти самонастраивающейся системы комбинированного регулирования при действии на объект управления с нестационарной статической характеристикой возмущений значительной интенсивности. Система . содержит измеритель рассогласования 1, регулятор 2, сумматоры 3,4,5 и 6, объект управления

7, датчик внешнего возмущения 8, блок самонастройки 9, корректирующий фильтр 10, компенсатор 11, включающий блок обратной модели, блоки умножения, сумматор, блок коррекции, интегратор, управляемый ключ, блок памяти. Введение блока умножения с соответствующими связями позволяет решить задачу адаптации коэффициента передачи блока обратной модели при действии на нестационарный объект управления 7 неконтролируемых возмущений. 10 ил. ! (54) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА

КОМБИНИРОВАННОГО РЕ ГУЛИРОВАНИЯ (57) Изобретение относится к области самонастраивающихся систем автоматического управления, может быть использовано для управления объектами в химической и других отраслях промышленности и является дополнительным изобретением к авт.св. У 1339494.

Цель изобретения — повышение точносОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

1388826. Изобретение . относится к самонастраивающимся системам автоматического управления и может быть использовано для управления, объекта5 ми в химической и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение точности системы при действии на объект управления с нестационарной 1 статической характеристикой возмущений значительной интенсивности.

На фиг.! представлена блок-схема предлагаемой самонастраивающейся системы комбинированного регулирования; на фиг.2 — структурная схема системы; на фиг.3 — основные цепи компенсатора, снижающие чувствитель" ность системы к неконтролируемым возмущениям; на фиг„4 — 6 — блок- 2р схемы реализации обратной модели объекта; на фиг.7 — блок-схема реализации логических блоков системьц ка фиг.8 — блок-схема реализации операции интегрирования на скользя- 25 щем интервале, ка фиг.9 — принципиальная схема пневматического ПИрегулятора; .на фиг.!Π— электрическая схема ПИД-регулятора.

Система (фиг. 1 и 2) содержит измеритель 1 рассогласования, регулятор 2, сумматоры 3 - 6, объект 7 управления, датчик 8 основного внешнего контролируемого возмущения, блок 9 самонастройки, корректирующий фильтр 10, компенсатор 11, блок 12 выделения модуля, блок 13 дифференцирования, блок 14 выделения модуля, блок 15 дифференцирования, блок 16 выделения модуля,j логический блок 40

17, логический блок 18, логический блок 199 логический блок 20, блок

21 выделения модуля,, блок 22 деления, управляемый ключ 23, блок 24 памяти, блок 25 умножения„ блок 26 задержки, 45 блок 27 обратной модели объекта, блок 28 умножения„ блок 29 умножения, сумматор 30, блок 31 коррекции, интегратор 32, управляемый ключ 33, блок 34 памяти.

Блок-схемы реализации обраткой модели объекта (фиг,4 — 6) содержат пропорциональные звенья 35 и 36, инерционно-дифференцирующее звено 37, сумматор 38, пропорциональное звено

39, инерционно-дифференцирующее зве-но 40, сумматор 41, пропорциональное звено 42,,инерционно-дифференцирующее звено 43, сумматор 44, инерционные звенья 45-47, блок 48 дифференцирования, пропорциональное звено 49, сумматор 50, блок 51 дифференциро" вания, пропорциональное звено 52, сумматор 53, блок 54 дифференцирования, пропорциональное звено 55, сумматор 56, пропорциональное звено 57.

Блок-схема реализации логических блоков системы (фиг.7) содержит компаратор 58, управляемый ключ 59, компаратор 60, управляемый ключ 61, компаратор 62, управляемый ключ 63, компаратор 64, управляемый ключ 65.

Блок-схема операции интегрирования на скользящем интервале (фиг.8) содержит блок 66 задержки, сумматор

67 и блок 68 инегрирования.

Принципиальная схема пневматического ПИ-регулятора (фиг.9) содержит элемент 69 сравнения, дроссельный сумматор 70, элемент 71 сравнения, усилитель 72 мощности, элемент 73 сравнения, емкость 74, эапорный клапан 75, отключающее реле 76.

На фиг.1 -10 приняты следующие обозначения: ay(t) — отклонение выходного сигнала от задания; С вЂ” управляющий сигнал; Со — задание для первого логического блока; С, — задание для второго логического блока;

С вЂ” задание для третьего логического 2 блока; С З вЂ” задание для четвертого логического блока; U,() — первый выходной сигнал регулятора; U «(t) второй выходной сигнал регулятора (сигнал ПД-составляющей закона ре" гулирования); U (t) — выходной сигнал разомкнутого контура; U(t) — совокупный управляющий сигнал разомкнутого и замкнутого контуров управления; Х,(t) †.основное контролируемое возмущение; X(t) — вход объекта по каналу управления; y(t) — выход объекта; A(t) — выход обратной моде- ли объекта; X(t) — выход второго блока умножения; Х,(t) — выход третьего блока умножения (т.е. оценка входа объекта; Х(), полученная посредством обратной модели с использованием самонастройки коэффициента ее передачи); f(t) — неконтролируемое возмущение f (t) — эквивалентное не9kS контролируемое возмущение, приведенное к входу объекта по каналу управления; f,(t) — выход пятого сумматора f (t) — выход блока коррекции экь (оценка эквивалентного неконтролируемого возмущения, приведенного к вхо1388826 ду объекта го каналу управления);

f(t) — усредненная на скользящем и и интервале о;ei «a f, „(t); f, (t) — выход второго блока памяти. Х (t)

Ф

5 выход датчика основного внешнего возмущения„ ",(".) — выходной сигнал блока ?1; лу (t) — выходной сигнал блока 12; 1 у „(t) — выходной сигнал блока 14; y;(t) — выходной сигнал блока 16; Р „ — сигнал. пропорциональный текущему значению регулируемого параметра; Р, — командный сигнал„ Р> — задание на регулятор", ДД вЂ” регулируемый дроссель, ДИ вЂ” регулируемый дроссель; Р,„,, -- выходной сигнал регулятора; П -- внешний переключатель рода работы, Р.„ А — режимы работы регулятора . у-тное, Авто.1 > мат ; Боль ue, "Меньше" — кнопки

10 выбора знака приращения выходного сигнала в режиме ручного управления;

Н„„ — напряжение внутреннего источника питания; Р,, P,, P — обмотки и контакты реле; R4 С P — резистор 25 и конденсатор интегратора ручного управления; +U,„, -U „ -опорные напряжения. МКД- — модуль компенсации дрейфа, Д., — двухаиод .ый стабилитрон; Л, -А, - операционные интегральные усH: тели; Н „ — высокоомный переменный резва о интегратора

С вЂ” конденсат р интегратора; Н„выходной сит .;ал ин — åãðàòîðà (И-составляющая); К вЂ” общий. коэффициент пропорциональности регулятора; U, 35 ланд суммарный сигнал П, И, Д-составляющих закона регулирования; R, Сф— резистор и емкость апериодического звена (фильтра); U — сигнал †огра- 40 читель выхода регулятора; Ua, — выходной сигнал ограничителя; Цz, Д диоды; U,, -U — сигналы ограничения выхода интегратора ручного управлeHaa Ha sr< Hei и = архнем уровняху 45

à — сигнал рассогласования заданного и текущего знач ния параметра К

У электр-.. нный -:налоговый ключ длительность H : ервяла усреднения в блоке 32: f, (с-7) — сигнал и л 50

f „„(), запаздывающий на время о

Система состоит из разомкнутого контура управления по возмущению, замкнутого контура по отклонению, цепеи самонастройки разомкнутого контура..-цепей расчета и компенсации эк;ивалентногo возмущения, приведенного к входу объекта по каналу управления, цепеи адаптации коэффициента усиления обратной модели обьекта.

Основное внешнее возмущение Х (t)

1 поступает на первый вход объекта 7 и вход датчика 8. На первый вход измерителя 1 рассогласования поступает -. ãòà,ee воздействие q(t), На тре. ьи вхсдь: логических блоков 17-20 поступают сигналы заданий, соответстзенно, С „ С, С 2 и С>, На первый вход первого логического блока 17 подается управляющий сигнал С. На третий вхс „ объекта поступает неконтрсл1груемое возмущение f(t), Замкнутый «онтур регупирсвания содержит последовательно соединенные блоки

2, 3 6 и 7, охваченные отрицател.. ной обр-тнсй =вязью. Разомкнутый коп p регулирования включает последовательно соединенные блоки 8, 10, 3, 6 и 7. Выходами замкнутого и разомкнутого контура являются соответственно cèãíàëû U (t) и U () .

Ниже представлена последовательно работа разомкнутого, замкнутoro контуров системы, а также работа компен-, -ора и цепей адаптации коэффициен: -аз передачи разомкнутого контура и обратной модели объекта.

Разомкнутый контур работает следующим образом. В блоке 22 формируется сигнал отношения величин, пропорциональных входным переменным, которнй .враз управляемый ключ 23 поступ .а- и первый блок 24 памяти. Сигналы, посту;ающие на первый и второй входы делителя 22, пропорциональны на практике (применительно, например к области химической технологии) дозировкам соответственно реагента и сырья. Поэтому отношение сигналов, поступающее в первый блок 24 памяти, пропорционально отношению дозировок реагента и сырья. Запись выходного сигнала блока 22 деления в блоке 24 памяти производится только в том случае, когда блок 9 самонастройки выдаат управляющий сигнал С на открытие ключа 23. Выходной сигнал блока

24 памяти поступает в блок 25 умножения, в котором формируется выходной сигнал U„(t) разомкнутого контура. Таким образом, выходной сигнал да-чика 8 умножается в блоке 10 на некоторую величину (коэффициент передачи блока 10), которая между актами самонастройки корректирующего фильтра 10 является величиной пос138882 тоянной и хранится в блоке 24. При самонастройке блока 10 коэффициент передачи его изменяется скачкообразно,так как при наступлении состояния кназистатики новое отношение входных

5 сигналов делителя 22, пропорционально текущему соотношению дозировок реагента и сырья, пропускается через ключ 23 и запоминается в первом бло- 1О ке 24 памяти. При работе системы все изменения величины X„{t) будут в определенном соотношении, равном коэффициенту передачи блока 10, отслеживаться величиной U. (t). Таким образом, корректирующий фильтр 10 представляет собой пропорциональное звено с переменным коэффициентом передачи, который имеет кусочнопостоянный характер. 20

Блок 9 самонастройки работает следующим образом.(фиг.2). Блок 17 служит для определения момента самонастройки. В блоках 18, 19 и 20 проBppHfoTcH jjcJIoBBR Kíàýèñòàòèêè объекта управления. Операции, выполняемые н блоках 17, 18, 19 и 20, описываются соответственно формулами (1-4), (U.(t) - f {t)(r С.; (11 (ay(t)I ° С,; ! d Г av(t)3 — — У вЂ” — --,(С

dt

d C y(t)j (, " Сз (2) (3) 35 (4) и

Сумма сигналов U,(t) и f „(t) представляет собой реакцию замкнутого контура системы н цепей компенсации 4О на дейстние всех видов возмущений, изменяющих выход объекта. Если мо-. дуль укаэанной суммы сигналов, получаемый в блоке 16, превышает некоторую заданную величину 0 (1) и при 45

I этом объект находится в состоянии кнаэистатики, т.е. выполняются усло вия (2,3,4), то управляющий сигнал

:С проходит первый 17,, второй 18, третий 19, четвертый 20 логические блоки и поступает на управляющие входы первого 23 н второго 33 управляемых ключей, Одновременно сигнал

С поступает в регулятор 2, где обнуляет интегральную составляющую сигна- 5

va U„(t). Пусть для конкретности регулятор 2 реализует ПИД-закон регулирования, тогда

6 6

U,(t)=8, у() В, (лу(.) +

+, d Х(»

+в,1 (5) где В „ В,  — настраиваемые параметры регулятора, В результате акта самонастройки корректирующего фильтра

10 неличина U„(t) будет определяться следующей формулой:

V,(t) =В ay(t) -В, — — - ° (6)

d Ca (c)3

1 dt

Переход системы и результате самонастройки корректирующего фильтра 10 на новое значение коэффициента его передачи, не вызывает возмущения входного сигнала X(t) объекта 7 ° При выполнении условий, проверяемых и блоках 17, 18, 19 и 20 системы, сигнал

С открывает ключ 23, н результате чего сигнал U(t) после суммирования с f(t) и вычитания иэ него н сумматоре 5 величины, определяемой выражением (6), проходит блок 22 деления, первый управляемый ключ 23, записывается в блоке 24 памяти, проходит первый блок 25 умножения и в виде сигнала U (t) поступает на второй вход первого сумматора 3, Операция обнуления И-составляющей приведет к тому, что условие, проверяемое в первом логическом блоке 17, не будет выполняться, н результате чего сигнал С не пройдет логические блоки

17, 18, 19 и 20 и управляемый ключ

23 закроется, Таким образом, н первом блоке 24 памяти будет записано новое значение коэффициента передачи корректирующего фильтра 10, При этом выходной сигнал

U,(t) регулятора 2 будет уменьшен, а выходной сигнал U () разомнутого контура увеличен на И-составляющую выхода регулятора, имевшую место в составе U,(t) перед моментом самонастройки. Второй выход U <(t) регулятора 2 определяется выражением (6), т ° е. представляет собой ПД-составляющую сигнала U,(t). Сигнал V ÄÄ(t) вычитается в сумматоре 5 из сигнала

U(c). Этим исключается двойное суммирование ПД-составляющей выхода регулятора 2 в сумматоре 3 и, следовательно, возмущение входя объекта.

Цепь, связывающая второй выход регулятора ? с BTopbIM входом сумматора 5, позволяет повысить точность работы

138882б системы за счет исключения возмущения входа объекта при адаптации фильтра 10, когда ПД-составляющая

U„(t) отлична от нуля. При дальнейшей работе величины U<(t) и Г, (t), как реакции соответственно замкнутого контура и цепей компенсации системы на отклонения у() от задания будут изменяться. Когда модуль ука- 10 занной суммы сигналов превзойдет заданную величину С, производится анализ условий квазистатики объекта управления, При наступлении квазистатичного состояния выполняется следую-15 щий акт адаптации фильтра 10. Величины С, С „ С, Сз являются априорно настраиваемыми параметрами блока

9. Изменение величины выхода регулятора 2 с течением времени характери- 20 зует изменение динамических характеристик канала управления И(ИЛИ) внешних условий функционирования системы. Величина модуля суммы сигналов И „(t) и 1,„ (t) в состоянии 25 квазистатики объекта 7 характеризует степень несоответствия управляющего сигнала X(t) величине основного контролируемого возмущения Х,(t) в текущих условиях функционирования системы. В результате самонастройки фильтра 10 повышается качество компенсации на входе объекта возмущения

Х () 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 его входе, 40

Компенсатор 11 работает следующим образом.

Компенсатор 11 предназначен для определения и компенсации эквивалентного возмущения, приведенного к входу объекта по каналу управления.

Цепи компенсатора, изображенные сов-. местно с замкнутым контуром управления (фиг.3), включает в себя блоки

2б, 27, 30 и 31. Они являются основой компенсатора (фиг.1 и 2) и в них

50 выполняется следующее: восстанавли" вается посредством блока 27 обратной модели вход объекта 7 из выходного сигнала объекта y(t), определяется разность действительного R(t) и восстановленного X(t) входов объектов посредством сумматора 30. Полученный сигнал разности пропускается через блок 31 коррекции и суммируется с выходом регулятора с целью компенсации эквивалентного возмущения, приведенного к входу объекта по каналу управления. Модель объекта сниГ X(t) мается по каналу (†††- y(t)1. Это

L Х,(t) удобно тем, что модель, снятая по указанному каналу, позволяет учитывать изменения обоих входных воздействий объекта X(t) и Х,(t). Выходом блока 27 обратной модели является сигнал оценки:

X(t)

N(t)

Х,(t) (7)

Блок 28 умножения служит для получел, ния из M(t) оценки входного воздейстл вия X(t) объекта 7.

Связь блока 32 с сумматором 5 служит для использования f(t) (скользящего среднего оценки эквивалентного возмущения) при адаптации коэффициента передачи корректирующего фильтра 10. Учет сигнала f(t), являющегося составной частью реакции объекта на все виды действующих на его выход возмущений, позволяет повысить качество адаптации коэффициента передачи разомкнутого контура.

Цепь, включающая блоки 33 и 34, предназначена для образования второго канала прохождения сигнала f(t) с целью исключения при самонастройке блока 10 возмущения их входа объекта.

Связь выхода блока 31 коррекции с входом сумматора 4 предназначена для использования оценки эквивалентного л возмущения f s(t) при определении необходимого условия адаптации, проверяемого в блоке 17, (фиг,2), Эта n связь необходима, так как Й „ (С) является составной частью сигнала оперативной реакции цепей системы на изменения выхода объекта.

Ниже приведено обоснование введения блока 29 умножения в состав компенсатора 11.

Приняты следующие обозначения:

t,„ — два последовательных момента квазистатики объекта 7 (фиг. 1 и 2), в которые происходит самонастройка фильтра 10, К, (t,.), К, (t,,„ ),, „(с ), К„„(е„,), К(т,), К+(„,) коэффициенты передачи объекта 7, разомкнутого контура (блоки 8, 10,7) и корректирующего фильтра 10 соответственно в моменты времени t,, t;+,.

1388826 10 ента передачи указанной цепи необходимо ввести цепь адаптации. Этой цели служит блок 29 умножения и связь выхода блока 24 памяти с вторым нхо5 дом блока 29. В этом случае

Поскольку объект нестационарен, то

1 (8) К.,(t,,„) =К,<(t,.)" „ где С вЂ” некоторая положительная

46 величина

К о.üÿ

М44 4В .

10 где К „„= К /K+(t,), Для момента

К р44(i) Kg(ti) 41н ( (16) K „(t;„)=K)(t;, Kg(t;)" 1о(" (17) В результате перестройки корректирующего фильтра 10 (н момент t, ) Ко, в4 (<- i44 ) (11) - =К.,(.-,);., К,« -) -„

l 10

"4," 44 К ф(" }) К Я В =K os (t; ) K К „= (18)

К о. вх (1)

Введение цепи адаптации, состоящей из блока 29 умножения и связи выхода блока 24 памяти с вторым входом блока 29, позволяет решить зада(12) чу адаптации коэффициента передачи обратной модели в занисимости от изменения коэффициента передачи объекта 7, что повышает точность оценки эквивалентного возмущения, приведенного к входу объекта по каналу управ30 ления, а это повьппает качество рабо" ты компенсатора. 11 и точность работы всей системы в целом„

К Ä(t;,„) = К Ä(t.,), так как цепи самонастройки фильтра 10 предназначены для стабилизации коэф.фициента передачи разомкнутого контура. Следовательно, из (9), (10) и (11) вытекает:

K+(t,.„) = К (t,,) ---.

Рассмотрим цепь, включающую блоки

7, 27 и 28. Выход блока 28 K(11) представляет собой оценку входа блока по каналу управления, Блок 28 умножения для удобства анализа заменен блоком усиления. Для простоты принято X,(t;)=K,(t; „), К„(,.)= Х,(t,.)=:К„. (13) 34

К,,„(,)=К, (,) -К . К„, (14) где К вЂ” коэффициент усиления обрат1 40 м ной модели объекта;

Для момента t;„ (1 >)

45 . Иэ сравнения данных (14) и (15) сле-, дует, что для стабилизации коэффици-

Коэффициент передачи К, в„ цепи (блоки 7, 27 и 28) н момент

К,,„{с,„)=K„(t;) ..„, К„ К„.

Формула изобретения

Самонастраивающаяся система комбинированного регулирования по авт.св. 9 1339494, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повьппения точности системы при действии на объект управления с нестационарной статической характеристикой возмущений значительной интенсивности, второй вход пятого сумматора соединен с выходом второго блока умножения через третий блок умножения, второй вход которого соединен с выходом первого блока памяти.

1388826

13ЯЯЯ26

«ф, »

РП

Ф4

Q + м, ) i388826

1388826

Рнешниеуепу

Редактор Ю. Середа

Заказ 1579/ч8 Тираж 866 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

II

I

Рl lg» !

Составитель Е.Власов

Техред Л.Сердюкова Корректор M,Äåì÷HK