Самонастраивающаяся система комбинированного регулирования

 

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для управления технологическими объектами, в частности для регулирования нестационарных по статической характеристике объектов, функционирующих в условиях высокого уровня контролируемых шумов. Цель изобретения - расширение области применения системы. Система содержит измеритель рассогласования 1, регулятор 2, блок умножения 3, сумматоры 4, 9, 24, объект управления 5, блок самонастройки 6, корректирующий фильтр 7, датчик возмущения 8, блок 10 интегрального среднего, который включает блок скользящего интегрирования, усилитель, управляемый ключ, блок памяти, блок задержки. Блок интегрального среднего позволяет использовать в системе регуляторы как имеющие, так и не имеющие интегральной составляющей в законе формирования управления. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5g 4 G 05 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С©

4ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 412501 2/24-24 (22) 29,09.86 (46) 30.09.89. Бюл. Ф 36 (72) В.Г. Брусов, Е.А. Сухарев и 10.Д. Левичев (53) 62.50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1339494, кл. G 05 В 13/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР

II 1386957, кл. G 05 В 13/00, 1986. (54) САМОНАСТРАИВА10ЩАЯСЯ СИСТЕМА

КОМБИНИРОВАННОГО PEГУЛИРОВАНИЯ (57) Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для управления технологическими объектами, в частности для регулирования нестационарных по статической характеристи„„SU„„1511734 А 1

2 ке объектов, функционирующих в условиях высокого уровня контролируемых шумов. Цель изобретения — расширение области применения системы.

Система содержит измеритель рассогласования 1, регулятор 2, блок умножения 3, сумматоры 4,9,24, объект управления 5, блок самонастройки 6, корректирующий фильтр 7, датчик возмущения 8, блок 10 интегрального среднего, который включает блок скользящего интегрирования, усилитель, управляемый ключ, блок памяти, блок задержки. Блок интегрального среднего позволяет использовать в системе регуляторы как имеющие, так и не имеющие интегральной составляющей в законе формирования управления. 4 ил.

15117

Изобретение относится к области систем автоматического управления и может быть использовано для управления технологическими объектами, в частности, для регулирования нестационарных по статической характеристике объектов, функционирующих в условиях высокого уровня контролируемых шумов. 10

Цель изобретения — расширение области применения системы.

На фиг. 1 и 2 представлены соответственно блок-схема и структурная схема системы; на фиг. 3 — блок- 15 схема логических блоков; на фиг. 4 блок-схема скользящего интегрирования.

Система (Фиг. I. 2) включает следующие блоки: измеритель 1 рассогла- 20 сования, регулятор 2, блок 3 умножения, сумматор 4, объект 5 управления, блок 6 самонастройки, корректирующий фильтр 7, датчик 8 возмущения, сумматор 9, блок 10 интегрального среднего, блок 11 скользящего интегрирования, усилитель

12, управляемый ключ 13, блок 14 памяти, блок 15 выделения модуля, блок 16 дифференцирования, блок 1 ЗО выделения модуля, блок 16 дифференцирования, блок 19 выделения модуля, логические блоки 20-23, сумматор 24, блок 25 задержки, блок 26 выделения модуля, блок 27 деления, управляемый ключ 28, блок 29 памяти, блок 30 умножения.

Блок-схема логических блоков 2023 системы включает компаратор 31, управляемый ключ 32, компаратор 33, 40 управляемый ключ 34, компаратор 35, управляемый ключ 36, компаратор 37,. управляемый ключ 38.

Блок-схема скользящего интегрирования (фиг,4) содержит блок 39 за- д5 держки, сумматор 40, интегратор 41, На фиг. 1-4 приняты следующие обозначения: 8() — задающее воздействие ZY(t) — отклонение выходного

cHrH a объекта от задания С вЂ” управ 50 ляющий сигнал, С„ — задание для первого логического блока; С „ - задание для второго логического блока, С вЂ” задание для третьего логического блока, С вЂ” задание для четвер-55 того логического блока, 1T„(t) — выход второго блока умножения; u (1) выход первого блока умножения (управление, формируемое разомкнутым кон34 4 туром); Х,(t) — основное контролируемое возмущение; Х(t) — вход объ-. екта по каналу управления, Y(t) — выход объекта управления; К (t) — выходной сигнал первого блока памяти, 1. () — выходной сигнал третьего блока выделения модуля, Лу„(t) — выходной сигнал первого блока выделения модуля У (t ) в6Гходнои сигнал второго блока выделения модуля; gV>(t)выходной сигнал четвертого блока выделения модуля; dU>(t) — выходной сигнал сумматора 24, Система состоит из разомкнутого контура управления по возмущению, замкнутого контура управления по отклонению, цепей самонастройки разомкнутого контура, цепей стабилизации коэффициента передачи разомкнутой систеM3I о

Замкнутый контур регулирования содержит последовательно соедИненные блоки 1-5, охваченные отрицательной обратной связью, Разомкнутый контур регулирования включает последовательно соединенные блоки 8,7, 4,5.

Управляющими сигналами, формируемыми замкнутым и разомкнутым контурами, RBJIHRTcH соответственно сигналы

t,(t) и Г (с). Цепи самонастройки разомкнутого контура (фиг.2) содержат блоки 15-23, 26. Цепи стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы включают блоки 8, 9, 27-29,3.

Система работает следующим образом, Разомкнутый контур формирует сигнал управления, пропорциональный величине основного внешнего возмущения X „(t). Для этого в блоке 27 формируется сигнал отношения величин, пропорциональных входным переменным

X(t) и Х „(t) объекта 5, который через управляемый ключ 28 поступает в блок 29 памяти. Сигналы, поступающие на первый и второй входы блока 27 деления, пропорциональны на практике (применительно, например, к области химической технологии) дозировкам сырья и реагента, Поэтому отношение сигналов, поступающее в блок 29 памяти, пропорционально отношению дозировок реагента и сырья, Запись выходного сигнала блока 27 деления в блоке 29 памяти производится только в том случае, когда блок 6 самона151) 7

К

Т (1)

М где Т вЂ” величина интервала интегрии рования.

Выходной сигнал усилителя 12 U (t) будет определяться следующим выражением . С

V (t) = — j U,!8)dd . (2)

"1-т), Запись сигнала U (t) в блоке 14 памяти будет производиться только при поступлении управляющего сигнала С с блока 6 самонастройки. В этом слу50

55 стройки выдает управляющий сигнал на открытие ключа 28. Выходной сигнал К (t) блока 29 памяти поступает в блок 30 умножения, в котором формируется выходной сигнал U (t) разом5 кнутого контура. Таким образом, выходной сигнал датчика 8 умножается в блоке 3 на некоторую величину rC (t) (коэффициент передачи фильтра 7), ко- 10 торая между актами самонастройки корректирующего фильтра 7 является величиной постоянной и хранится в блоке 29 памяти. При самонастройке фильтра 7 коэффициент передачи его изменяется скачкообразно, так как при наступлении следующего состояния квазистатики объекта новое отношение входных сигналов блока 27 деления, пропорциональное текущему отно- 20 шению дозировок реагента и сырья, пропускается через ключ 28 и запоминается в блоке 29 памяти. При работе системы все изменения величины Х (t) будут в определенном соотношении, 25 .равном коэффициенту передачи фильтра 7, отслеживаться величиной U„(t), Таким образом, корректирующий фильтр

7 представляет собой пропорциональное звено с переменным коэффициентом передачи, который имеет кусочно-постоянный характер.

При использовании в качестве блока 2 регуляторов П, ПД, релейных и других, не имеющих в законе формиро35 вания управления И-составляющей, ее роль в системе будет играть выходной сигнал блока 10 интегрального среднего. Для этого сигнал 11,(t) интегрируется на скользящем интервале, затем усиливается в К раз и через упJ равляемый ключ )3 поступает во второй блок 14 памяти. Коэффициент усиле— ния блока 12 определяется выражением

dY,(t) = )dY(t)!! 4 (И1, d CJ Y(t)) з() (3) (4) (5) — 3(t) (6) В блоках 20-23 производится проверка условий, описываемых формулами (7) (8) (9) (1О) Блок 20 служит для определения момента самонастройки, В блоках 21-23 проверяются условия квазистатики. Если условие (7) выполняется, т.е. отклонение текущего интегрального среднего от интегрального среднего, записанного на предыдущем акте самонастройки фильтра 7 во втором блоке 14 памяти, превьппает заданную величину

С, и при этом объект находится в состоянии квазистатики, т.е, выполняются условия (8-10), то управляющий сигнал С проходит на выход четвертого логического блока и посту34 6 чае U (t) проходит ключ 13, записывается в блоке 14 памяти и поступает на входы сумматоров 4, 9> а также через блок 25 задержки на вход сумматора 24. Три указанных сумматора находятся в трех цепях прохождения и преобразования сигнала U,(t). Первый канал включает блоки 9 и 7. Он служит для формирования управляющего сигнала U (t) разомкнутого контура управления. Второй канал — это связь выхода блока 14 с третьим (инверсным) входом сумматора 4. Он служит для безударной самонастройки фильтра 7.Третья цель — связь выхода блока 14 (через блок 25 задержки) с вторым (инверсным) входом сумматора 24. Эта цепь служит для определения в сумматоре 24 отклонения текущего интегрального среднего, определяемого в блоках

11 и 12 от интегрального среднего, записанного в блоке 14 памяти. Выходной сигнал сумматора 24 анализируется затем в блоке 6 самонастройки.

Рассмотрим работу блока 6 самонастройки. Выходные сигналы блоков

15, 17, 19, 26 описываются соответственно следующими выражениями:

1511734 пает на управляющие входы ключей 13 и 28. При этом открываются ключи 13 и 28, пропускающие входные сигналы в соответствующие блоки 14 и 29 па5 мяти. Время прохождения и обработки сигнала через цепь, включающую блоки 9, 27, 28, и записи в блоке 29 памяти должно быть меньше, чем вре" мя прохождения и обработки того же сигнала через цепь, состоящую из блоков 25, 24, 26, 20, В противном случае запись сигнала в блоке 29 памяти может не произойти, или в нем может быть записан искаженный сиг- 15 нал, так как в результате нарушения условия, проверяемого в блоке 20, произойдет преждевременное закрытие ключа 28. Для согласования инерционностей указанных каналов служит блок 20

25 с априорно настраиваемым временем задержки. В результате акта самонастройки фильтра 7 в блоках 14 и 29 памяти будут записаны новые значения, соответственно интегрального среднего 25 сигнала U,(t) и коэффициента переда- чи разомкнутого контура K4(t), При этом в момент самонастройки сигнал

U (t) будет поступать на вход сумма3 тора 4 в составе сигнала U (t) и на 30 вход этого же сумматора (с обратным знаком) с выхода второго блока 14 памяти. Этим обеспечивается безударная самонастройка коэффициента передачи фильтра 7, По завершении записи указанных сигналов в соответствующих блоках памяти выходной сигнал сумматора 24 становится равным нулю вследствие равенства сигналов, поступающих с разными знаками на его входы. В ре- 40 эультате этого нарушается условие, проверяемое в блоке 20, вследствие чего ключи 13 и 28 закрываются. На этом заканчивается данный акт самонастройки фильтра 7. При дальнейшей 45 работе системы интегральное среднее сигнала U,(t) как основа результата реакции замкнутого контура системы на все виды воздействующих на объект

Ф возмущений проявляющихся в отклонеФ

50 нии выхода V(t) объекта от задания, будет изменяться. При выполнении условия, проверяемого в блоке 20, и нахождении объекта в состоянии квазистатики выполняется новый акт само55 настройки фильтра 7 и т.д.

Величины С, С1, С и Сз являются априорно настраиваемыми параметрами блока 6. Изменение величины текущего интегрального среднего с течением времени характеризует изменение характеристик канала управления и/или внешних условий функционирования системы, Величина U,(t) в состоянии квазистатики характеризует степень несоответствия управляющего сигнала .X(t) величине основного контролируемого возмущения

Х „(г.) 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 передачи разомкнутой системы включают блоки 8,9,27-29 и 3. Указанные цепи позволяют решить задачу стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы, Обозначим: К (t) — нестационарный коэффициент передачи объекта 5, К р„ — коэффициент передачи регулятора 2, К „ (t) — коэффициент передачи разомкнутой системы.

Блок 3 умножения представим в виде усилителя, переменный коэффициент усиления которого заменяет .входной сигнал блока 3. Пусть t „,(i

1,2,...,п) — моменты квазистатики объекта управления, в которые выполняется самонастройка фильтра 7; К р,(t)— коэффициент передачи разомкнутого контура системы.

Для момента t (i = 1,2,...,п, ° e î ° )

К,„(t) = К, (Е,) К (Е,.) (11)

Для t;

К.,(., ) = X„(t.,) г„, (12) где Г „- некоторая величина.

Тогда (13)

В результате самонастройки коэффициента передачи фильтра 7 в момент

t; к,(t;„) к (t.), (14)

1 т.е. в пределах некоторой допустимой погрешности система посредством блока 6 обеспечивает постоянство коэф1511734 фициента передачи разомкнутого контура.

Следовательно, К Ä(t;„) = KÄ(t,.) (15)

Для разомкнутой системы в момент t .

1 (при отсутствии блока 3) ,(;) = Кр г Ко (;)е (16)

Для момента

Кр,(Е;,,) = К, К (е,.). С,, (17)

Иэ сравнения (16) и (17) с учетом

14 становится очевидным, что для стабилизации величины К (t) достаточно 15 умножить ее на величину К < (t). После введения в систему блока 3 (фиг.2) можно записать для момента t,.

К„« „) = K Ky(t.,) К„(t,.), (8)gp где К,„= К„, /Ky(t,), для момента

Kpc(t,.„) = K К,.(е,). к . К (t ). <

Kp.«+ ) Крс(1). (19)

Выражение (19) показывает, что использование в системе второго блока 3 умножения и соответствующих свя- 30 зей позволяет решить задачу стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы.

Использование блока 10 в рассматриваемой системе позволяет определить 35 среднеинтегральную. основу управляющего сигнала U,(t) замкнутого контура, пересчитывать ее в параметрическое воздействие при адаптации коэффициента передачи разомкнутого контура, 4р проводимой в условиях нахождения объекта в кваэистатическом состоянии.

Поскольку выходной сигнал V,(t) блока 3 представляет собой реакцию замкнутого контура на все виды действующих на объект возмущений, проявляющихся в отклонении выходного сигнала 1(t) объекта от задания, то использование среднеинтегрального значения этого сигнала при адаптации разомкнутого контура означает учет указанной совокупности возмущений в новом значении настраиваемого. коэффициента передачи, т.е. адаптация коэффициента передачи разомкнутого контура позволяет учитывать в новом значении К,«) некоторый средний уровень действующих на объект шумов. Это дает возможность более точно, с учетом текущих условий работы объекта, компенсировать последующие изменения основного контролируемого возмущения Х «).

Самонастраивающаяся система комбинированного регулирования обладает более широкой областью применения, так как в ней предусмотрены средства, позволяющие испольэовать как регуляторы, имеющие интегральную составляющую в законе формирования управления, так и регуляторы, не имеющие ее.

Ф о р м ул а и з о б р е т е н и я

Самонастраивающаяся система комбинированного регулирования, содержащая измеритель рассогласования, подключенный первым входом к входу задания системы, а выходом — к первому входу блока самонастройки и к информационному входу регулятора, выход которого. соединен с первым входом блока умножения, подключенного выходом к первому входу первого сумматора, выход которого соединен через объект управления с вторым входом измерителя рассогласования, а второй вход первого сумматора соединен с первым выходом корректирующего фильтра, второй выход которого подключен к второму входу блока умножения, первый вход корректирующего фильтра подключен к выходу второго сумматора, второй вход корректирующего фильтра соединен с выходом датчика возмущения, управляющий вход корректирующего фильтра соединен с выходом блока самонастройки, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью расширения области применения системы, в йее введены блок скользящего интегрирования, усилитель, управляемый ключ, блок памяти, блок задержки и третий сумматор, причем выход блока умножения через последовательно соединенные блок скользящего интегрирования и усилитель подключен к первому входу третьего сумматора и информационному входу управляемого ключа,подключенного выходом к входу блока памяти, выход которого соединен с третьим входом первого сумматора, с первым входом второго сумматора и с входом блока задержки, подключенного выходом к второму входу третьего сумматора, выход которого подключен к второму входу блока самонастройки, ll 1511734 12 подключенного выходом к управляющему ход корректирующего фильтра соединен входу управляемого ключа, первый вы- с вторым входом второго сумматора. фиг. 2

1511734

Составитель Е. Власов

Редактор О. Спесивых Техред И.Верес Корректор M. Васильева

Заказ 5904!51 Тираж 788 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101