Система автоматического регулирования

 

Изобретение относится к области автоматического управления и регулирования и может быть использовано при построении систем управления техническими объектами, содержащими значительные запаздывания. Объект также подвержен влиянию неконтролируемых возмущений типа импульсов. Примером таких объектов может служить доменная печь. Целью изобретения является повышение точности системы. Цель достигается введением двух масштабирующих блоков 8 и 10 и блока 7 элементов задержки. Результаты имитационного моделирования показали достаточную эффективность предлагаемой системы автоматического регулирования при использовании для объектов с существенными запаздываниями, типа доменной печи. 1 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДП ЕЛЬСТВУ

I ил.

ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ОРИ ГННТ СССР (21) 4479073/24-24 (22) 20. 07 . 88 (46) 07.06.90. Бюл. М 21 (71) Кузнецкий металлургический ком бинат им. В. И. Ленина и .Сибирский металлургический институт им. Серго Орджоникидзе (72) А. E. Кошелев, С. Ф. Киселев, Л. П. Мышляев, В. П. Авдеев, В. И. Котухов и Г. Я, Анисимов (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 855607, кл. G 05,В 13/02, 1980. (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию

17.,80„„1569802 А 1 (g))g G 05 В 13/02

2 и может быть использовано при постр енин систем управления техническим., объектами, содержащими значительные запаздывания. Объект также подверж;:: влиянию неконтролируемых возмущеннР типа импульсов. Примером таких обь:-: тов может служить доменная печь. 1 елью изобретения является повышение точности системы. Цель достигается введением двух масштабирующих блок:"".

8 и 10 и блока 7.элементов задержка;и, Результаты имитационного моделирования показали. достаточную эфс >ективность предлагаемой системы автоматического регулирования при использовании для объектов с существенными заИ паздываниями, типа доменной печи. 9

1569802

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано при построении систем. управления техническими объБ ектами, содержащими. значительные запаздывания.

Динамика объекта описывается моделью вида где L(P) и И(Р) - полиномы от Р, причем степень полино- 5 ма L(P) не превышает степени полинома H(P); л — запаздывание °

Объект подвержен влиянию неконтроли- 20 руемых возмущений типа импульсов. Основная задача управления заключается М в отслеживании изменений задания y (t) на нерегулируемую выходную переменную

y(t), изменяя регулирующее воздействие U(t)..

Цель изобретения — повьп ение точности регулирования,"

Е1а чертеже приведена блок-схема системы автоматического регулирова- 3Q ния.

Система содержит исполнительный блок 1, объект 2 управления, первый

3 и второй 4 датчики, первый 5 и второй 6 фильтры низкой частоты, блок 7 З5 элементов задержки с первым. 7-1, вторым 7-2,..., j-м 7-j,..., n-м 7-п элементами задержки, первый масштабирующий блок 8, блок 9 масштабирующих элементов, содержащий первый 9-1, 40 второй 9-2,..., j-й 9-j,... è-й 9-п масщтабирующие элементы, второй масштабирующий блок 10, сумматор,ll, пропорционально-интегральный регулятор

l2, блок 13 сравнения и задатчик 14.

На схеме системы обозначено: y(t)— регулируемый выход объекта управления, y (t) - сигнал задания на величину регулируемого выхода объекта; U(t) регулирующее воздействие на входе объекта управления; p (t) — сигнал регулирующего воздействия, подаваемый на вход исполнительного блока; V(t) приведенное к управляющему входу объекта неконтролируемое возмущение; у (t+ ) и у" (+ ) — значения выхода объекта, прогнозируемые на момент времени (+ ), соответственно в предлагаемой и известной системах;

y(t + С ) — действительные изменения выхода объекта, представленные с упреждением на время запаздывания;

y„(t) и yg(t) — составляющие изменений выхода объекта, обусловленные . влиянием соответственно изменений регулирующего воздействия U(t) и неконтролируемого возмущения Ч();

Объект 2 управления представляет собой, например, доменную .печь. Регулируемой выходной переменной y(t} в этом случае является, например, показатель теплового состояния печи.

Регулирующим входным воздействием

U(t) служит, например, расход природного газа в дутье. Импульсный характер неконтролируемых возмущений V(t} здесь обусловлен, в- частности, соответствующими изменениями показателей качества шихтовых материалов.

Исполнительный блок 1 представляет собой, например, систему автоматического регулирования расхода природного газа в дутье доменной печи, на вход которой подается регулирующее воздействие p(t), представляющее со-, бой задание на абсолютную величину расхода природного газа или на его долевое содержание в объеме дутья, подаваемого в печь.

Первый датчик 3 представляет собой, например, дифманометр мембранный бесшкальный с электрическим выходом, а второй датчик 4 — систем контроля теплового состояния доменной печи по температуре фурменных зон, Система регулирования работает следующим образом.

Сигнал о прогнозируемой величине выхода объекта у (t + ), поступающий с выхода сумматора ll, н блоке 13

Ф сравнения вычитается иэ сигнала у (t) о текущем задании на регулируемый выход объек та, по с туп ающего с выхода задатчика 14. Сигнал о полученной ошибке поступает на вход пропорционально-интегрального регулятора 12.

На выходе регулятора формируется скгнал p(t), преобразуемый исполнительным блоком в регулирующее воздействие

U(t) объекта управления. Если передаточная функция исполнительного блока близка к единице, то U(t) p(t).

Сигнал у.(t) о текущем значении выхода объекта поступает с выхода второго датчика 4 через последовательно соединенные второй фильтр 6 низкой частоты, предназначенный для подавления

5 1 высокочастотной измерительной помехи, и второй масштабирующий блок IO на один из входов сумматора I I, В масштабирующем блоке 10. этот сигнал умножается на постоянный коэффициент С, величина которого показывает, в какой мере значение выхода в момент времени (t + ) определяется его текущим значением y(t), т. е. осу" ществляется прогнозирование свободной составляющей изменений выхода:

Величина коэффициента С определя 2 ется динамическими характеристиками объекта. В частности, если объект управления может быть представлен моделью в ниде последовательно соединенных звена запаздывания и апериодического звена с передаточной функцией вида: и.

Ч(Р) = е где k и Т вЂ” соответственно коэффициент усиления и постоянная времени инерции, 30 л, С

569802 б

U(t) последовательно проходит все и элементов задержки блока 7 элементов задержки, задерживаясь в каждом из элементов на интервал времени Ь, и, Таким образом, на выходе любого

j-ro элемента 7-у задержки формируется сигнал U(t — j & ), подаваемый на последующий элемент задержки и на со10 ответствующий элемент 9-j масштабирования. С выхода элемента 7-и sapepaки сигнал подается только на вход элемента 9-п масштабирования. В первом масштабирующем блоке 8 сигнал Б(й

15 умножается на масштабнрующий кс-:„Ьб.. циент С,, а в масштабирующих элем-.--г тах 9-1, 9-2>...,9-j,...,9-п соответствующие сигналы U(t — Ьь ), U(t

2 & ),...,U(t — д &с)...;,U(t — п& )

20 умножаются соответственно на весовые коэффициенты С ц, С,,. ° .,С1,...,С, Величины коэффициентов С н, С,,..., С,,..., С„, определяются в соответст"вии с весовой функцией управления, в

25 частности для объекта в виде последовательно соединенных апериодического и запаздывающего звеньев. !

<, 1т

С = е

Сигнал,U(t) о фактически реализованном регулирующем воздействии поступает с выхода первого датчика 3 через первый фильтр 5 низкой частоты, где усредняется на интервале времени на вход первого масштабирующего л блока 8 и на вход первого элемента

7-1 задержки блока 7 элементов задержки. Постоянная времени Т инерции этого звена может быть выбрайа из условия Л, 3Т р

В первом элементе 7-1 задержки сигнал задерживается на время Ь с . Сигнал U(t — Ль ) с выхода, элемента 7-1 задержки поступает на вход первого элемента 9-1 масштабирования блока 9 элементов масштабирования и на вход второго элемента 7-2 задержки, где задерживается еще на интервал времени

6с. Сигнал U(t " 2 Ь | ) с выхода второго элемента 7-2 задержки поступает на вход второго масштабирующего элемента 9-2 и на вход третьего элемента

7-3 задержки и так далее. T.е. сигнал

К - & /Т

С = — е

Ч Т

В результате суммирования сигналов с выходов первого масштабирующего . блока 8 и масштабирующих элементов

9-1, 9-2,...,9-п, выполняемого в сумматоре 11, формируется прогнозируемое значение вынужденной составляющей

40 л, изменений у &(С + (i ) под влиянием регулирующих воздействий, реализованньж на интервале запаздывания

Величина интервала & = о /п. Выбор

50- числа п дискретных интервалов при аппроксимации интервала запаздывания

, можно осуществлять по рекомендациям.

Фо рм ул а и s о б р е т е н ия

Система автоматического регулирования, содержащая первый и второй. датчики, первый и второй фильтры низкой частоты, последовательно сбединенные

1569802

Составитель А. Лащев

Редактор И. Дербак Техред И,Дндык Корректор Л. Бескид

Тираж б67

Подписное

Заказ l449

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 задатчик, блок сравнения, пропорционально-интегральный регулятор, испол- . нительный блок и объект управления, сумматор, причем входы первого и второго датчиков подключены соответствен$ но к входу и выходу объекта управления, а выходы первого и второго датчи.ков подключены к вхоцам соответственно первого и второго фильтров низкой !

О частоты, выход сумматора соединен с .вторый входом блока сравнения, о т,л и ч.а ю щ а я с я тем, что,. с целью повьпшения точности системы, в нее— введены первый и второй масштабирую (5 щие блоки, и последовательно соединенных элементов задержки и и масштабирующих элементов, причем вход каждого из: масштабирующих элементов подключен к выходу соответствующего..по номеру элемента задержки, вход первого из которых соединен с входом первого масштабирующего блока и подключеи к выходу первого фильтра низкой частоты, вход второго масштабирующего блока подключен к выходу второго фильтра низкой частоты, выходы первого и второго масштабирующих блоков, а также выходы масштабируюших элементов подключены к соответствующим входам сумматора.