Двухканальная система управления
Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для построения систем управления обьектами, имеющими основной и корректирующий управляющие входы. Изобретение позволяет повысить точность управления за счет введения новых блоков (два инерционных блока, два задатчика, модель объекта, блок определения экспоненты, четыре блока сравнения) и связей.2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (21) 4689535/24 (22) 12.05.89 (46) 15.06.91. Бюл. hh 22 (71) Сибирский металлургический институт им. Серго Орджоникидзе (72) Ю.C. Юсфин, А.П. Пухов, С.Ф. Киселев, В.Л. Королева, Ю,Н..Марченко, А.А. Столяр и И.Б, Ланковский (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
N- 1285430, кл. G 05 В 13/02, 1987.
Осмоловский П.Ф. Итерационные многоканальные системы автоматического управления. М.: "Cos. радио", 1969, с. 172, Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для построения систем управления объектами, имеющими два управляющих входа, причем один из них основной, а другой — корректирующий.
Постоянная времени основного канала управления больше, чем постоянная времени корректирующего канала управления.
Запаздывания в каналах управления примерно одинаковы. Зависимость между выходным сигналом Y объекта и управляющими воздействиями Uo u Uy в операторной форме имеет вид
У(р) =дъ(р)е " и. (р)+
+ус(р)е Р "Ок(р), где дЪ(р) и р< (р ) — дробно-рациональные части передаточных функций. основного и корректирующего каналов регулирования;
» . Ж 1656496 А1 (54) ДВУХКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для построения систем управления объектами, имеющими основной и корректирующий управляющие входы. Изобретение позволяет повысить точность управления эа счет введения новых блоков (два инерционных блока, два задатчика, модель объекта, блок определения экспоненты, четыре блока сравнения) и связей, 2 ил. г0 и т — время запаздывания в основном и корректирующем каналах регулирования, Моделями типа (1) можно описать процесс регулирования давления на колошнике доменной печи. В частности, выходной переменной объекта может. быть давление на колошнике доменной печи, основное управляющее воздействие — положение дроссельных заслонок в трубах большого диаметра, корректирующее управляющее воздействие — положение дроссельной заслонки в трубе небольшого диаметра.
Цель изобретения — повышение точности управления.
На фиг. 1 представлена блок-схема двухканальной системы управления; на фиг, 2 — блок — схема первого оценивающего блока.
На фиг. 1 и 2 обозначено: 0 — основное управляющее воздействие; E — ошибка регулирования; 0к — корректирующее управляю1656496
50 щее воздействие: U<" " — максимальное значение корректирующего управления; Y— выходная переменная; Rï* — базовое значение коэффициента интегрирования.
Двухканальная система управления содержит (см. фиг. 1): объект 1 управления, первый исполнительный блок 2, второй исполнительный блок 3, датчик 4 основного управления, датчик 5 регулируемой координаты, датчик 6 корректирующего управления, первый инерционный блок 7, третий сумматор 8, второй масштабирующий блок
9, первый оценивающий блок 10, второй блок 11 сравнения, первый блок 12 сравнения, первый задатчик 13, первую модель 14 объекта, блок 15 задержки, пятый блок 16 сравнения, вторую модель 17 объекта, шестой блок 18 сравнения, третий блок 19 сравнения, второй инерционный блок 20, четвертый блок 21 сравнения, блок 22 определения экспоненты, второй сумматор 23, первый сумматор 24, первый масштабирующий блок 25, второй оценивающий блок 26, третий задатчик 27, второй эадатчик 28.
Первый оценивающий блок 10 включает (фиг. 2) первый интегратор 29, блок ЗО умножения, ограничитель 31, шестой блок 32 сравнения, ключ 33, второй интегратор 34, второй блок 35 задержки, компаратор 36., блок 37 определения модуля и седьмой блок
38 сравнения, Двухканальная система управления работает следующим образом, Основное управляющее воздействие в основном контуре управления вырабатывается по величине ошибки регулирования. из которой расчетным путем с помощью первой модели l4 объекта исключаются эффекты управления корректирующего контура.
Для этого выход Y объекта 1 управления измеряется датчиком 5 регулируемой координаты и полученный сигнал в первом блоке
12 сравнения вычитается из сигнала первого эадатчика 13 о заданном значении выхода. С выхода первого блока 12 сравнения сигнал об ошибке регулирования о поступает на вход второго блока 11 "сравнения, где из него исключается сигнал Л Y<" об эффекте регулирования корректирующего контура, и полученный сигнал я " поступает на вход первого оценивающего блока 10, представленного фильтром низкой частоты с переменной скоростью интегрирования и сменой начальных условий.
Изменение скорости интегрирования и смена начальных условий в первом оценивающем блоке 10 выполняются следующим образом.
Сигнал к1 " с выхода первого оценивающего блока поступает на вход шестого блока 32 сравнения, где сравнивается с выходным сигналом е> первого оценивающего блока 10. Полученный сигнал через ограничитель 31 и блок ЗО умножения, где умножается на коэффициент К, поступает на первый вход интегратора 29 со сменой начальных условий. При увеличении Кн увеличивается скорость интегрирования и, следовател ьно, увеличивается быстродействие фильтра низкой частоты. При больших скачкообразных изменениях я1 " начальные условия в интеграторе меняются. Для этого сигнал с выхода шестого блока 32 сравнения поступает через интегратор 34 на восьмой блок 38 сравнения, где из него вычитается сигнал о значении выходного сигнала интегратора 34, задержанного во втором блоке 35 задержки на время tP, определяемого как время распознавания ступенчатого возмущения. С выхода седьмого блока 38 сравнения сигнал о полученной разности поступает через блок 37 определения модуля на вход компаратора 36. Если величина сигнала о разности с выхода седьмого блока 38 сравнения превышает допустимое значение, заданное компаратору 36, то с его выхода на управляющий вход замыкающего ключа 33 поступает сигнал, который замыкает этот ключ. B результате на второй вход интегратора 29 поступает сигнал р со входа первого оценивающего блока 10 в качестве нового начального условия интегратора 29, Для расчета управляющих воздействий используется пропорционально — интегральный закон регулирования, реализованный таким образом, что при Up(t) < Up имеет место зависимость вида
U,(t) =К я (t)+ — f я (т)dt, а при Up(t) Up " зависимость принимает вид
U. (t ) = Кр Kt (t ) + U, " " .
С этой целью сигнал с выхода первого оценивающего блока 10 поступает через второй масштабирующий блок 9 на вход сумматора 8, где суммируется с сигналом третьего да чика о величине фактического основного управления, сглаженном в первом инерционном блоке 7. С выхода третьего сумматора сигнал поступает на вход второго исполнительного блока 3.
1656496
10
45
55
Аналогично функционирует корректирующий контур регулирования, Управляющее воздействие корректирующего контура регулирования вырабатывается по величине ошибки регулирования, из которой расчетным путем исключаются эффекты управления основного контура регулирования. Для этого сигнал об управля ющем воздействии основного контура регулирования задерживается в блоке 15 задержки на время Т и вычитается из сигнала основного контура регулирования в текущий момент времени в пятом блоке 16 сравнения. Время задержки Т выбирается примерно равным одной трети суммы постоянной времени инерции плюс постоянная времени запаздывания основного канала управления. Выходной сигнал пятого блока 16 сравнения преобразуется во второй модели 17 объекта и поступает на первый вход шестого блока 18 сравнения, где вычитается из сигнала с выхода третьего блока 19 сравнения о величине ошибки регулирования.
Полученный сигнал о модельной ошибке регулирования e2 " "с выхода шестого блока 18 сравнения подается на вход второго оценивающего блока 26, с выхода которого сигнал о сглаженном значении К2 поступает на вход первого маештабирующего блока
25, на входе которого формируется сигнал
Un = Кк Ю о пропорциональной составляющей управляющего воздействия корректирующего контура.
Сигнал U> с выхода первого масштабирующего блока 25 поступает на первый вход первого сумматора 24, на второй вход которого поступает сигнал со второго датчика 6 о сглаженном значении управления корректирующего контура.
Коэффициент интегрирования Ки первого оценивающего блока 10 определяется по выражению
Ки= К "+аехр(Ukф(t) — Uk" " ), где K * — базовое значение коэффициента интегрирования, 0 < К * < 1; а — настроечный коэффициент, определяемый из условия Q = 1 - К *;
Ug — максимально допустимое значение управления корректирующего контура;
Upф — фактическое значение управления корректирующего контура.
Для этого из сигнала третьего задатчика
27 о величине UK" " вычитается сигнал о
Up с выхода датчика 6. Сигнал о разности
jUk (t) - Uk" ) поступает на вход блока 22 определения экспоненты. Полученный сигнал о величине a exp(Up (t) - Ug" "j с выхода блока 22 определения экспоненты суммируется во втором сумматоре 23 с сигналом о базовом значении коэффициента интегрирования К *, поступающим на второй вход сумматора 23 с выхода второго задатчика 28. Сигнал с выхода второго сумматора о величине Кл поступает на второй вход первого оценивающего блока 10, Введение в двухканальную систему новых блоков и связей позволяет повысить точность регулирования.
Формула изобретения
Двухканальная система управления, содержащая первый оценивающий блок; второй оценивающий блок, / первый исполнительный блок, первый эадатчик, первую модель обьекта, последовательно соединенные второй исполнительный блок, обьект управления, датчик регулируемой координаты и первый блок сравнения, с суммирующим входом которого соединен выход первого задатчика, выход первого исполнительного блока соединен с вторым входом обьекта управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности управления, введены первый инерционный блок, второй блок сравнения, третий блок сравнения, второй задатчик, первый масштабирующий блок, последовательно соединенные датчик корректирующего управления, второй инерционный блок и первый сумматор, последовательно соединенные третий задатчик. четвертый блок сравнения, блок определе- . ния экспоненты и второй сумматор, последовательно соединенные датчик основного управления, блок задержки, пятый блок сравнения. вторую модель обьекта и шестой блок сравнения, последовательно соединенные второй масштабирующий блок и третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого инерционного блока, а выход — с входом втооого исполнительного блока, выход первого блока сравнения соединен с суммирующим входом второго блока сравнения, выход которого соединен с входом первого оценивающего блока, выход датчика корректирующего управления через первую модель обьекта соединен с вычитающим входом второго блока сравнения и с вычитающим входом четвертого блока сравнения, выход второго сумматора соединен с вторым входом первого оценивающего блока, выход которого соединен с входом второго масштабирующего блока, выход датчика регулируемой координаты соединен с вычитающим входом треть1656496 его блока сравнения, выход которого через шестой блок сравнения, второй оценивающий блок, первый масштабирующий блок и первый сумматор соединен с входом первого исполнительного блока, вход датчика основного управления соединен с выходом второго исполнительного блока, а выход — с входом nepeoro инерционного блока, выход второго задатчика соединен с вторым входом второго сумматора, выход первого задатчика соединен с суммирующим входом третьего блока сравнения, вход датчика корректирующего управления соединен с
5 вторым входом обьекта управления и подключен к выходу первого исполнительного блока, выход датчика основного управления соединен с суммирующим входом пятого блока сравнения, 10
1656496
Составитель А.Лащев
Техред M.Moðãåíòàë
Корректор Т.Малец
Редактор А.Долинич
Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 2051 Тираж 480 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
