Адаптивная система управления объектами, подверженными координатным и параметрическим возмущениям

 

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано при управлении объектами, подверженными влиянию координатных и параметрических возмущений, например, дуговой сталеплавильной печью. Цель изобретения - повышение эффективности системы. Благодаря введению в устройство параметрического регулятора 13, четвертого датчика 6 и второго задатчика 14, в системе создается контур параметрического управления, контролирующий изменение характеристик объекта управления. Тем самым обеспечиваются благоприятные условия для подавления координатных возмущений координатным регулятором 8. Одновременно оцениваются характеристики каналов преобразования изменений управляющих воздействий в изменения регулируемого выхода и адаптируется координатный регулятор 8. 6 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51}5 G 05 В 13/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4665106/24 (22) 01.03.89 (46) 15.07.91. Бюл. ¹ 26 (71) Кузнецкий металлургический комбинат им. В.И,Ленина и Сибирский металлургический институт им. С.Орджоникидзе (72) Л.П.Мышляев, В.П,Авдеев, С.Ф.Киселев, В.К.Буторин, M,Б.Оржех, А.Е,Кошелев, А.И.Катунин и В.П,Репин (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1174901, кл, G 05 В 13/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

N .1068891, кл. 6 05 В 13/02, 1983. (54) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ, ПОДВЕРЖЕННЫМИ

КООРДИНАТНЫМ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИМ

ВОЗМУЩЕНИЯМ (57) Изобретение относится к автоматиче11 U.„.. Ы, 1663602 А1 скому управлению и может быть использовано при управлении объектами, подверженными влиянию координатных и параметрических возмущений, например дуговой сталеплавильной печью. Цель изобретения — повышение эффективности системы. Благодаря введению в устройство параметрического регулятора 13, четвертого датчика 6 и второго задатчика 14, в системе создается контур параметрического управления, контролирующий изменение характеристик объекта управления, Тем самым обеспечиваются благоприятные условия для подавления координатных возмущений координатным регулятором 8, Одновременно оцениваются характеристики каналов преобразования изменений управляющих воздействий в изменения регулируемого выхода и адаптируется координатный регулятор 8, 6 ил.

1663602

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано при управлении объектами, подверженными влиянию координатных и параметрических возмущений, например дуговой сталеплавильной печью.

Динамика взаимосвязи между изменениями управлений, состояний и выходов для рассматриваемого класса объектов может быть описана моделью вида

x11(t) = а1х11(1) + Ь1(1) U 1(t);

x12(t) = a1x12(t) + Ь1() Uz(t); (1)

X13(t) = a1X13(t) + b 1(t) U3(t);

У1(t)=82 X2(г)+О! (X11(t — t1)+

+X12(t tg . )+Х13(г — Il)}+E(t); (2) x21(t) = а2х21(1) + b2(t) U1(t);

x22(t) = а2х22(т) + Ь2(1) + 02(т), (3)

x23(t) = а2х23(1) + b2(t) + U3(t):

У2 (I ) = C2 У2 (\ ) " d2 (X21(r + t2 ) (4)

+ x22 (г х2 )Фх23 (t t2 ) } + e (г), Применительно к дуговой сталепла=.вильной печи (ДСП) в уравнениях (1)-(4) обозначены; х11, х12, х13 — изменение электрической мощности, выделяемой соответственно на первом, втором и третьем электродах; у1 — изменения электрической мощности печи; х21, x22i x23 — изменение температуры и кладки печи в зоне соответственно первого, второго и третьего электродов;

y2 — изменения температуры отходящих газов, измеряемой в газоотводящем тракте;

01, 02, 03 — изменения управляющих воздействий — глубины погружения соответственно первого, второго и третьего электродов; а1, а2, с1, с2, d1, d2 — постоянные коэффициенты;

b1(t) — коэффициент передачи канала регулирования изменение погружения электрода — изменение электрической мощности", изменяется по ходу плавки в 2-3 раза;

b2(t) — коэффициент передачи канала"изменение глубины погружения электрода— изменение температуры кладки печи в зоне этого электрода ;

Т1, tz — запаздывание в преобразующих каналах.

При погружении электрода в "колодец" ниже уровня поверхности шихты изменения положения электрода практически не влия10

55 ют на величину коэффициента bz(t), остающегося постоянным и не превышающим некоторую величину. При подъеме же электрода выше указанного уровня, коэффициент Ь2(1) резко возрастает в 4-6 раз, что объясняется скачкообразн ым увеличением количества тепла, передаваемого кладке излучением дуги.

Целью изобретения является повышение эффективности адаптивной системы.

На фиг. 1 изображена блок-схема адаптивной системы; на фиг. 2 — 6 — блок-схема ограничивающего блока. координатного регулятора, блока идентификации, генератора пробных воздействий и параметрического регулятора соответственно, Адаптивная система (фиг, 1) содержит блок 1 исполнительных органов, состоящий из первого 1-1, второго 1-2 и третьего 1-3 исполнительных органов,.обьект 2 управления, блок 3 первых датчиков, состоящий из трех датчиков 3-1, 3-2 и 3-3, блок.4 вторых датчиков, состоящий из трех датчиков 4-1, 4-2 и 4-3, третий 5 и четвертый 6 датчики, блок координатного управления, состоящий из ограничивающего блока 7, координатного регулятора 8, первого задатчика 9 и блока

10 сумматоров, состоящего из трех сумматоров 10-1, 10-2 и 10-3, блок параметрического управления, включающий блок 11 идентификации, генератор 12 пробных воздействий, параметрический регулятор 13 и второй задатчик 14.

Ограничивающий блок 7 (фиг. 2) содержит первые ключ 15, запоминающий блок

16, блок 17 воспроизведения экспоненциальной зависимости и блок 18 сравнения, вторые ключ 19, запоминающий блок 20, блок 21 воспроизведения экспоненциальной зависимости и блок 22 сравнения, третьи ключ 23, запоминающий блок 24, блок 25 воспроизведения экспоненциальной зависимости и блок 26 сравнения, первый источник 27 постоянного сигнала, первый масштабирующий блок 28, четвертые запоминающий блок 29, блок 30 сравнения и блок 31 воспроизведения экспоненциальной зависимости, первый ограничитель 32, первый компаратор 33, второй масштабирующий блок 34, пятые запоминающий блок 35, блок 36 сравнения и блок 37 воспроизведения экспоненциальной зависимости, второй ограничитель 38, второй компаратор 39, третий масштабирующий блок 40, шестые запоминающий блок

41, блок 42 сравнения и блок 43 воспроизведения экспоненциальной зависимости, третьи компаратор 44 и ограничитель 45.

Координатный регулятор 8 (фиг. 3) содержит седьмой блок 46 сравнения; первые

1663602

55 блок 47 задержки, сумматор 48 и блок 49 деления, вторые блок 50 задержки и сумматор 51, третьи блок 52 задержки и сумматор

53, седьмой 54, восьмой 55 и девятый 56 запоминающие блоки.

Блок 11 идентификации (фиг. 4) содержит первый 57, второй 58, третий 59, четвертый 60 и пятый 61 фильтры низкой частоты, десятый 62, одиннадцатый 63, двенадцатый

64, тринадцатый 65 и четырнадцатый 66 запоминающие блоки, восьмой 67, девятый

68, десятый 69, одиннадцатый 70 и двенадцатый 71 блоки сравнения, четвертый блок

72 задержки, четвертый 73, пятый 74 и шестой 75 ключи, первый блок 76 умножения, блок 77 сравнения, блок 78 умножения, блок

79 сравнения, четвертый блок 80 умножения, четвертый сумматор 81, третий блок 82 умножения, второй блок 83 деления, пятый блок 84 задержки, блок 85 образования знака, третий блок 86 деления, первый интегратор 87, блок 88 образования модуля, пятый сумматор 89, второй интегратор 90, второй источник 91 постоянного сигнала, пятнадцатый 92 и шестнадцатый 93 запоминающие блоки.

Генератор 12 пробных воздействий (фиг. 5) содержит четвертый масштабирующий блок 94 и шаговый искатель 95, Параметрический регулятор 13 (фиг. 6) содержит шестой блок 96 задержки, мультивибратор 97, таймер 98, третий источник 99 постоянного сигнала, четвертый компаратор 100, восьмой ключ 101, пятый компаратор 102, четвертый источник 103 постоянного сигнала, второе реле 104 времени, девятый ключ 105, десятый ключ 106, шестой компаратор 107, одиннадцатый ключ 108, первое реле 109 времени и двенадцатый ключ 110.

На фиг. 1-6 обозначены; U>, Uz Оз— управляющие воздействия, в частности глубина погружения соответственно первого, второго и третьего электродов; X>, Xz, Хз— сила тока в цепи соответственно первого, второго и третьего электродов; Y> — электрическая мощность, потребляемая печью;

Уг — температура отходящих газов; Yz Р— граничное значение температуры отходящих газов, соответствует ситуации, когда дуга на любом иэ электродов открыта и значительная часть энергии ее излучения расходуется на нагрев футеровки и отходящих газов; Y1* — заданное значение электрической мощности, потребляемой печью; О р, Uzp, U3p расчетные значения соответственно первого, второго и третьего управляющих воздействий, формируемые координатным регулятором; AU, AUz, Л Оэ — пробные воздействия соответственно по

45 первому, второму и третьему управляющим входам; U1p*, Uzp*, U3p* — расчетное задание на величину соответственно первого, второго и третьего управляющих воздействий; О *, Uz*, Оз* — рабочие задания на величину соответственно первого, второго и третьего управляющих воздействий; ki— оценка коэффициента передачи каналов преобразования изменений управляющих воздействий в изменения электрической мощности У>, потребляемой печью; kz ukz— соответственно оценка фактического и заданного значения коэффициента передачи канала преобразования изменения управляющих воздействий в изменения температуры отходящих газов Yz; Х" K"c — граничное значение электрической мощности, выделяемой на одном электроде при коротком замыкании; U " ", Uz"", Оз" " — нижнее граничное значение соответственно первого, второго и третьего управляющих воздействий (нижняя граница перемещения электродов); О "", Uz ", Оз " — верхнее граничное значение соответственно первого, второго и третьего управляющих воздействий (верхняя граница перемещения электрода); S1-Sg — сигналы управления, формируемые параметрическим регулятором; ЛО1,Л Uz, ЛОз — сигналы пробных воздействий по соответствующим управляющим входам.

Адаптивная система работает следующим образом.

Контур координатного управления строится по традиционной схеме. Сигнал о текущем значении регулируемой выходной переменной объекта У (т) с выхода третьего датчика 5 поступает на второй вход координатного регулятора 8, на третий вход которого подается сигнал о текущем значении

Y* (t) задания на регулируемую выходную переменного объекта. На первые входы координатного регулятора 8 поступают сигналы о текущих значениях реализованных управляющих воздействий О (с), Uz(g) и Оз(т) с выходов соответственно датчиков 3-1, 3-2 и 3-3 блока 3 первых датчиков. На четвертый вход координатного регулятора 8 подается сигнал о величине оценки коэффициента

k<(t) передачи канала преобразования изменений управляющих воздействий в изменения регулируемой выходной величины У .

Этот сигнал поступает из блока параметрического управления с первого выхода блока

11 идентификации. На пятый вход координатного регулятора 8 приходит управляющий сигнал S< с первого выхода параметрического регулятора 13.

В координатном регуляторе 8 сигнал

Уф) в седьмом блоке 46 сравнений вычита1663602

3 к (1 1

"п1—

20 ется из сигнала Y1* (t), Полученный сигнал ошибки регулирования я1(т) = Y1*(t) - Y1(t) подается на первый блок 49 деления, где делится на сигнал k1(t) и умножается на масштабирующий коэффициент 1/3, В результате на выходе первого блока 49 деления формируется сигнал

Величина 0 (т - т1) представляет собой расчетное значение такой корректировки реализованных в момент времени (tt 1) управлений U 1(t — т1), Uz (t -т 1), Ug(t -t1), что в случае реализации в момент (t — «) UЧ(t Т1) =01(1 — Ю1)+

+0 (1- 1);

U g (t — z.1 ) = Uz (t — г1 ) +

+U (t — Г1);

0 3 (t — 1)= Оз (1 — г1 ) +!

+ 0 (t-t1 ); было бы получено Y1(t) = У1 (t), Сигнал U (t — t1) с выхода первого блока

49 деления поступает на входы первого 48, второго 51 и третьего 53 сумматоров, на другие входы которых поступают сигналы соответственно U1(t) через первый блок 47 задержки, 02(t) через второй блок 50 задержки и Ugt) через третий блок 52 задержки, В первом 47, втором 50 и третьем 52 блоках задержки сигналы задерживаются на время т1 запаздывания в канале преобразования изменений управляющих воздействий в изменения регулируемой выходной переменной У1. В результате на выходе первого 48, второго 51 и третьего 53 сумматоров формируются сигналы соответственно 01 (t t1);

Uz (t-х); Оз (т-т), поступающие на информационные выходы соответственно седьмого 54, восьмого 55 и девятого 56 запоминающих блоков. На управляющие входы седьмого 54, восьмого 55 и девятого

56 запоминающих блоков поступает сигнал

S1, представляющий собой управляющие импульсы, в соответствии с которыми осущес-,вляется запоминание очередных значений сигналоа 01 (t-71); 02 (t-т1 )

Оз (F1 ) . Выходы седьмого 54. восьмого 55 и девятого 56 запоминающих блоков U1p(t), Огр(1), Озр(1) представляют собой текущие расчетные значения управляющих воздействий и являются выходными сигналами координатного регулятора 8, В обычных условиях управляющие импульсы S1 поступают регулярно с интервалом времени T„;, равным эффективному времени переходного процесса в каналах преобразования измелений U1, Uz, Оз в изменения У1 и Уг, Например, в случае, когда динамика этих каналов соответствует динамике последовательно соединенных апериодического звена соответственно с коэффициентами усиления k1 и

kz и постоянной времени инерции Т1 и Tz u звена транспортного запаздывания с временем запаздывания т1 и rz можно принять (4 Т1 + Т1 } и Ри (4 Т1 + Г1 ) (4 Тг + ÕZ ); 4 Тг + tz ) и ри (4 Т1 + Т1 ) < (4 Тг + Тг ) (5) Сигналы U1p(t), Uzp(t), Ugp(t) с выхода координатного регулятора 8 поступают через

25 соответствующие сумматоры 10-1, 10-2, 10-3 блока 10 сумматоров уже в виде сигналов

U1p* (t), Uzp* (t) и Озр* (t) на пеРвые входы ограничивающего блока 7, На вторые входы ограничивающего блока 7 подаются сигна30 лы о текущих значениях реализованных управляющих воздействий U1(t), U2(l) и Оз(т) с выходов соответственно датчиков 3-1, 3-2 и

3-3 блока 3 первых датчиков. На третьи входы ограничивающего блока 7 подаются сигналы о силе тока в цепи каждого из электродов Х1(1), Xz(t) и Хз(1), поступающие с выходов соответственно датчиков 4-1,.4-2 и

4-3 блока 4 вторых датчиков, на четвертые входы ограничивающего блока 7 подаются

40 сигналы о пробных воздействиях ЛО1, ЬО2 и ЛОз по соответствующим управляющим входам, поступающие с выхода генератора

12 пробных воздействий и блока параметрического управления. На пятый вход ограни45 чивающего блока 7 подается сигнал Ss, поступающий из блока параметрического управления с шестого выхода параметрического регулятора 13, В ограничивающем блоке 7 расчетные задания U1p* (t), 02p* (t) и Озр* (t) на глубину, погружения каждого из электродов проверяются на соответствие ограничениям на убИНу ПОГружЕНИя 01Mè", Огмин Оэмин И На допустимую высоту, подъема 01" ", Ог" ", 55 01 макс

С этой целью сигналы 01р* (t), Uzp* (t), U3p*(t) подаются на информационные входы соответственно третьего 45, второго 38 и первого 32 ограничителей, на первые управ1663602

5

15

ut (t) =

2О

25 (6) 30

35 ляющие входы которых подаются сигналы о граничной высоте подъема электродов

01мд" (), Ог" " (t) ОЗ" "(t) С ВЫХОДОВ СООтветственно первого 18, второго 22 и третьего 26 блоков сравнения, На вторые управляющие входы третьего 45, второго 38 и первого 32 ограничителей поступают сигналы о граничной величине глубины погружения электродов 01"""(t), 02"""(t), Оз"""(t) с выходов соответственно шестого 42, пятого 36 и четвертого 30 блоков сравнения. На выходах третьего 45, второго 38 и первого

32 ограничителей формируются сигналы 01* (t), U2 *(), ОЗ* (t), являющиеся выходными сигналами ограничивающего блока. Третий ограничитель 45 функционирует в соответствии.с алгоритмом

uqp(t)при01 (1)

0 1 (с)при01 (t)>0tp(t);

Аналогично функционируют второй 38 и первый 32 ограничители. Величины ограничений 01" " (t), U2" "(t) и Оз" " (t) на высоту подъема соответствующих электродов устанавливаются такими, чтобы не допустить открытия дуги на электродах и предохранить от черезмерного перегрева футеровку печи, На момент начала плавки в первый 16, второй 20 и третий 24 запоминающие блоки вводятся исходные значения О Б" "

U25 = ОзБ = U" " (О). Сигналы с выходов запоминающих блоков 16, 20 и 24 подаются на выходы первого 17, второго 21 и третьего 25 блоков воспроизведения экспоненциальной зависимости и на выход первого 18, второго 22 и третьего 26 блоков сравнения, на вторые входы которых поступают сигналы с выходов первого 17, второго

21 и третьего 25 блоков воспроизведения экспоненциальной зависимости, В результате на выходах первого 18, второго 22 и третьего 26 блоков сравнения формируются сигналы;

t1

01 " (т) = 01Б (1 кд/Тд е 3;

t2

Ог" " (с) = 02Бм " (1 — k./Ò . е "2; (7) — з

Озмдкс (t) = ОзБмдкс (1 — д/Т, e T

55 где кд и Тд — соответственно коэффициент деления и постоянная времени инерции блоков 17, 21 и 25;

ti, 12, Q — время, прошедшее с момента последней записи очередного базового значения Utg" ", ОгБ" ", ОзБ" " в соответствующий из запоминающих блоков 16, 20 и

24..

Величины ka и Тд подбираются такими, чтобы в случае неизменности Uta" "", 02Б и ОзБ" " к концу периода плавления

U мдкс(, ) U мдкс() U мдкс() U мдкс где U " " — верхнее граничное положение электродов по окончании периода плавления, Если по ходу периода плавления реализуется пробное воздействие ЛО, hU2 или

Ж3з и определен электрод с открытой дугой, то сигналом ЯБ, поступающим на управляющие входы первого 15, второго 19 и третьего

23 ключей, замыкают их. Сигнал о реализуемом на очередном такте пробном воздействии hUt или Л02, или ЛОз поступает соответственно через первый ключ 15 на управляющий вход первого запоминающего блока 16 или через второй ключ 19 на управляющий вход второго запоминающего блока 20, или через третий ключ 23 на управляющий вход третьего запоминающего блока 24.

На информационные входы первого 16, второго 20 и третьего 24 запоминающих блоков поступают сигналы о реализованных управлениях соответственно 01, U2 и Оз. В момент поступления повторного пробного воздействия по тому или иному каналу управления в соответствующий запоминающий блок в качестве базового запишется текущее реализованное управление по этому каналу.

Величины ограничений Uq "(t), U2 (t), 0з"""(1) на глубину погружения соответствующих электродов устанавливаются такими, чтобы не допустить коротких замыканий, На момент начала плавки в четвертый 29, пятый

35 и шестой 41 запоминающие блоки вводятСя ИСХОДНЫЕ ЗНаЧЕНИя 01Б = 02Бмин =

ОзБ"""" "= Uм H "(0). Сигналы с выходов этих запоминающих блоков подаются на входы

- соответственно четвертого 31, пятого 37 и шестого 43 блоков, на входы соответственно четвертого 30, пятого 36 и шестого 42 блоков сравнения, на вторые входы которых поступают сигналы с выходов четвертого 31, пятого 37 и шестого 43 блоков. В результате на выходах четвертого 30, пятого 36 и шес1663602 того 42 блоков, сравнения формируются текущие сигналы ограничений на глубину погружения соответственно третьего

03 (t), второго 02 (ч) и llepeoro Оч (t) электродов: — t6

01 (Ч) = 016 (1 Ка/Та Е а 3 с6

02 (t) = U 25 (1 — 3(а/Та е 3;(8)

Ч4

ОЗмин (t) = ОЗ мин (1 са/Та e Та ). где t6, t6, t4 — время, прошедшее с момента последней записи очередного базового значения Ось" ", 02 """, Озь""" соответственно в шестой 41, пятый 35 и четвертый 29 запоминающие блоки.

Если по ходу периода плавления на каком-то иэ электродов происходит короткое замыкание, этому. будет соответствовать превышение соответствующим сигналом

Х11, ХЧ2 или Х1з некоторого заданного значения Хмакс. В первом 33, втором 39 и третьем 41 компараторах сигналы соответственно Х1з(ч), X)2(t) и Xl>(t) сравниваются с — Хм "с. В случае превышения любым из этих сигналов величины Хм " на выходе соответствующего компаратора формируется сигнал, поступающий на управляющий вход соответствующего запоминающего блока

29, 35 или 41. На информационные входы этих блоков подаются сигналы о реализованных управлениях, умноженные в соответствующих первом 28, втором 34 и третьем 40 масштабирующих блоках на постоянный коэффициент 1,0 А 1,2, В момент короткого замыкания по любому из электродов соответствующий сигнал

U(t) А записывается в соответствующий запоминающий блок 29 или 35, или 41 в качестве соответственно Озь""" или Ож""", или

0 мин

На выходе ограничивающего блока 7 формируются сигналы 0 с* (ч), U2* (с) и Оз (t), представляющие собой рабочие задания на величину управляющих воздействий, поступающие на входы исполнительных органов

1-1, 1-2 и 1-3 блока 1 исполнительных органов, представляющих собой локальные автоматические системы регулирования положения электродов в соответствии с рабочими заданиями, Таким Образом, в контуре координатного управления осуществляется регулирование электрической мощности дуговой печи с дискретным изменением уровней управляющих входов с интервалом дискретности

ТП1, равным времени переходного процесса в обьекте управления с ограничением управляющих входов как по глубине погружения, так и по уровню подъема электродов, обеспечивая защиту от короткого замыкания и защиту футеровки печи от перегрева излучением дуги, Параметрическим регулятором 13 осуществляется контроль текущего состояния процесса по величине температуры отходящих газов Y2(t), сигнал о которой поступает с выхода четвертого датчика 6, по сигналу о заданной k2 величине коэффициента передачи канала преобразования изменений уп5

4Т1 при Т1 Т2;

hT=

4Т2 прит1 <Т2. (9) Сигнал с выхода мультивибратора 97 подается через шестой блок 96 задержки, где задерживается на время йн переходного процесса в исполнительных органах

1-1, 1-2 и 1-3 блока 1 исполнительных органов. Сигнал S> с выхода шестого блоха 96 задержки подается на первый вход параметрического регулятора 13. Одновременно сигнал с выхода мультивибратора 97 подаравлений в изменения У2 (коэффициента чувствительности температуры отходящих газов к изменениям управлений), поступающего с выхода второго задатчика 14, и по

20 сигналу k2(t) оценки текущего значения этого коэффициента, поступающего с выхода блока 11 идентификации, При повышении температуры отходящих газов параметрический регулятор 13 посредством управляю25 щих сигналов S4 и 36 воздействует на генератор 12 пробных воздействий, управляя режимом его работы, По результатам пробных воздействий в блоке 11 идентификации оцениваю-,ся текущие значения козф30 фициентов k2(t), сигналы о KQTopblx используются для распознавания черезмерно высоко поднятого электрода и выбора соответствующего из управлений 54 и $6.

Одновременно с выхода параметрического

35 регулятора 13 на входы блока 11 идентификации подаются управляющие сигналы S4, Яз и S2, координирующие его работу с работой генератора 12 пробных воздействий.

В параметрическом регуляторе 13 муль40 тивибратором 97 формируются прямоугольные импульсы с интервалом времени Тич, определяемым в соответствии с уравнением (5), Длительность импульсов. ЛТ выбирается с учетом динамики каналов преобразова45 ния изменений U<, 02, Оз в изменения У> и

Y2, B частности

1663602 ется на информационный вход ключа 101 и на вход таймера 98. На каждом i-м такте сигнала с мультивибратора 97 таймер 98 запускается и на его выходе формируется сигнал ti, пропорциональный интервалу времени, прошедшему с момента начала

Ф очередного 1-го такта, поступающий на вход пятого компаратора 102. На его другой вход поступает сигнал t c выхода третьего источника 99 постоянного сигнала, величина ко* торого с =ЛТ вЂ” At (At — время переходного процесса в электросхемах), При условии

=и* на выходе пятого компаратора 102 формируется сигнал, поступающий на информационные входы ключей 105 и 106.

Сигнал Yz{t) о текущей темперагуре отходящих газов в четвертом компараторе 100 сравнивается с граничным значением У, сигнал о котором подается с выхода четвертого источника 103 постоянного сигнала. В том случае, когда выполняется условие

Yz(t) Y2, считается, что на объекте уп равления создалась ситуация, когда электрическая дуга на одном или нескольких электродах "открыта" и значительная часть ее энергии расходуется на нагрев футеровки и непосредственно отходящих газов. В этом случае на выходе компаратора формируется сигнал, поступающий на управляющий вход ключа 101, Ключ 101 замыкается и пропускает импульсы с мультивибратора 97 на четвертый выход параметрического регулятора 13 в виде сигнала Sp, а также через нормально замкнутый ключ 110 на пятый выход координатного регулятора 13 в виде сигнала Я, В соответствии с сигналами S4 и S5 генератором 12 пробных воздействий реализуются пробные воздействия AU> или AUz, или ЛОз по одному из управляющих входов.

Одновременно сигнал с выхода ключа 101 подается на вход второго реле 104 времени, запуская его, и на управляющий вход девятого ключа 105, замыкая его.

По истечении времени переходного процесса в каналах преобразования U>, Uz и 0з в У> и Vz с момента подачи на i-м такте на объект пробного воздействия AU по одному из управляющих входов, т.е, при 1 =

t* с выхода пятого компаратора 102 поступает сигнал на информационные входы ключей 105 и 106. В этот же момент времени на выходе второго реле 104 времени формируется сигнал, поступающий на информационный вход ключа 108, т.е. сигнал на выходе второго реле 104 времени формируется через интервал времени t* = ЛТ вЂ” At после

его запуска передним фронтом импульса, 5 i0

50 поступившего с мультивибратора 97 через ключ 101.

На управляющий вход ключа 108 поступает сигнал с выхода шестого компаратора

107, на котором сравниваются сигналы текущей оценки г(т) и заданного значения k2* коэффициента передачи каналов преобразования изменений управляющих воздействий в изменения температуры отходящих газов. Резкое увеличение kz по сравнению с рабочими значениями и превышение величиныы kz(t) свидетельствует о том, что на электроде, соответствующем тому каналу управления, по которому реализовано пробное воздействие, дуга открыта. Это подтверждает повышенная чувствительность температуры отходящих газов Yz к пробным перемещениям этого электрода, В этой ситуации на выходе шестого компаратора формируется сигнал, замыкающий ключ 108.

В результате сигнал с выхода второго реле 104 времени через ключ 108 подается на управляющий вход ключа 106, замыкая его и пропуская сигнал с выхода пятого компаратора 102 на второй выход параметрического регулятора 13 в виде сигнала Sz и на вход первого реле 109 времени, запуская

его. Одновременно сигнал с выхода пятого компаратора 102 поступает через ключ 105 на третий выход параметрического регулятора 13 в виде сигнала Яз. На выходе первого реле I09 времени формируется выходной импульс длительностью Т >, поступающий на шестой выход параметрического регулятора 13 в виде сигнала Se и на управляющий вход ключа 110, размыкая его и не пропуская на пятый выход сигнал $, т.е. Sg = 0 в течение времени Т«.

Таким образом, в параметрическом регуляторе 13 при выполнении условия Yz(t)>

>У ситуация оценивается как рядовая. Управляющие сигналы формируются только на первом выходе. Сигналы Я -Яв остаются неизменными и равными нулю, В случае повышения температуры отходящих газов и достижения У (т) > Y ключ

101 замыкается, пропуская очередной 1-й импульс с выхода мультивибратора 97, проходящий на четвертый и пятый выходы параметрического регулятора в виде сигналов соответственно S4 и Sg, в соответствии с которыми генератором 12 пробных воздей- ствий на i-M такте наносится пробное воздействие по одному из каналов в виде

5 заглубления соответствующего электрода.

Поистечении временит = ЛТ-At с момента начала I-го такта сопоставляется оценка

kz(t).текущего значения коэффициента передачи каналов регулирования с выходом на

1663602

15 управляющий вход

30

55 температуру отходящих газов с заданным значением. Если kz(t)>kz*, считается, что дуга открыта именно на том электроде, по. которому и реализовались пробные перемещения, На второй и третий выходы параметрического регулятора проходят управляющие сигналы соответственно Я и Яз в виде импульсов длительностью ht (передний фронт формируется в момент времени

ti- t - ЛТ-ht, а задний фронт — в момент времени ti = ЬТ). Одновременно на шестой выход регулятора подается сигнал Sg в виде импУльса Длительностью Тл1 (т.е. заДний фронт этого импульса сформируется на следующем (i+1)-м такте через интервал времени AT после начала этого такта), Одновременно на такой же интервал времени фиксируется на нулевом уровне сигнал

Ss на пятом выходе регулятора, Тем самым в генератор 12 пробных воздействий подается команда "В случае нанесения повторного пробного воздействия на (!+1)-м такте реализовать его по тому же каналу управления", Если на момент начала очередного (i+1)-го такта сохраняется ситуация Yz(t)>

> Yz*, то на четвертый выход регулятора вновь поступает сигнал S4, в соответствии с которым вновь реализуется пробное воздействие по тому же каналу, дополнительно заглубляя этот электрод. Если 1 (т) kz *, то считается, что дуга открыта на другом электроде, ключ 108 остается разомкнутым, а следовательно, разомкнут и ключ 106, первое реле 109 времени не запускается, реле

109 остается разомкнутым, сигнал Sg остается на нулевом уровне, а в начале следующего (i+1)-ro такта на выходы регулятора поступают управляющие импульсы по первому S t, четвертому Я4 и пятому Sg выходам.

Пробное воздействие наносится по следующему управляющему входу, Далее функционирование параметрического регулятора 13 осуществляется в соответствии с описанным выше алгоритмом.

Генератор 12 пробных воздействий состоит из последовательно соединенных четвертого масштабирующего блока 94 и шагового искателя 95. В случае, когда в параметрическом регуляторе 13 принимается решение о нанесении пробных воздействий по очередному управляющему входу, на первом такте управляющие импульсы Sp u

Яв поступают одновременно на четвертый масштабирующий блок 94 и на управляющий вход шагового искателя 95. Шаговый искатель переключается на следующий (по порядковому номеру) управляющий вход.

Если же он был подключен к третьемууправляющему входу, то возвращается в исходное состоя н ие, т.е, подкл ючается первый управляющий вход, В дальнейшем цикл переключений повторяется, Сигнал в четвертом масштабирующем блоке 94 умножается на некоторый нормирующий коэффициент, и на выходе блока 94 формируется сигнал пробного воздействия AU, поступающий через информационный вход шагового искателя 95 на один из его выходов в виде

U1(t), AUz(t) или AUa(t), Если по результатам пробного воздействия на текущем i-м такте в параметрическом регуляторе принять решение о повторении пробного воздействия по этому же управляющему входу, то на последующем (i+1)-м такте поступит управляющий импульс только в сигнале Sp

Сигнал Яь будет равен нулю, Шаговый искатель остается в прежнем положении и пробное воздействие подается на тот же

Сигналы о формируемых пробных воздействиях поступают с выходов генератора

12 пробных воздействий на входы соответствующих сумматоров 10-1, 10-2 и 10-3 блока 10 сумматоров, где суммируются с

cGoTB8TcTBJJþé èìè сигналами U1p(t), Uzp(t) и

Ugp(t), формируемыми на выходе координатного регулятора 8.

Блок 11 идентификации использует сигналы о пробных воздействиях AU>(t), AUz(t), AUg(t), поступающие на его первые входы с соответствующих выходов генератора 12 пробных воздействий, сигналы Us(t), 0 (т), Оз(т) о реализованных управлениях, поступающие на его вторые входы с выходов соответствующих датчиков 3-1, 3-2 и 3-3 блока

3 первых датчиков, и сигналы о выходах Y<(t) и Yz(t), поступающие соответственно на его третий и четверый входы с выходов третьего

5 и четвертого 6 датчиков. На пятый, шестой и седьмой входы блока 11 идентификации подаются соответственно управляющие сигналы Sz, Яз, Sp с соответствующих выходов параметрического регулятора 13.

По результатам пробных воздействий в блоке 11 индентификации оцениваются текущие значения коэффициента передачи к1(1) и kz(t), сигналы о которых подаются на входе координатного регулятора 8 (сигнал (1)) и на вход параметрического регулятора

13 (сигнал kz(t)).

В блоке 11 идентификации сигналы

0 (т), Uz(t), Ua(t), Y1(t), Yz(t) подаются на входы соответственно восьмого 67, девятого

68, десятого 69, одиннадцатого 70 и двенадцатого 71 блоков сравнения, на другие входы которых поступают эти же сигналы, но прошедшие соответственно через последовательно соединенные первый фильтр 57

18

1663602

25 где t1 и tz — запаздывания в каналах пре- 30 образования изменений управляющих воздействий в изменения У1 и Уг.

Сигналы 01(t); 02(t); Оз(с); Y1(t); Yz(t), проходя через соответствующие фильтры 57, 58, 59, 60, 61 низкой частоты усредняются на интервале времени, примерно равном

Tï1.

При этом постоянная времени инерции фильтра — Тф в данном случае может быть определена из условия Тп! =3Тф. На выхо- 40 дах этих фильтров формируются соответственно сигналы U1 p(ñ); 02 р(с); 0з р(с); Y1(t), Yz(t), поступающие на информационные входы соответственно десятого 62, одиннадцатого 63, двенадцатого 64, тринадцата- "5 го 65 и четырнадцатого 66 запоминающих блоков. В момент подачи на очередном l-м такте пробного воздействия hU по одному из управляющих входов управляющим импульсом S4 осуществляется запись в эапо- 50 минающие блоки 62, 63 и 64 текущих значений соответственно 01(!) = U1(t), Ог(!)

Ог(с), Оз(!) = »(t) и на выходах этих запоминающих блоков формируются сигналы соответственно 01(!), Uz(i), Оз(!).

По истечении интервала времени Тлг этот же управляющий импульс подается на . управляющие входы тринадцатого 65 и четырнадцатого 66 запоминающих блоков, записывая в них текущие значения Y1(t) = У1(с) с1 flpM 71 тг

t2 ПРИ Й! < 2

sign (д 0 (t — r ) ) = низкой частоты и десятый запоминающий блок 62, через последовательно соединенные второй фильтр 58 низкой частоты и одиннадцатый запоминающий блок 63, через последовательно соединенные третий фильтр 59 низкой частоты и двенадцатый запоминающий .блок 64, через последовательно соединенные четвертый фильтр 60 низкой частоты и тринадцатый запоминающий блок 65, через последовательно соединенный пятый фильтр 61 низкой частоты и четырнадцатый запоминающий блок 66, На управляющие входы десятого 62, одиннадцатого 63 и двенадцатого 64 запоминающих блоков подается сигнал $4 с седьмого входа блока 11 идентификации, На управляющие входы тринадцатого 65 и четырнадцатого 66 запоминающих блоков подается сигнал S4, но пропущенный через четвертый блок 72 задержки, где зедерживается на время Тпz запаздывания в объекте, причем величина

Тл2 ОПрЕдЕЛяЕтСя Иэ уСЛОВИя

Тпг = (t1 + 3 T1 j nPw (t1 + 3 Т1 ) (т:2 + 3 т2 ); (72 + 3 Тг ) и Ри (Г1 + 3 T1 ) < (Гг + 3 Tz j, (10) 5

20 и Yz(i).-„Óã(ñ), и на выходах этих запоминающих блоков формируются соответственно сигналы У1(с) и Yz(t), В результате вычитания из текущих значений сигналов зафиксированных их усредненных значений нв выходах 8 блоков 67, 68, 69, 70 и 71 сравнения формируются соответственно сигналы: д01(с) = 01(с) — 01(l); д02(с) = 02(с) — U2(l); дОз(с) = Оз(с) — Оз(!); ду1(с) Уг(с) — Y1(!); д уг(с) = Уг(с) — Уг(!).

Сигналы о реализуемых пробных воздействиях 601. F2, ЖЗЗ подаются на управляющие входы соответственно четвертого 73, пятого 74 и шестого 75 ключей, на информационные входы которых поступают сигналы д01(с), дОг(с). дОз(с) с выходов восьмого 67, девятого 68 и десятого

69 блоков сравнения. В случае подачи пробного воздействия д01 или дОг, или дОЗ по соответствующему управляющему входу соответствующий из ключей 73 или 74, или 75 замыкается, пропуская сигнал д01(с) или д02(с), или д Оз(с) через четвертый сумматор

81 и пятый блок 84 задержки на входы блока

85 образования знака, блока 88 образования модуля, первого 76 и второго 78 блоков умножения в виде сигнала д U(t — с) =д01 (t — с)+

+дUz(t t)+дОЗ(с-т) А так как пробные воздействия подаются только по одному из каналов, то д U(t — r) соответствует одному из сигналов д И! (с — г) или д (.2 (с- г), или д L4(t — r), величина интервала задержки с выбирается из условия

На выходе блока 85 образования знака формируется сигнал, величина которого соответствует

+ 1 при д 0 (t — с ) 0 (12) — 1прид U(t — t) (О, поступающий на другой вход третьего блока

82 умножения и четвертого блока 80 умножения.

Одновременно на выходе блока 88 образования модуля формируется сигнал, рав1663602

19 ный по величине l O U (t — г) l, поступающий на вход пятого сумматора 89, где суммируется с поступающим с выхода второго источника 91 постоянного сигнала сигналом о величине постоянного коэффициента

Х, Результирующий сигнал, равный (I д 0 (т — r ) } + | ) подается на входы второго 83 и третьего 86 блоков деления, На вторые входы первого 76 и второго 78 блоков умножения подаются сигналы зафиксированных к текущему !-му такту оценок значений коэффициентов 6(!) и Кр(!), поступающие с выходов пятнадцатого 92 и шестнадцатого 93 запоминающих блоков, В результате на выходе первого блока 76 умножения формируется сигнал величиной (k1 (! ); д И (— ) ), поступающий на вход тринадцатого блока 77 сравнения, где вычитается иэ сигнала ду (т), поступающего с выхода одиннадцатого блока 70 сравнения, На выходе второго блока умножения формируется сигнал (4 (! ) д О (t - t ) ), поступающий на вход четырнадцатого блока 79 сравнения, где вычитается из сигнала Bygt) поступающего с выхода двенадцатого блока 71 сравнения.

Сигналы о полученных разностях с выходов блоков 77 и 79 сравнения подаются на вторые входы третьего 82 и четвертого блоков умножения, где умножаются на сигнал, по ступивший с выхода блока 85 образования знака.

На выходе третьего блока 82 умножения формируется сигнал величиной (iDy>(t) ki(l) д()(— t)). . в!ял (д U (t — r)) }, поступающий на вход третьего блока 86 деления, гдеделится на сигнал, поступающий с выхода пятого сумматора 89, и далее подается на информационный вход второго интегратора 90, На выходе блока 80 умножения формируется сигнал величиной ((дф(1) — kz (t } д0(1 — z )) в!цп(дU(t т))}, поступающий на вход второго блока 83 деления, где делится на сигнал, поступающий с выхода пятого сумматора 89, и далее подается на информационный вход первого интегратора 87. На управляющие входы первого 87 и второго 90 интеграторов в случае подачи пробных воздействий по одному из управляющих входов подается сигнал с выхода четвертого блока 72 задержки, который одновременно с фиксацией в запоминающих блоках 65 и 66 усредненных значений сигналов У)(!) и Y2(i) формирует нулевые начальные условия этих интеграторов.

В результате в блоке 11 идентификации в случае подачи на текущем i-м такте проб. ного воздействия по одному из управляющих входов осуществляется расчет уточняемых оценок коэффициентов k) и kQ передачи соответствующих каналов преобразования изменений управляющих воздействий. На выходах второго 90 и первого

87 интеграторов формируются текущие значения уточняемых оценок соответствующих коэффициентов: ày,l9194)dulo-,Ц . . юи 8-, „ (дд) б,, О ) - и I ) B U (O o l dUIU 33 „

2() =, где величина Тп интервала интегрирования соответствует

Т1 при Т1 — Т2;

Ти =

Т2 при Т1 (Т2 с учетом длительности пробного воздействия AT (9), величины интервала T()z (10) и интервал Г (11), Сигналы k>(t) и kz(t) подаются на информационные входы соответственно пятнадцатого 92 и шестнадцатого 93 запоминающих блоков, на управляющие входы которых поступают управляющие сигналы S3 и Я2 из параметрического регулятора 13.

По истечении времени t»= ЛТ вЂ” At c момента подачи пробного воздействия на управляющий вход пятнадцатого запоминающего блока подается импульс $э, записывающий в этот блок новое значение оценки коэффициента k)(i+1) = k)(!). Одновременно сигнал Кф) подается в параметрический регулятор 13 и в случае превышения им величины kg* с выхода параметрического регулятора 13 поступает сигнал Sz, в соответствии с которым в шестнадцатом запоминающем блоке 93 запоминается новое значение оценок М(}+1) = kz(t).

На последующих тактах описанный цикл работы устройства повторяется.

Формула изобретения

Адаптивная система управления объектами, подверженными координатным и параметрическим возмущениям, содержащая первый эадатчик, блок первых датчиков, координатный регулятор, блок сумматоров, o(раничивающий блок, блок исполнительных

1663602

22 органов, блок вторых датчиков, генератор пробных воздействий, блок идентификации, третий датчик, причем к первой группе входов ограничивающего блока подключены выходы блока сумматоров, к первой группе 5 входов которого подключены выходы координатного регулятора, выходы блока первых датчиков подключены к первой группе входов координатного регулятора, второй группе входов ограничивающего блока и 10 первой группе входов блока идентификации, выходы блока вторых датчиков подключены к третьей группе входов ограничивающего блока, выходы генератора пробных воздействий подключены к вто- 15 рой группе входов блока сумматоров и блока. идентификации, к четвертой группе входов ограничивающего блока, выходы ограничивающего блока подключены к входам блока исполнительных органов, выходы ко- 20 торого подключены к входам блока первых датчиков и входам объекта управления, первая группа выходов которого подключена к входам блока вторых датчиков, второй выход подключен к входу третьего датчика, 25 выход которого подключен к второму входу координатного регулятора и третьему входу блока идентификации, выход первого эадатчика подключен к третьему входу координатного регулятора, четвертый вход которого подключен к первому выходу блока идентификации, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности системы, в нее введены четвертый датчик, параметрический регулятор, второй эадатчик, причем третий выход объекта управления подключен к входу четвертого датчика, выход которого подключен к четвертому входу блока идентификации и первому входу параметрического регулятора, к второму и третьему входам которого соответственно подключены второй выход блока идентификации и выход второго задатчика, а первый — шестой выходы параметрического регулятора соответственно подключены к пятому входу координатного регулятора, пятому и шестому входам блока идентификации, седьмому входу блока идентификации и первому входу генератора пробных воздействий, второму входу генератора пробных воздействий, пятому входу ограничивающего блока.

1663602

1663602

1663602

Pug Е

Составитель В.Пилишкин . Редактор А.Лежнина Техред М.Моргентал Корректор C.Øeâêóí

Заказ 2266 Тираж 477 Подписное

ВНИИОИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/S

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