Бинарная система управления

 

СО!ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л 6 05 В 13/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Q

О

С (л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4362854/24 (22) 11,01.88 (46) 07.12,91. Бюл, ¹ 45 (71) Институт проблем управления (72) С. В. Емельянов, М, 3. Шовкун, А. M.

Шубладзе, Ю. А. Голубев, В. А. Лобанов и

А. Е. торопов (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 802928, кл. 6 05 В 13/02, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 11492 t3, кл. 6 05 В 13/02, 1985.

Шубладзе А. M. Способы систем управления максимальной степени устойчивости, "Автоматика и телемеханика", ¹ 1, 1980, Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано в системах управления технологическими процессами с переменными параметрами, например, в системах управления процессами бурения.

Цель изобретения — обеспечение возможности управления астатическим обьектом с нестационарными гистерезисными характеристиками.

Сущность настоящего предложения состоит в том, что вводятся два канала управления, один из которых, реализованный с помощью шип-модулятора, обеспечивает качество и устойчивость процесса управления при фиксированном положении гистереэисной характеристики объекта, а второй контур, реализованный с помощью интегратора, обеспечивает адаптивные свойства (19) (lll 1 О97054 A l (54) БИНАРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано в системах управления технологическими процессами с переменными параметрами, Бинарная система управления позволяет существенно расширить функциональные возможности регулятора и обеспечить требуемую точность регулирования в условиях существенным образом изменяющихся гистерезисных характеристик астатического объекта регулирования. Для этого система содержит задатчики 2 — 5, сумматоры 8 — 11, шим-модулятор 17, инерционный 18 и дифференцирующий 19 фильтры, нуль-органы 20 и 21, одновибраторы 22 и 23, интегратор 16, 1 ил. системы в случае изменения параметров гистерезисного элемента обьекта регулирования, На чертеже приведена функциональная схема системы управления.

Система содержит задатчики 1 — 5, сумматоры 6 — 11, множительные устройства 12 и 13, усилитель 14, интеграторы 15 и 16, шим-модулятор 17, инерционный фильтр i 8, дифференцирующий фильтр 19, нуль-орган

20 и 21, одновибраторы 22 и 23. Объект регулирования обозначен поз. 24, множительное устройство 12 состоит из умножителя 25 и усилителя 14.

Выход задатчика 1 и выход дифференцирующего фильтра 19, входом которого является выход объекта 24 регулирования, соединены с входами сумматора 6, выход которого соединен с первыми входами мноi697054 жительных уСтройств 12 и 13 Выходы saga1чиков 2 и 3 соединены с вторыми входами соответственно множительных устройств

12 и 13, выходы которых соответственно через усилитель 14 и интегратор 15 псдклю- 5 чены к входам сумматора 8, Выход сумматора 8 через шим-модулятор 17 и инерционный фильтр 18 соединены с первыми входами сумматоров 9 и 10. Выходы задатчиков 4 и 5 соединены с вторыми вхо- 10 дами соответственно сумматоров 9 и 10.

Выход сумматора 9 через нуль-ОргaH 20 и

Одновибратор 22 подкл1очен к первОму вхОду сумматора 11. Выход сумматора 10 через нуль-орган 21 и одновибратор 23 подкл1оче-i 15, к второму входу сумматора I1. Выход сумматора 11 через интегратор 16 подключен к первому входу сумматора 7, второй вход которого соединен с выходом шим-модулятора 17. Выход сумматора 7 подключен к 20 входу объекта 24 регулирования, Адаптивный регулятор предназначен для управления нелинейными объектами, где линейная часть описывается передаточной функцией вида: 25

--РГ

P(TP+1) а гистерезисный элемент — сяедующеи системой уравнений:

Uo =

jL4 — (+ д)1 r,.- пр I.I . -- д, U;. = О

02 — I) K при Ug > I, Uo < О г1ри t„lg <. l где Кг — угол наклона пе.гли гистерезиса; — зона нечувствительности чзменяю1цейся во времени петли гистерезиса; д — параметр, характеризующий ширину петли гистерезиса;

О2 — входной сигнал гистерезисного элемента. о - T- +" "-в м 45

Кф где тф — постоянная времени фильтра шиммодулятора;

Кф — коэффициент усиления фильтра шим-модулятора; 50

U1 — входной сигнал шим-модулятора;

Π— скважность выходного сигнала шиммодулятора;

M — уровень выходиoro сигнала релейного элемента шим-модулятора; 55

Uo — выходной сигнал гистеоезисного элемента

Uо= (1 — — t ) . О

При равенстве знаменателей передаточных функций фильтра шим-модулятора и дифферен цирукпцего фильтра передаточная функция регулятора т к. е + к.

Кф где тд — коэффициент усиления дифференцирующдго фильтра;

Ко — коэффициент при пропорциональной cocTBBëëþùeé закона регулирования;

Ки — коэФфициент п ри интегральной составляющей. тогда передаточная функция замкнутой системы т <о (о Р (Т Р + 1) Р Е + Тд Ко (Кп P + Ки) где Ко= (M-l- д) Кà — коэффициент усиления обьекта.

Значения коэффициентов Кп и Ки оптимальным образом выбирают по 1 аксимальной степени устойчивости, которая достигается при следующих значениях коэффициентов

К„- —; — --IT(г1 -21)-I +1) — д 2

Ко (-- 1 > + i) I — Ко Ко 2 1" 2 + 1 +2 1

r 2T которые реализуются в предлагаемом устройстве, Система работает следующим образом.

Регулятор состоит из двух контуров регули-. рования. Первый контур регулирования, состоящий из задагчиков 1 — 3, сумматоров 6-8, множительных устройств 12 и 13, усилителя

14, интегра;oðà 15 и. шим-модулятора 17, лианезирует гистерезисный элемент объекта регулирования, По сигналу ошибки регулирования, получаемой на выходе сумматора f;, как разности сигналов задатчика 1 и дифференцирующего фильтра 19, состоящего на выходе объекта регулирования, на выходе усилителя 14 формируется сигнал пропорциональной составляющей закона регулирования, а на выходе интегратора 15 — сигнал интегральной составляющей. Сумма этих сигналов с сумматора 8 подается на вход шим-модулятора 17 Множительные устройства 12 и 13 используются для ввода в контур регулирования коэффициентов пропорциональной и интегральной составляющих, представляющих собой про1697054 изведение сигналов ошибки регулирования и коэффициентов пропорциональной и интеграг ьной составляющих, поступающих соответственно с задатчиков 2, 3.

Второй контур регулирования, состоя- 5 щий из инерционного фильтра 18, задатчиков 4 и 5, сумматоров 9 — 11, нуль-органов 20 и 21, одновибраторов 22, 23 и интегратора

16, стабилизирует изменяющиеся во времени параметры гистерезисного элемента 10 объекта регулирования, Выходной сигнал шим-модулятора, реализующего формулу (1), поступает на второй вход сумматора 7 и через инерционный фильтр 18 — на первые входы сумматоров 9 и 10, Выходной сигнал 15 . сумматора 9, представляющий собой разность сигналов задатчика 4 и инерционного фильтра 18, поступает на вход нуль-органа

20. Выходной сигнал одновибратора 22, входным сигналом которого является вы- 20 ходной сигнал нуль-органа 20, поступает на первый вход сумматора 11. Входной сигнал сумматора 10, представляющий собой разность сигналов задатчика 5 и инерционного фильтра 18, поступает на вход нуль-органа 25

21. Выходной сигнал одновибратора 23, входным сигналом которого является выходной сигнал нуль-органа 21, поступает на второй вход сумматора 11. Сумма этих сигналов поступает с сумматора 11 на интегра- 30 тор 16. Выходной сигнал сумматора 7, представляющий собой сумму выходных сигналов шим-модулятора 17 и интегратора

16, подается на объект регулирования.

Формула изобретения 35

Бинарная система управления, содержащая первый задатчик, подключенный к нему суммирующим входом первый блок сравнения, первое множительное устройство, последовательно соединенные второе 40 множительное устройство и первый интегратор, выход блока сравнения подключен к первым входам первого и второго множительных устройств, и первый сумматор, выход которого подключен к входу обьекта регулирования, отличающаяся тем, что. с целью повышения точности в условиях существенным образом изменяющихся гистерезисных характеристик астатического объекта регулирования, она дополнительно содержит шим-модулятор, инерционный и дифференцирующий фильтры, второй, третий, четвертый и пятый эадатчики, второй и третий сумматоры, второй и третий блоки сравнения, первый и второй нуль-органы, первый и второй одновибраторы, второй интегратср, причем выходы второго и третьего задатчиков подключены к вторым входам соответственно первого и второго множительных устройств, входы второго сумматора подключены к выходам соответственно первого множительного устройства и первого интегратора, шим-модулятор и инерционный фильтр соединены последовательно, вход шим-модулятора подключен к выходу второго сумматора, а выход инерционного фильтра — к вычитающим входам второго и третьего блоков сравнения, к суммирующим входам которых подключены выходы соответственно четвертого и пятого задатчиков, первый нуль-орган и первый одновибратор соединены последовательно, вход первого нуль-органа подключен к выходу второго блока сравнения, а выход первого одновибратора — к первому входу третьего сумматора, второй нуль-орган и второй одновибратор соединены последовательно, вход второго нуль-органа подключен к выходу третьего блока сравнения, а выход второго одновибратора — к второму входу третьего сумматора, вход второго интегратора соединен с выходом третьего сумматора, а выход — с первым входом первого сумматора. второй вход которого подключен к выходу шим-модулятора, вход дифференцирующего фильтра подключен к выходу объекта регулирования, а выход — к вычитающему входу первого блока сравнения.

Составитель А,Лащев

Редактор Б.©едотов Техред М,.Moргeнтал Корректор В.Гирняк

Заказ 4305 Тираж Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР t " 3033. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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