Бинарная система управления

 

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано в системах управления технологическими процессами с переменными параметрами. Бинарная система управления обеспечивает управление с заданной точностью нестационарными астатическими объектами с запаздыванием, содержащими гистерезисный элемент с изменяющимися во вермени характеристиками . Для этого система содержит задатчики 2, 3. сумматоры 6, 7, блоки 8-11 сравнения, множительное устройство 14, усилитель 16, интеграторы 18-20, блок 21 выделения максимума , делительное устройство 22, нульорганы 23 и 24, одновибраторы 25 и 26, блок 27 управления релейным элементом, релейный элемент 28, дифференциатор 29. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (лц5 G 05 В 13/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4455786/24 (22) 07,07.88 (46) 30.12.91.Бюл. ¹ 48 (71) Институт проблем управления (72) С.В.Емельянов, Б.Мурадов, M,З.Шовкун, А,M.Øóáëàäçå, В.А,Лобанов, M.Ì,Äåнисов, А.Е,Торопов, Н.Ю.Жижин, А.Н.Ил ьин и В.А.Самсонов (53) 62 — 50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1149213, кл. 6 05 В 13/02. 1985. (54) БИНАРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано в системах управления

„„5U„„1702339 А1 технологическими процессами с переменными параметрами. Бинарная система управления обеспечивает управление с заданной точностью нестационарными астатическими объектами с запаздыванием, содержащими гистерезисный элемент с изменяющимися во вермени характеристиками. Для этого система содержит задатчики

2, 3, сумматоры 6, 7, блоки 8 — 11 сравнения, множительное устройство 14, усилитель 16, интеграторы 18 — 20, блок 21 выделения максимума, делительное устройство 22, нульорганы 23 и 24, одновибраторы 25 и 26, блок

27 управления релейным элементом, релейный элемент 28, дифференциатор 29. 3 ил, 1702339

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано в системах управления технологическими процессами с переменными параметрами, например в системах управ- 5 ления процессами бурения.

Цель изобретения — обеспечение возможности управления с повышенной точностью нестационарными астатическими объектами с запаздыванием, содержащими 10 гистерезисный элемент с изменяющимися во времени характеристиками, На фиг. 1 приведена функциональная схема бинарной системы управления; на фиг. 2 — функциональная схема блока выде- 15 ления максимума; на фиг. 3 — функциональная схема блока управления релейным элементом.

Бинарная система управления содержит (фиг. 1) эадатчик 1 — 3, сумматоры 4 — 7, 20 блоки 8 — 11 сравнения. усилители 12 и 13, множительное устройство 14. усилители 15 и 16, интеграторы 17-20, блок 21 выделения максимума, делительное устройство 22, нуль-органьг23 и 24, одновибраторы 25 и 26. 25 блок 27 управления релейным элементом, релейный элемент 28 и дифференциатор 29.

Обьект 30 регулирования представляет собой последовательно соединенные нестационарный гистерезисный элемент 31 с 30 астатической частью и нестационарный динамический элемент 32 с запаздыванием.

Усилитель 33 состоит из усилителей 12 и 15, а интегратор 34 выполнен в виде соединенных усилителя 13 и интегратора 17, 35

Блок выделения максимума содержит (фиг. 2) включает 35, усилитель 36, диод 37, кнопку 38 установки начальных условий и интегратор 39.

Блок управления релейным элементом 40 (фиг. 3) образует умножитель 40, сумматор

41 и диоды 42 и 43.

Бинарная система управления предназначена для управления объектами, представляющими собой два последовательно 45 соединенных блока с промежуточной выходной координатой, Первый блок состоит из интегрального звена и нелинейного гистерезисного элемента, который описывается следующей си- 50 стемой уравнений: с

{{,-(е в)) к„.р. {), е,0,>а

u, .(u „,„ -(e+e)) К,при u =u а с Е М 0 ц р u««(((u««,-t (t) ((4-е) к, . арии,„,„,-З {), е

0 при

u,.-u,„„, е+((где Кг — угол наклона петли гистерезиса;

1 — зона нечувствительности, изменяющейся во времени петли гистерезиса;

U2 — входной сигнал гистерезисного элемента, характеризующийся монотонным увеличением до значения U2=U2 3Kc и последующим уменьшением до U2=U2Mva < 1, 02=Кш {.)1= OM,, (2) где Кц — коэффициент усиления ШИМ-модулятора, состоящего из блока 27 управления релейным элементом, интегратора 20 и релейного элемента 28;

U1 — входной сигнал ШИМ-модулятора;

Π— скважность выходного сигнала

ШИМ-модулятора;

M — уровень выходного сигнала релейного элемента LLIMM-модулятора;

Uo — выходной сигнал гистерезисного элемента, {-)0=(М-1-Д) Кг О, (3)

Передаточной функцией первого контура системы управления, которую составляют первый блок 31 объекта регулирования, дифференциатор 29, блок 10 сравнения. первыйПИ-регулятор (образованный усилителем 16, интегратором 18 и сумматором 7), блок 27 управления релейным элементом, интегратор 20. Релейный элемент 28 и сумматор 5. равна х к {к„, р+к„){< p«)

P („ p+<{+K e Ke (Kmp+Ku

Tg — коэффициент усиления дифференциатора 29;

K» — коэффициент пропорциональной составляющей закона регулирования;

Ku> — коэффициент интегральной составляющей закона регулирования.

Настроечные коэффициенты К» и К 1 первого. ПИ-регулятора выбирают по одному из критериев оптимальности.

Второй блок представляет собой нестационарный динамический элемент с запаздыванием, который описывается передаточной функцией

Ко е

T р+1 (5) где Ko=1/à

То и т — константы.

Параметры оценивают по информации о выходной координате в начале процесса управления и в последующие моменты времени.

Для того чтобы определить параметры а целесообразно ввести новую координату у, которая связана со скоростью (V) выход1702339 ной координаты обьекта передаточной функцией н.з В 9а Ко ко — ((() к„.к к,т т где л

x,„-, (к„, 9,(p)- p — ". (.р.. к„, (к„, "1)

30 еф, кщ

22 (р) к«гкы "" "1 " "нэ кы . ) Передаточная функция замкутой системы 35 к а (кп p «ко«) g. в,(р) к(к„, р «„,)й, % р )) (x, р+к„ )8c. е р (т,р.i)p,(р) т)(р).к («„,.р.к„„) (<ч) где K>2 — коэффициент при пропорциональной составляющей закона регулирования;

Ku2 — коэффициент при интегральной составляющей закона управления.

Значения коэффициентов Kï2 и К„2 ПИ- 45 регулятора, состоящего из усилителей 12 и

13, усилт )теля 15 и интегратора 17, обеспечивающего адаптивные свойства регулятору, устанавливаются по выбранному критерию качества. 50

Бинарная система управления работает следующим образом.

В начальный момент времени =0 мак- симальный сигнал поступает на вход блока выделения максимума. 55

В момент времени t> 0 на выходе сумматора 4 формируется сумма сигналов задатчика 1 и выхода объекта 30 регулирования, которая вычитается из выходного сигнала блока 21 выделения макси1

)о р+1 (6)

Величина у связана с выходным параметром у) передаточной функцией

wyy р-рС (7)

Величина у1 позволяет сформировать сигнал х, с помощью которого можно оцени- 10 вать величину а. Величина х=у)(0)-у<, (8) гдЕ y)(0) > у)(1) > 0; 1 > 0

Нулевой момент, где 1=0, — момент начала процесса управления. Оценка а иско- 15 мой величины а есть отношение а =- — .

Х (9)

Тогда передаточная функция контура, включающего первый контур регулирова- 20 ния и второй блок объекта управления:

A л ., У р 1 .. D,tel

Р(Р("g p+ )+ к«.3 кц (кпi Р кц ) Tg) (Tî р+() р (го p 4) Ð (p)

)25 мума в блоке 8 сравнения. Делительное устройство 22 реализует формулу (9), причем его первым входным сигналом является выходной сигнал дифференциатора 29. входным сигналол) которого служит промежуточная координата объекта 30 регулирования, а вторым сигналом является разность сигналов блока 21 выделения максимума и объекта 30 регулирования, Сигнал ошибки регулирования, получаемый на выходе множительного устройства 14 и равный произведению выходных сигналов делительного устройства 22 и блока 8 сравнения, через усилители 12 и 13 вводится s контур регулирования, в котором на выходе, в котором на выходе усилителя 15 формируется сигнал пропорциональной составляющей закона регулирования, а на выходе интегратора 17— сигнал интегральной составляющей. Сумма этих сигналов с выхода сумматора 6 подается на первый вход блока 10 сравнения, в котором из нее вычитается выходной сигнал дифференциатора 29. По сигналу, получаемому от блока 10 сравнения, на выходе усилителя 16 формируется сигнал пропорциональной составляющей закона регулирования. а на выходе интегратора 18 — сигнал интегральной составляющей. Сумма этих сигналов с выхода сумматора 7 подается на первые входы нуль-органов 23 и 24, а также блока 27 управления релейным элементом, На вторые входы нуль-органов 23 и 24 подаются сигналы задатчиков 2 и 3 соответственно. Выходные сигналы нуль-органа 23 и

24 подаются на входы одновибраторов 25 и

26. Выходной сигнал блока 11 сравнения, который поступает на вход интегратора 19, представляет собой разность выходных сигналов сдновибраторов 25 и 26. Выходной сигнал интегратора 20, входным сигналом которого является выходной сигнал. блока

27 управления релейным элементом, поступает на вход релейного элемента 28. На второй вход блока 27 управления релейным элементом поступает выходной сигнал релейного элемента 28. Выходной сигнал сумматора 5, представляющий собой сумму выходных сигналов интегратора 19 и релейного элемента 28, поступает на вход обьекта

30 регулирования.

Формула изобретения

Бинарная система управления, содержащая первый задатчик, подключенный к нему первым входом первый сумматор, второй вход которого соединен с первым выходом обьекта регулирования, первый интегратор, второй сумматор, выход которого подключен к входу объекта управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы при управле1702339 нии нестационарными астатическими объектами с запаздыванием, содержащими гистерезисный элемент с изменяющимися во времени характеристиками, она дополнительно содержит второй и третий задатчики, множительное устройство, третий и четвертый сумматоры, первый, второй, третий и четвертый блоки сравнения, второй усилитель, второй, третий и четвертый интеграторы, блок выделения максимума, делительное устройство, первый и второй нуль-органы, первый и второй одновибраторы, блок управления релейным элементом, дифференциатор, релейный элемент, причем выход первого сумматора соединен с вычитающим входом первого блока сравнения, суммирующий вход которого подключен к выходу блока выделения максимума, а выход подключен к первому входу множительного устройства, вход блока выделения максимума подключен к второму входу пер-. вого сумматора, вычитающий и суммирующий входы второго блока сравнения подключены соответственно к второму входу первого сумматора и выходу блока выделения максимума, вход дифференциатора подключен к второму выходу обьекта регулирования, а выход соединен с входом делимого делительного устройства, вход делителя которого соединен с выходом второго блока сравнения, выход делительного устройства подключен к второму входу множительного устройства, выход которого подключен к входам первого усилителя и первого интегратора, входы третьего сумматора подключены к выходам первого усилителя и первого интегратора, а выход соединен с суммирующим входом третьего

5 блока сравнения, вычитающий вход которого подключен к выходу дифференциатора. входы четвертого сумматора подключены соответственно к выходам второго усилителя и второго интегратора, входы которых

10 соединены с выходом третьего блока сравнения, первый нуль-орган, первый одновибратор, четвертый блок сравнения и третий интегратор соединены последовательно, первый вход первого нуль-органа подклю15 чен к выходу четвертого сумматора, а выход третьего интегратора подключен к первому входу второго сумматора, второй нуль-орган и второй одновибраторы соединены последовательно, первый вход второго нуль-орга20 на подключен к выходу четвертого сумматора. а выход второго одновибратора— к вычитающему входу четвертого блока сравнения, второй и третий задатчики подключены соответственно к вторым входам

25 первого и второго нуль-органов, блок управления релейным элементом, четвертый интегратор и релейный элемент соединены последовательно, вход блока управления релейным элементом подключен к выходу

30 четвертого сумматора, а выход релейного элемента — к второму входу второго сумматора, управляющий вход блока управления релейным элементом подключен к выходу релейного элемента.

1702339

Составитель А, Лащев

Техред М.Моргентал Корректор Н,Ревская

Редактор А. Огар

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

Заказ 4542 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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