Бинарная система управления

 

Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано в системах управления технологическими процессами с переменными параметрами. Бинарная система управления позволяет обеспечить необходимую точность регулирования в условиях существенным образом непрерывно возрастающих геометрических и весовых параметров объекта регулирования. Для этого система содержит множительное устройство 10, усилитель 11, множительное устройство 12, интегратор 13, которые образуют второй контур регулирования, а также блок выделения максимума 16, дифференциатор 18, блоки вычислений коэффициентов интегральной 20 и пропорциональной 21 составляющих закона регулирования. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 05 В 13/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР.l

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4348686/24 (22) 30.10.87 (46) 07.06.92. Бюл. I4 21 (71) Институт проблем управления (72) С.B,Åìåëüÿíîâ, В.А,Лобанов, M.3,Шовкун и А.M.Øóáëàäýå (53) 62-50(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1149213, кл. G 05 В 13/02, 1985. (54) БИНАРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано в системах управления технологическими процессами с переменными

ЫЛ 1739364 А1 параметрами, Бинарная система управления позволяет обеспечить необходимую точность регулирования в условиях существенным образом непрерывно возрастающих геометрических и весовых параметров объекта регулирования. Для этого система содержит множительное устройство 10, усилитель 11, множительное устройство 12, интегратор 13, которые образуют второй контур регулирования, а также блок выделения максимума 16, дифференциатор 18, блоки вычислений коэффициентов интегральной. 20 и пропорциональной 21 составляющих закона регулирования. 4 ил.

1739364

Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано в системах управления технологическими процессами с переменными параметрами, например, в системах управления процессами бурения.

Целью изобретения является повышение точности системы.

На фиг. 1 приведена функциональная схема системы; на фиг, 2 — функциональная

õåìà блока вычисления коэффициентов пропорциональной составляющей; на фиг.

3 — функциональная схема блока вычисления коэффициентов интегральной составляющей; на фиг.4 — функциональная схема блока выделения максимума.

Система (фиг, 1) содержит задатчик 1, блоки 2 и 3 сравнения, умножители 4 и 5, усилитель 6, интегратор 7, сумматор 8, блок

9. сравнения, усилители 10-12, интегратор

13, сумматор 14, датчик 15, блок 16 выделения максимума, блок 17 сравнения, дифференциатор 18, делитель 19, блок 20 вычисления коэффициента интегральной составляющей, блок 21 вычисления коэффициента и ропорционал ь ной составля ю щей, объект 22 регулирования, причем умножитель 4 и усилитель 6 составляют блок 23 умножения, сумматор 8 и блок 9 сравнения — блок 26 сравнения с тремя входами, усилитель 24 состоит из усилителей 10 и 11, второй интегратор 25 — из усилителя 12 и интегратора 13.

Блок вычисления коэффициента пропорциональной составляющей (фиг. 2) содержит задатчик 27, умножитель 28, задатчик 29, умножитель 30, задатчик 31, умножители 32 и 33, задатчики 34 и 35, сумматор 36, задатчик 37, квадратор 38, умножитель 39, сумматор 40, задатчик 41, умножители 42 и 43, сумматор 44, задатчик

45, умножитель 46, сумматор 47, квадратор

48, умножитель 49, задатчик 50, сумматор

51, умножитель 52.

Блок вычисления коэффициента интегральной составляющей закона регулирования (фиг. 3) содержит задатчик 53, умножитель 54, задатчик 55, умножитель 56, задатчик 57, умножители 58 и 59, задатчик

60, сумматор 61, задатчик 62, умножитель

63, задатчик 64, умножители 65 и 66, задатчик 67, квадратор 68, умножитель 69, задатчик 70, сумматор 71, умножитель 72, задатчик 73, квадратор 74, сумматоры 75 и

76, умножитель 77, задатчик 78, сумматор

79, умножитель 80.

Блок 16 выделения максимума представляет собой последовательно соединенные сумматор 81, усилитель 82, диод 83, параллельно которому установлена кнопка

84 установки начальных условий, интегратор 85.

Адаптивный регулятор предназначен для управления объектами, описываемыми

5 передаточной функцией

ke — p 7 тр+1 где k=; Т

1, 1 1а где k> — масштабный коэффициент;

Оценка двух параметров объекта, а именно постоянной времени и коэффициента усиления, дает необходимую информацию для настройки регулятора. Параметры оцениваются по информации о выходной координате в начале процесса управления и в последующие моменты времени.

Для того, чтобы определить параметр а целесообразно ввести новую координату у, которая связана со скоростью ч выходной координаты объекта передаточной функцией: (3) — т!

1сп, (T (r l — 2 1) — Г+ 1); (6)

Г е — T 1+1 — kk, I

55 ки

2 1 г г + z + 2 т (8)

47 где k — коэффициент при пропорциональной составляющей закона регулирования;

25 Wчу (р) (1)

+1

К1а

Величина у связана с величиной у1, которая может быть измерена с помощью датчика 15 с передаточной функцией; ччуу = е Р". уу1 (2)

Величина выходного сигнала у1 датчика

15 позволяет сформировать сигнал х, с помощью которого можно оценить величину

35 а, Величина х=у1(0)-у1, где у1 (0)>у1(т)>0; т>0.

Нулевой момент, где =0 — момент начала процесса управления. Оценка Ь искомой величины а есть отношение л

Q (4) х л

Оценка т второго неизвестного параметра

45 т=у1 (О) с (5) где с,— масштабный коэффициент.

В основу закона адаптации заложена оптимизация параметров по критерию максимальной степени устойчивости. Максимальная степень устойчивости достигается при

1739364

k> — коэффициент при интегральной составляющейей.

Для диапазонов изменения параметров объекта r =2-10 и T=0,5-20 формулы (5) и (6) с достаточной точностью аппроксимируются упрощенными выражениями:

kn=(0 75-0,317 +0,197+

+ 0,027 E + 0,0012Т -0,021т Т) а; (9) Ки=Кп(0,34-0,82 +(6,2T+5,7 +

+О,ЗТ -1,6z Q 10 з), (10) которые реализуются в предлагаемой системе.

Система работает следующим образом, Регулятор состоит из двух контуров, в которых регулирование основано на ПИ-законах, Первый контур регулирования представляет собой адаптивный ПИ-регулятор, настройки которого формируются с помощью сигналов оценок а и с

В начальный момент времени t=0 максимальный сигнал датчика 15 поступает на вход блока выделения максимума. На выходе блока 2 сравнения формируется сигнал, равный разности сигналов блока 16 выделения максимума и задатчика 1.

По сигналу ошибки регулирования в момент времени t >О, получаемой на выходе блока 3 сравнения, как разность сигналов датчика 15 и блока 2 сравнения, на выходе усилителя 6 формируется сигнал пропорциональной составляющей закона регулирования, а на выходе интегратора 7 — сигнал интегральной составляющей. Сумма этих сигналов с выхода сумматора 8 подается на первый вход блока 9 сравнения. Умножители 4 и 5 используются для ввода в контур регулирования коэффициентов пропорциональной и интегральной составляющих, формируемых в блоках 20 и 21 вычисления.

Выходной сигнал умножителя 4 представляет собой произведение входных сигналов ошибки регулирования и коэффициента пропорциональной составляющей, а выходной сигнал умножителя 5 — произведение сигналов ошибки регулирования и коэффициента интегральной составляющей; Делитель 19 реализует формулу (4), причем первым его входным сигналом является выходной сигнал дифференциатора 18, входным сигналом которого является выходной сигнал сумматора 14, а вторым сигналом разность между сигналами датчика 15 и блока 16 выделения максимума.

Коэффициент Ки (см. формулу(10)) представляет собой выходной сигнал блока 20, 15

55 входными сигналами которого являются выходной сигнал делителя 19, выходной сигнал блока выделения максимума 16 и выходной сигнал блока 21.

Коэффициент k (см. формулу (9)) представляет собой выходной сигнал блока 21, входными сигналами которого также являются выходной сигнал делителя 19, и выходной сигнал блока 16 выделения максимума.

Коэффициенты настроек k> и k> вводятся в контур регулирования с помощью умножителей 4 и 5.

Второй контур регулирования, состоящий из блока 9 сравнения, усилителей 10 и

12, усилителя 11, интегратора 13 и сумматора 14, также реализует пропорциональноинтегральный закон регулирования. По сигналу, получаемому с блока 9 сравнения, на выходе усилителя 11 формируется сигнал пропорциональной составляющей закона регулирования, а на выходе интегратора

13 — сигнал интегральной составляющей.

Сумма этих сигналов с выхода сумматора 14 подается на входобъекта 22. Множительные устройства используются для ввода в контур регулирования коэффициентов пропорциональной и интегральной составляющих.

Формула изобретения

Бинарная система управления, содержащая последовательно соединенные сумматор, объект управления и датчик, последовательно соединенные задатчик и первый блок сравнения и последовательно соединенные первые блок умножения и интегратор, причем вход первого блока умножения соединен с первым входом второго блока умножения,отл ича юща я с я тем, что, с целью повышения точности системы, она содержит блок выделения максимума, второй — четвертый блоки сравнения, второй интегратор, усилитель, блок вычисления коэффициента пропорциональной составляющей, последовательно соединенные дифференциатор, делитель и блок вычисления коэффициента интегральной составляющей, выход которого соединен с первым входом первого блока умножения, а второй вход — с первым входом блока вычисления коэффициента пропорциональной составляющей, с вычитающими входами первого и четвертого блоков сравнения и выходом блока выделения максимума, входом подключенного к выходу датчика, суммирующему входу четвертого блока сравнения и вычитающему входу второго блока сравнения, суммирующий вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход — с первым входом второго блока умножения, выходы первого интегратора и второго блока умножения соединены с соот1739364 ветствующими суммирующими входами третьего блока сравнения, вычитающим входом соединенного с входами дифференциатора и объекта управления, а выходом через усилитель и второй интегратор — с соответствующими входами сумматора, выход четвертого блока умножения соединен с входом делимого делителя, выходом через блок вычисления коэффициента пропорциональной составляющей под5 ключенного к второму входу второго блока умножения.

1739364

25

35

45

Составитель А. Лащев

Редактор Н. Бобкова Техред М.Моргентал Корректор А. Осауленко!

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

Заказ 2003 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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