Способ автоматического двухпозиционного регулирования
Изобретение относится к области автоматического управления, а именно к двухпозиционному регулированию. Технический результат заключается в улучшении качества регулирования за счет сокращения времени адаптации. Способ регулирования заключается в том, что при выбеге регулируемой величины за первую зону адаптации управляющему воздействию, переставшему действовать на объект, присваивают среднее значение между вновь действующим значением управляющего воздействия и значением, переставшим действовать. Таким образом, достигается более быстрое сближение позиций регулятора со значением нагрузки объекта, что приводит к сокращению времени адаптации. При изменении нагрузки объекта регулятор сохраняет возможность возврата позиций в их крайние значения (за счет выбега параметра за зону реадаптации), а при последующих выбегах параметра за зону адаптации позволяет произвести подстройку позиций к новому значению нагрузки. 2 ил.
Изобретение относится к области автоматического управления, а именно к двухпозиционному регулированию. Оно может быть использовано для автоматического управления процессами как в промышленности (регулирование температуры в нагревательных печах, прессах, экструдерах, регулирование уровня в кубах ректификационных колонн и т.п.), так и в быту (регулирование температуры в бытовых электронагревательных приборах).
Известен способ автоматического двухпозиционного регулирования, основанный на задании максимального U2max и минимального U1min значений управляющего воздействия, задании номинального сигнала регулируемой величины N и переключении управляющего воздействия с большего U2max на меньшее U1min или наоборот при выбеге регулируемой величины за номинальное значение сигнала N (см. , например, А.А.Кампе-Немм. Автоматическое двухпозиционное регулирование. - М. : Наука, 1967, с. 6). Недостатком такого способа является низкое качество регулирования. Улучшить качество регулирования можно, если применить способ автоматического многопозиционного регулирования - прототип (см., например, то же, с. 68-70). Положительные эффекты в нем достигаются за счет задания ряда управляющих воздействий, воздействующих на объект при выбеге регулируемой величины за соответствующее значение сигнала задания этой величины. В частности таких значений сигналов регулируемой величины может быть пять: номинальное N, зоны с двумя значениями, одно из которых больше номинального, а второе - меньше на величину , еще одной зоны тоже с двумя значениями, но отличающимися от номинального на величину , причем При выбеге регулируемой величины за номинальное значение сигнала задания N происходит переключение управляющего воздействия, например, с большего U2 на меньшее U1 или наоборот; при выбеге за последующие зоны N+ и N+ значения управляющих воздействий, воздействующих на объект, возрастают, например, на величину U, а при выбеге за значения N- и N- убывают, т.е. при задании пяти значений сигналов задания регулируемой величины N, N и N имеем шестипозиционное регулирование. Положительные эффекты в нем достигаются за счет небольшого (на U) изменения управляющих воздействий на объект при соответствующем выбеге за значение той или иной зоны и задания самих зон. В то же время недостатком способа-прототипа является недостаточное качество регулирования, особенно для объектов с меняющейся нагрузкой, в силу фиксированности значений управляющих воздействий на объект и установления различных средних значений регулируемой величины при этих изменениях в силу колебаний последней возле того или иного из значений зон. Цель изобретения - улучшение качества автоматического позиционного регулирования объектами с меняющейся нагрузкой. Цель достигается максимальным приближением управляющих воздействий, действующих на объект регулирования, к нагрузке объекта при заданном номинальном значении сигнала N регулируемой величины. Для этого для реализации предлагаемого способа, как и в способе-прототипе, задают пять значений сигналов задания регулируемой величины: номинального (N); зоны с двумя значениями, одно из которых больше номинального (N+), а второе - меньше номинального (N-) на некоторую величину и зоны тоже с двумя значениями, но отличающимися от номинального на величину , причем т.е. N+ и N-. Номинальное значение сигнала задания (N) используют, как и в способе-прототипе, для переключения управляющих воздействий с большего U2 на меньшее U1 (или наоборот), причем в первоначальный момент формируют максимальное - U2max (для большего) и минимальное - U1min (для меньшего) значения управляющих воздействий. Значение зоны N используют для формирования значения управляющего воздействия, т. е. для его адаптации к нагрузке объекта. Причем, если регулируемая величина превысит значение N+ и при этом включено, например, большее управляющее воздействие U2, то меньшему значению U1 присваивают значение управляющего воздействия, равное (U1 + U2)/2, т.е. меньшее управляющее воздействие приближают к большему управляющему воздействию и делают равным среднему значению между вновь действующим большим управляющим воздействием и ранее действовавшим меньшим управляющим воздействием. Новое присвоенное значение меньшего управляющего воздействия запоминают (для чего в регуляторе устанавливают ячейку памяти нижней позиции (ЯПН)) и далее используют как новое меньшее управляющее воздействие на объект, а также для дальнейшей адаптации позиций регулятора, в случае повторного выбега регулируемой величины за первую зону N. Старое же значение меньшего управляющего воздействия, записанное в ЯПН, стирают, причем в первоначальный момент в ЯПН записывают минимальное значение управляющего воздействия U1min. Если напротив, при той же характеристике регулятора регулируемая величина стала меньше номинального сигнала задания (N) и при этом включилось меньшее U1 управляющее воздействие, а затем она стала меньше N-, то большее значение U2 управляющего воздействия приближают к меньшему и делают равным среднему значению управляющего воздействия между действующим меньшим значением и ранее действовавшим большим значением. При этом новое значение большего управляющего воздействия запоминают (для чего в регуляторе устанавливают ячейку памяти верхней позиции (ЯПВ)), а ранее действующее - стирают. В первоначальный же момент в ЯПВ записывают максимальное значение управляющего воздействия U2max. Иначе, при выбеге регулируемой величины за зону N управляющему воздействию, недействующему в данный момент на объект регулирования, присваивают среднее значение между действующим значением управляющего воздействия и ранее действовавшим, а в данный момент недействующим значением управляющего воздействия, с последующим запоминанием нового значения в соответствующую ячейку памяти ЯПН или ЯПВ. Таким образом, управляющее воздействие регулятора, недействующее в данный момент времени на объект регулирования, адаптируют в сторону сближения с действующим управляющим воздействием регулятора. Если регулируемая величина продолжает изменяться в сторону следующей зоны N и превысит значение N+ или станет меньше N-, то формируют вместо действующего управляющего воздействия его максимальное или минимальное значение соответственно, т.е. устанавливают крайнее значение действующего управляющего воздействия (U2 max или U1min). При этом в соответствующую ячейку памяти (ЯПВ или ЯПН) записывают это значение управляющего воздействия, а ранее записанное - стирают. Процесс адаптации (перенастройки) управляющих позиций регулятора начинают с момента включения системы регулирования и прекращают в том случае, если размах автоколебаний Y не будет превышать значения зоны 2, а сама регулируемая величина Y не выходит из зоны N, т.е. N-<Yего запоминание и стирание значения U1n-1 (U2k-1), что условно показано в виде скачка управляющего воздействия в элементе 6 со значения U1n-1 на U1n (или U2k-1 или U2k), происходящего по импульсу X4u (X2u) соответственно, проходящего через управляющий элемент 7. Фактически этот скачок имеет место по этим импульсам в соответствующих ячейках памяти ЯПН (или ЯПН 10). Запомненное значение U1n (U2k) с элемента 9 (или 10) передается в момент переключения управляющих воздействий с U2 на U1 (или с U1 на U2), т.е. в момент изменения сигнала X3, на элемент 6 через вышеназванный элемент 7 (см. линии, подходящие к нему сверху на фиг. 1), т.е. на объект управления в качестве значения U (линия командного сигнала X3 на элемент 7 фиг. 1 также не показана). Для реализации передачи запомненного значения управляющего воздействия U1n (U2k) в элементах 9 (10) на объект элемент 7 должен представлять из себя управляемый сигналом X3 переключательный элемент. Приняв командные сигналы X1 - X5 в виде следующих логических зависимостей:
можно представить предлагаемый способ в виде алгоритма, описываемого ингибиторной сетью Петри (см., например, Юдицкий С.А., Магергут В.З. Логическое управление дискретными процессами. - М.: Машиностроение, 1987) и представленного на фиг. 2. Буквами в кружках на фиг. 2. обозначено выполнение следующих операций:
ВП - включение крайнего максимального управляющего воздействия (верхней позиции регулятора) (U2max);
НП - включение крайнего минимального управляющего воздействия (нижней позиции регулятора) (U1min);
АВП - включение большего адаптивного управляющего воздействия (адаптивной верхней позиции) (U2);
АНП - включение меньшего адаптивного управляющего воздействия (адаптивной нижней позиции) (U1);
ЯПВ - запись U2 в ячейку памяти большего управляющего воздействия (верхней позиции);
ЯПН - запись U1 в ячейку памяти меньшего управляющего воздействия (нижней позиции);
U1 и U2 - приращение значений управляющих воздействий, соответственно, меньшего и большего (по вышеизложенным формулам). На переходах ti (черточках сети) записываются условия их срабатывания в виде булевых функций от командных сигналов X1 - X5. Для соответствующего перехода они такие:
t1 - U1minU2maxX3;
t2 - U1minU2maxX3;
t9 - U2maxX4и; t'9 - U1minX2и;
t12 - X5; t'12 - X1. Начальная маркировка сети дана для случая действия на объект большего адаптивного управляющего воздействия (верхней адаптивной позиции - метка в кружке АПВ) и одновременного изменения и записи нового меньшего значения управляющего воздействия (нижней позиции - метки в кружках U1 и ЯПН). Поскольку операции приращения меньшего управляющего воздействия и записи его в ЯПН происходят одновременно, то для упрощения сети эти операции объединены в один кружок. Аналогично объединены операции приращения большего управляющего воздействия и запись его в ЯПВ. Сеть подтверждает однозначность предложенного способа автоматического двухпозиционного регулирования. В настоящее время разрабатывается ряд устройств регуляторов, работающих по данному способу.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2