Самонастраивающееся устройство для устранения статической ошибки в автоматических системах стабилизации динамических объектов



Самонастраивающееся устройство для устранения статической ошибки в автоматических системах стабилизации динамических объектов
Самонастраивающееся устройство для устранения статической ошибки в автоматических системах стабилизации динамических объектов
Самонастраивающееся устройство для устранения статической ошибки в автоматических системах стабилизации динамических объектов
Самонастраивающееся устройство для устранения статической ошибки в автоматических системах стабилизации динамических объектов
Самонастраивающееся устройство для устранения статической ошибки в автоматических системах стабилизации динамических объектов

 


Владельцы патента RU 2505847:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" (RU)

Устройство относится к области средств автоматизации и может использоваться в системах управления технологическими процессами и объектами в химической промышленности, теплотехнике, энергетике. Технический результат - повышение точности управления в системах стабилизации с предлагаемым устройством в условиях действия как сигнальных, так и параметрических возмущающих воздействий на объект. Устройство содержит сумматор, интегратор и усилитель. Устройство автоматически устраняет статическую ошибку при его использовании в системах стабилизации динамических объектов путем масштабирования задающего воздействия. Пример конкретного выполнения регулятора реализован на пневматических элементах УСЭППА. 4 ил.

 

Устройство относится к области средств автоматизации и может применяться в системах автоматического управления динамическими объектами различной природы (в химической промышленности, тепло- и электроэнергетике).

Качество работы системы автоматического управления в установившемся режиме работы оценивается по величине статической ошибки, равной разности между требуемым и действительным значениями регулируемой величины в установившемся режиме работы системы. В системах стабилизации с линейным объектом ошибка системы может быть найдена по известному выражению [см., например, кн. Теория автоматического управления. 4.1. Под ред А.В.Нетушила. М.: Высшая школа. - 1967. - С.198., Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1972. - С.203.]:

где x0(s) и F(s) - изображения требуемого значения регулируемой величины (уставки) и возмущающего воздействия соответственно, W(s) - передаточная функция разомкнутой системы, Fk(s) и Wk(s) - возмущение и соответствующая ему передаточная функция по возмущению. Применительно к выражению (1) передаточные функции разомкнутой системы и по возмущению дают возможность в символической или операторной форме записать дифференциальное уравнение, связывающее ошибку с входными воздействиями:

где - алгебраический оператор дифференцирования.

Статическая ошибка в соответствии с теоремой о предельном переходе в системах стабилизации при условии, что и возмущения fk(t)=dk0=const, будет иметь следующий вид:

Первое слагаемое этого выражения представляет собой составляющую ошибки, определяемую задающим воздействием. Эта составляющая ошибки может быть отличной от нуля в системах стабилизации динамических объектов без астатизма с пропорциональным регулятором. В этом случае W(p)=k представляет собой общий коэффициент усиления по разомкнутой цепи и первое слагаемое в выражении (3) может быть представлено в виде

Эта составляющая ошибки практически может быть уменьшена путем увеличения коэффициента k и сведена к нулю при астатическом регулировании, когда W(0)→∞. Вторая составляющая никогда не обращается в нуль, если возмущающее воздействие приложено до интегрирующего звена.

Существуют устройства, позволяющие устранить статическую ошибку без использования интегрирующих элементов. Достигается это путем использования неединичной обратной связи в замкнутых системах стабилизации (см. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1972. - С.261) либо путем масштабирования входного воздействия x0 или выходной величины x (там же, с.262).

Наиболее близким по своей сущности к заявляемому устройству является устройство, представленное в книге Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1972. - С.261, рис.9.16. Недостаток представленного устройства состоит в том, что он оказывается малопригоден для практического использования в условиях неопределенности объекта и среды, при действии параметрических и меняющихся сигнальных возмущений.

Техническим результатом изобретения является повышение точности управления в системах стабилизации с предлагаемым устройством в условиях действия как сигнальных, так и параметрических возмущающих воздействий на объект.

Для этого в заявляемое устройство введен сумматор, первый вход которого соединен с первым входом устройства и первым входом интегратора, выход которого связан со вторым входом сумматора, выход которого соединен с первым входом усилителя, второй вход которого связан со вторым входом устройства, выход которого подключен к выходу устройства.

Устройство изображено на фиг.1, где представлена его блок-схема, фиг.2 иллюстрирует пример конкретного выполнения регулятора на пневматических элементах УСЭППА, на фиг.3 и 4 представлены результаты исследования процессов в системе с предложенным устройством методом цифрового моделирования.

Устройство содержит (фиг.1) сумматор 1, усилитель разности двух сигналов 2, интегратор 3, x0 - первый вход устройства (сигнал задания), x - второй вход устройства (переменная), U - выходной сигнал устройства.

Первый вход устройства x0 подключен к первому входу сумматора 1 и первому входу интегратора 3. Второй вход устройства (переменная - x) соединен со вторыми входами усилителя 2 и интегратора 3. Выход интегратора 3 соединен со вторым входом сумматора 1, выход которого связан с первым входом усилителя 2, выход которого подключен к выходу устройства U.

Подобное соединение элементов позволяет реализовать в устройстве следующий закон управления:

где

k1, k2 и k3 - постоянные коэффициенты.

Рассмотрим работу устройства в целом и его отдельных элементов.

Сумматор - это или дроссельный (пневматический), или резисторный сумматор, или программный продукт. Усилитель и интегратор - также стандартные элементы. Пример их конкретного исполнения представлен на фиг.2.

Интегратор 3 (фиг.2) содержит повторитель 8, усилитель 9, дроссель 7 и пневмоемкость 6. Входами его являются сигналы х0 и х. Это типовое устройство, построенное на усилителе 9, охваченном инерционной положительной обратной связью, и формирующее на своем выходе линейно нарастающий сигнал, пропорциональный разности двух сигналов, действующих на его входах.

Усилитель 2 помимо элемента 4 содержит дроссельный сумматор 5, работающий по принципу делителя, входом которого является сигнал с выхода усилителя 2, а выход, соединенный с камерой элемента 4, реализует неединичную обратную связь. На входы усилителя 4 также поступают два сигнала: на прямой вход - с сумматора 1, а на второй - с первого входа устройства x. Это стандартный элемент.

Сумматор 1 построен по схеме дроссельного сумматора и реализует операцию по формуле k1·x0+(1-k1)·xи, где коэффициент k1 меньше единицы, его значение определяется настройкой переменного дросселя в сумматоре, а xи - выходной сигнал интегратора, подключенный ко второму входу сумматора.

Работу устройства рассмотрим по фиг.2 и 3 в предположении, что его выходной сигнал U подключен к входу объекта управления, а выходной сигнал объекта подключен ко второму входу устройства. Тогда в момент включения устройства в его выходной линии U формируется сигнал управления с выхода усилителя 2, вызванный задающим сигналом (уставкой) x0. Этот сигнал проходит через сумматор 1 на прямой вход усилителя 2. Под воздействием выходного сигнала усилителя 2 на втором входе устройства x появляется сигнал с выхода объекта, который сравнивается в интеграторе 3 с заданным x0. Одновременно сигнал x поступает на инверсный вход усилителя 3, где сравнивается с сигналом, который формируется в сумматоре 2. Сигнал на выходе сумматора 2 складывается из суммы двух сигналов: масштабированного входного сигнала х0 и выходного сигнала интегратора 3. Выходной сигнал интегратора 3 изменяется до тех пор, пока разность между сигналом x и заданным его значением x0 не станет равной нулю, что и является свидетельством отсутствия статической ошибки в системе. Сигнал х0 при этом сдвигается в ту или иную сторону на величину статической ошибки. Статическая ошибка в системе всегда будет равна нулю, независимо от того, вызвана ли она сигнальными или параметрическими возмущающими воздействиями на объект.

Следует также обратить внимание на то, что в прямой цепи управления объектом нет интегрирующих звеньев (только усилитель, выполняющий роль пропорционального регулятора). Как известно из теории автоматического управления, наличие в прямой цепи управления интегрирующего звена снижает при прочих равных условиях запас устойчивости системы управления объектом, делает ее менее надежной и ухудшает показатели качества управления в условиях неопределенности параметров объекта и среды.

На фиг.3 и фиг.4 приведены процессы в системе с заявляемым устройством, полученные методом цифрового моделирования. В качестве объекта исследовалась модель с передаточной функцией W(s)=1-5/(4.76·s+1)(1.98·s+1)(0.32·s+1).

На фиг.3 приведены процессы изменения выходной координаты в условиях, когда интегратор 3 был отключен. В результате статическая ошибка в системе имеется. На фиг.4 представлены те же процессы (при прочих равных условиях) с подключенным интегратором 3. Статическая ошибка в системе отсутствует. Здесь x0(t)=k1·x0+(1-k1)·a(t). Результаты исследований в условиях воздействия постоянно действующих параметрических и сигнальных возмущений на объект при необходимости могут быть представлены дополнительно. Но они мало чем отличаются от результатов, представленных на фиг.4.

Таким образом, данное устройство решает задачу обеспечения равенства регулируемой координаты в установившемся режиме работы системы его заданному значению путем автоматического масштабирования сигнала x0 (в сторону увеличения или уменьшения) на заранее неизвестную величину, которая определяется параметрами объекта и среды, которые могут быть известны не точно.

Самонастраивающееся устройство для устранения статической ошибки в автоматических системах стабилизации динамических объектов, содержащее интегратор, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым входами устройства, и усилитель разности двух сигналов, инверсный вход которого подключен ко второму входу устройства и второму входу интегратора, а выход - к выходу устройства, отличающееся тем, что в него дополнительно включен сумматор, первый вход которого соединен с первым входом устройства, второй вход - с выходом интегратора, а выход - с прямым входом усилителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к интеллектуальным контроллерам, использующим принцип обучения с подкреплением и нечеткую логику, и может быть использовано для создания систем управления объектами, работающими в недетерминированной среде.

Изобретение относится к области автоматического управления. Технический результат - повышение устойчивости работы системы управления.

Изобретение относится к автоматическому регулированию. Технический результат заключается в повышении быстродействия и точности системы при сохранении модульного оптимума при любых значениях ошибки системы.

Изобретение относится к области способов оценки в технике регулирования. .

Изобретение относится к электронной технике и автоматике. .

Изобретение относится к способу анализа функционирования газовой турбины, а также к способу контроля функционирования газовой турбины. .

Изобретение относится к области автоматического управления динамическими объектами и может быть использовано для создания высокоточных систем автоматического управления движением этих объектов по заданным пространственным траекториям.

Изобретение относится к способу определения состояния электрического воспламенителя (14) горелки газовой турбины, а также к устройству (12) измерения и устройству (10) зажигания, посредством которых можно предотвратить неудачный старт газовой турбины из-за неработоспособных воспламенителей.

Изобретение относится к системам управления динамическими объектами. .

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано при автоматическом управлении нестационарными скалярными априорно неопределенными динамическими объектами циклического действия.

Изобретение относится к области осветительных систем. .

Изобретение относится к электротехнике и электронике, а именно к одно- и многоканальным стабилизаторам напряжения, и предназначено для использования в системах электроснабжения для регулировки, включая стабилизацию, однофазного и трехфазного напряжения источника электроэнергии переменного тока, а также для регулировки, включая стабилизацию, постоянного напряжения.

Изобретение относится к области средств автоматического управления и может быть использовано для управления динамическими объектами в химической промышленности, теплотехнике, энергетике.

Изобретение относится к области автоматического управления технологическими объектами металлургической, пищевой, химической и других промышленностей и может быть применено для автоматического регулирования технологических параметров (температура, давление, линейная скорость, угловая скорость и др.).

Регулятор // 2448354
Изобретение относится к регулированию систем. .

Изобретение относится к радиоавтоматике и может быть использовано в телевизионных системах измерения параметров траекторий объектов сопровождения и других следящих системах, в которых информация о непосредственно измеряемых координатах формируется с помощью соответствующих дискриминаторов.

Изобретение относится к подъемно-транспортным установкам для перемещения исполнительного органа механизма (крюковой подвески) по оптимальной по быстродействию диаграмме, то есть за минимально возможное время.

Изобретение относится к области автоматического регулирования температуры и может быть применено в системе терморегулирования космических аппаратов. .

Изобретение относится к автоматизированным системам регулирования с цифровым управлением. .

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для высокоточного автоматического регулирования движения осей оптических телескопов и лидарных станций обнаружения и сопровождения космических объектов. Техническим результатом является повышение показателя надежности системы цифрового электропривода с одновременным упрощением процедуры его демонтажа и ремонта за счет применения вентильного двигателя с дисковым статором, разделенным на три сегмента. Для этого предложен цифровой электропривод, содержащий задающее устройство, выход которого соединен с регулятором положения, выход которого соединен с регулятором скорости, широтно-импульсный модулятор, исполнительный двигатель, при этом исполнительный двигатель выполнен дисковым беззубцовым вентильным, разделенным на три сегмента, каждый из которых соединен с отдельным усилителем мощности и с датчиками токов фаз каждого сегмента, соединенных с блоком вычисления момента, выход которого соединен с регулятором момента, второй вход которого соединен с выходом регулятора скорости, а выход - с широтно-импульсным модулятором, выход которого соединен с тремя усилителями мощности сегментов двигателя, электропривод дополнительно снабжен датчиком положения, вход которого соединен с двигателем, а выход - с контроллером датчика положения, выход которого соединен со вторым входом регулятора положения и через блок вычисления скорости - со вторым входом регулятора скорости. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх