Регулятор с переменной структурой

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскид

Социалистических

Республик оц 736046 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 2202.78 (21) 2583312/18-24

С ПРИСОЕДИНЕНИЕМ ЗаЯВКИ Мо (23) Приоритет

Опубликовано 2505.80. Бюллетень Мо ig,, Дата опубликования описания 250580 (5!)М. Кл.2

G 05 В 13/00

Государственный комитет

СССР по делам нзооретеннй н открытий (53) УДК62-50 (088. 8) (72) Авторы изобретения

P. A. Алиев, A. М. Шубладзе и С.М. Джафаров (7! ) Заявитель

Азербайджанский институт нефти и химии им. М, Азизбекова (54) РЕГУЛЯТОР С ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ

w„w= — E

Об ср и о;Р;!

-25

Изобретение относится к системам управления и может быть использовано для автоматического регулирования общепромышленными, в частности нефтеперерабатывающими и нефтехими- 5 ческими объектами, переходные процессы которых аппроксимируются передаточными фун кци ями вида коэ ффициент nepeob дачи объект а; с!.(1 д,„н)- параметры, характе- 15 ризующие динамику объекта, à — постоянная времени запаздывания.

В процессе регулирования парамет- 20 ры объекта изменяются в широких диапазонах

<К cк, (. < pcs

m1È Ob ИКЗ$. i Yt11N n1ayL

Требуе е качество работы систе регулирования в этих условиях дости- 30 гает ся з а счет адапт ации параметров регулятора к изменяющимся параметрам объекта и внешним возмущающим воздействиям.

Известны адаптивные регуляторы, состоящие из двух функциональных частей: — основного контура, формирующего пропорционально-интегральнодифференциальный закон регулирования, содержащего последовательно соединенные первый сумматор, дифференциатор, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, множительное устройство, на вход которого подается выходной сигнал контура адаптации, интегратор, и третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом множительного устройства; — и контура адаптации, Формирующего автоматически изменяеьмй коэфФициент усиления регулятора.

Известен адаптивный регулятор, s контуре адаптации которого содержатся последовательно соединенные блок умножения, входы которого соответственно соединены с входами дифференциатора и второго сумматора, двухпозиционное реле и ограничитель, выход которого соединен со вторым входом где

К„и К

А и „вЂ” времени диффер ров ания,.

Регулятор работает следующим образом.

Регулируемая ныходн а я координ ат а объекта х и задание х подается со40 ответственно на "минусовой и плюсовой входы первого суРю атора

1, выходной сигнат:;. E которого поступает на вход дифференциатора 7 и на первый вход второго сумматора

2. На входе дкфференциатора I Формируетсяя реальная произ водная ошибки, которая поступает на второй вход второго сумматора 2. Выходной си гнал + P. p 5 второго сумматора 2, поступая на вход второго масштабируемого блока 8 и на первый вход блока 10 умноженк я, умножает ся соот вет ст венно на постоянную K z и автоматически изменяемую часть коэффициента усиления К . На второй вход блока 10 умножения поступает сигнал К = выхода блока 19 деления контура адаптации, Выходные си гналы второго масшт абирующЕго блока 8 и блока 10 умножеф) ния суммируются н шестом сумматоре б, Выходной сигнал шестого сумматора б, равный (Kp + Ко) (Е +А E), посту пает на вход интегратора 11 и на перный вход третьего сумматора 3, на втооой вход которого поступает ны.множительного устройства основного контура, Формируется коэффициент усиления регулятора как усредненное значение днух постоянных уровней (1), Наиболее близким техническим решением является регулятор содержаР 5 щий блок изменения структуры, последовательно соединенные первый сумматор, дифференциатор, второй сумматор и блок умножения и последовательно соединенные интегратор и третий сумматор, ко второму входу которого под соединен вход интегратора, выход первого сумматора соединен со вторым

)Входом второго сумматора и через четвертый сумматор — c первым входом второго сумматора, блох выделения модуля, выход которого через последовательно соединенные пер эый фильтр, первый масштабирующий блок, пятый сумматор и блок деления соединен со вторым входом блока умноже- 26 ния, второй блок выделения модуля, вы:.од которого через второй фильтр соединен со вторым входом блока деления «. и l.

Недостатки регуляторов состоят 25 в т«эм, что неэффективно адаптируется автоматически изменяем«й коэффициент усиления, вследствие чего системы автоматического регулирования, построенные на базе этих регуляторов„. не могу удовлетворять требованиям, предъявляемым к качеству переходного процесса. Это вызвано тем, что антоматически изменяежюй коэффициент усиления регулятора сохраняет повышенное значение и на втором участке переходного процесса (участок торможения ). Кроме того, этк регуляторы в основном контуре содержат множительные устройства, перемножающие выходные сигналы второго сумматора и контура адаптации, что при ненадежной работе множительного устройства или одного из блоков контура адаптации приводит к ненадежной работе и основного контура регулятора.

Цель изобретения — более эффективная адаптация автоматически изменяемого коэффициента усиления, улучшаю— щая качество переходного процесса регулирования.

Указанная цель. достигается темР что регулятор содержит шестой суммат ор, второй масшт абирующий блок Р первый и нторой ключи, первые входы которого соединены соответственно со входом и выходом дифференциатора, ээыход второго сумматора через последоВательно соединенные второй масштабирующий блок и шестой сумматор соединен„co входом интегратора, выходом блока умножения и через блок изменения структуры — со вторыми входами первого и второго ключей, выходы которых соединены соответственно со

Входами первого и второго блоков выделения модуля.

На чертеже изображена блок-схема предложенного регулятора, содержащая сумматоры 1-8 „дифференциатор

7, первый и второй масштабирующие блоки 8, 9, блок 10 умножения, интегратор 11, блок 12 изменения структуры, второй и первый ключи 13, 14, второй и первый блоки 15, 16 выделения модуля Р Второй и перВый филbTpbt

17, 18 и блок 19 деления.

Регулятор реализует закон управления.

t ()(ц=(y +y, (q «)(ЕИ) А„E(t)+ f(«« +

И O

Кд(« (81 À«,Å(6ÌäÞ,êä«ì> О, ошибка реГулирования, раВВная э-х, регулируемая Выходная координата объекта к задание; время; переменная интегрирования; сост нет ст ненно постоянная и автоматически изменяемая части коэффициента усиления регулятора; сост нет ст Венно по ст ояненцкрования и интегрк736046 где

30 реализуется с помощью четвертого сумматора 4, блока изменения структуры 12 и ключевых элементов 13, 14; (El и ) Š— соответственно максимальные значения модуля ошибки и ее 35 реальной производной, формируете в блоках выделения ьюдуля 15, 16 и фильтрах 17, 18 по алгоритмам

Т )- IEI+ I E I =I El.

dt, Т Т иРи IEI>IEI, Т иРи I E I< I E(,, 45

Т вЂ” I Й I+ I C.l = IEI, dt т, еРи Е)«lél, Т 1qu tl< ) ЕЬ

50 ходной сигнал интегратор 11. На выходе третьего сумматора 3 формиру- ется выходной си гнал регулятора

U(t) °

В контуре адаптации на основе сигнала ошибки и ее реальной производной формируется автоматически изменяемая, часть коэффициента усиления регулятора К по алгоритму

Ч(Е,E l IEI

К (t1= -, - 0 «1 п — постоянный масштабный коэффициент; — малая постоянная величина, определяемая из условия физической 2() реализуемости операции деления;

9(E,Е) — переменная функции, при. чем

Щ Е Е) 1 1ъР с f Ó 6O, /=i >E+ Е, o lufg>O, y-k E-E, I где Т и Т вЂ” постоянные времени

2 фильтра. 55

Контур адапт ации, содержащий сумматоры 4, 5, первый масшт абирующий блок 9, блок изменения структуры 12, ключевые элементы 13, 14, блоки выделения модуля ошибки и ее производной 15, 16, фильтры 17, 18 и блок 19 60 деления работает следующим образом.

Выходной сигнал первого сумматора

1 поступает на первые входы второго ключа 13 и четнертого сумматора 4, на второй (плюсовой ) вход которо 65 го поступает сигнал с выхода дифференци атора 7. B чет вертом сумматоре 4 формируется сигнал R = g E- E, поступающий на первый вход блока изменения структуры 12, на второй вход которого поступает сигнал g = Е+Е с выхода второго сумматора 2. В блоке 12 изменения структуры производится логическое умножение сигналон

f u g. Выходной сигнал Sign(fi g) блока 12 изменения структуры поступает на вторые (управляющие ) входы ключей 1-3 и 14. Вследствие этого ключи 13 и 14 замыкают при f g «О (Sign(f g) =1) входы второго блока выделения модуля ошибки 15 и первого бло ка выделения,, модуля произ водной

l6 соответственно с выходами первого сумматора 1 и дифференциатора 7, а при f ° g >О (Sign (f. g) = О) — размякают. На выходах блоков выделения модуля 15 и 16 формируются соответственно сигналы Ч(Е, E)IE I и Ч (Е;Е) (E f, которые поступают на входы фильтров 17 и 18. При выбранном соотношении постоянных времени Т и Т фильтры оценивают максимальное значение модуля ошибки ) Е и ее реальной производной j Е t по формулам (4) и (5) .

Выходной сигнал первого фильтра 18, умножаясь в первом масштабирующем блоке 9 на постоянный масштабный коэффициент m, поступает затем на первый вход пятого сумматора 5, на второй вход которого подается постоянная величина 4. Выходные сигналы пятого сумматора 5 и второго фильтра 17 поступают на соответствующие входы блока деления 19, н котором формируется автоматически изменяемая часть коэФфициента усилени я ре гулят ора К . Выходной си гн ал блока 19 деления поступает на второй .вход блока 10 умножения основного контура.

Регулятор компенсирует влияние изменения параметров объекта на общий коэффициент усиления системы в аперицдических переходных процессах.

При уменьшении (увеличении) коэффициента передачи объекта система становится более медленной (быстрой ) автоматически изменяемая часть коэффициента усиления регуля

1 тора К увеличивается (уменьшается) по уровню, так как в течение всего пер еходно го процесса выполи яет с я условие f g 0

Но в колебательных переходных процессах автоматически изменяемая часть коэффициента усиления регулятора адаптируется (изменяется) как в. зависимости от изменения параметрон объекта, так и от состояния его фазовых координат (E E ) .

Блок изменения структуры, производя логическое умножение сигналов =1 — Е и Q =Х Е-Е, определяет необ73б04б ходившие моменты переключений ключей

13 и 14, замыкающих при f. g 0 входы блока выделения модуля и блока выделения произ водной соответ ст венно с выходами первого сумматора 1 и дифференциатора 7, а при K. > — размыкают.

В колебательном переходном процессе на промежутке времени 0 при котором 3 g <Îçíà÷âíèå автоматически измен яемой части коэффициент а равно соответствующей максимальной величине (так как в начальный момент переходного процесса IK(ma» И) )Е I"-01, затем экспоненциально убывает до некоторого уровня с увеличением ) ь . Таким образом на промежутке времени t переходного процес( са регулятор быстро сводит ошибку к нулю, уменьшая время регулирования, A на промежутке времени пер еходно го процесса, при котором

f ° g 7 О, автоматически изменяемая часть коэффициента усиления равна нулю. Следовательно, на промежутке времени t - .) происходит торможе1 ние переходного процесса, вследствие чего уменьшается перерегулирование ошибки и времени регулирования до минимально возможного значения.

Вследствие такой адаптации коэффициента усиления регулятора уменьшается перерегулирование ошибки (в 2-3 раза) и время регулирования (Ю 1, 2-1, 4 раза) переходного про цесса регулирования по сравнению с си стемами ре гули ровани я, построенными на базе известных адаптивных регуляторов с переменной структурой.

Формула изобретения

Регулятор с переменной структурой, содержащий блок изменения структуры, последовательно соединенные первый сумматор, дифференциатор, второй сумматор и блок умножения, и последовательно соединенные интегратор и третий сумматор, ко второму вхо. ду которого подсоединен вход интеграторар а, выход пер во го суммат ор à сое 0 динен со вторым входом второго сумматора и через четвертый сумматор с первым входом второго сумматора, первый блок выделения модуля, выход которого через последовательно соеди. иенные первый фильтр, первый масштаби р ующийй блок, пятый суммат ор и бло к деления соединен со вторым входом блока умножения, второй блок выделения модуля, выход которого через вто20 рой фильтр соединен со вторым входом блока деления, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что с целью повышения ка— чества переходного процесса и повышения надежности регулятора он содержит шестой сумматор, второй масштабирующий блок, первый и второй ключи, первые входы которых соединены соответственно со входом интегратора выходом блока умножения и через блок иэменения стpyктуры со вторыми входами первого и второго ключей, выходы которых соединены соответст венно со входами первого и второго блоков выделения модуля.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Авторское свидетельство СССР

М 467327, кл. G 05 B 13/02, 1975.

2. Журнал Приборы и системы управления 9 1, М., 1974, с. 5-10

40 (прототип) .

736046

Составитель A-. Лащев

Редактор Н. Горват Техред Н. Бабурка Корректор С. Шекмар .Закаэ 2518/54

Тирам 956 Подпи сное

UHHHIIH Государственного комитета CCCP по делам иэобретений и открытий

113035, москва, F-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП . Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4