Устройство управления несколькимиоднотипными об'ектами c инерцией

 

Опислние

ИЗОБРЕтКНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (u>840793 (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 2006.77 (21) 2497696/18-24 (Я)М, Кл. с присоединением заявки ¹ (23) Г)риоритет

G 05 В 11/01

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (5З) УДК 62-55 (088. 8) Опубликовано 230681 Бюллетень йо 23

Дата опубликования описания 250681

Н . Е. Болгов, С. Д. Лутов, А. А. Снегур,,О. К; Цыганков, P.Á. Чернсбай, Т.В. Зморович, В.Г. Маслий:и С.Е.Радинский (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Ордена Ленина институт кибернетики AH Украинской..ССР. (54) УСТРОИСТВО УПРАВЛЕНИЯ НЕСКОЛЬКИМИ ОДНОТИПНЫМИ

ОБЪЕКТАМИ С ИНЕРЦИЕИ

Изобретение относится к автоматике . и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления инерционными технологическими процессами, осуществляемыми в нескольких параллельно работающих однотипных аппаратах, например . алкилаторах.

Известно многоканальное! Устройство управления, содержащее в каждом канале блок сравнения, дискретный (шаговый) интегратор и регулятор, а также общие для. всех каналов коммутатор и блок вычисления заданных значений.

Блок сравнения в каждом канале по под-15 ключенным к нему коммутаторам сигнала задания и переменной выдает управляющие импульсы, воспринимаемые шаговым интегратором, выходной сигнал которого является заданием локально- 20 му регулятору. устройство управления реализует U-закон регулирования, что .не всегда достаточно для качественного управления инерционными объектами, и имеет недостаточные функциональные возможности для осуществления более сложных функций управления (1).

Известен автоматический оптимизатор группы объектов, ксторый оптимизирует общий показатель с учетом ха- 30 рактеристик работы отдельных объектов (2).

Однако для управления объектами .с существенными динамическими параметрами (инерционность, запаздывание), а также для учета особенностей отдельных объектов его функциональные возможности оказываются недоста-, точными.

Наиболее близкой по технической сущности является система управления процессом алкилирования бензола олефинами, которая содержит устройство управления несколькими объектами с инерцией, включающее блок ввода-запоминания состава алкилата, блоки определения текущего и оптимального значений режимных параметров; блок дифференцирования, блок формирования режимных параметров, блок коррекции по различным параметрам, блоки запоминания режимных параметров и требуемых расходов бензола, коммутаторы каналов объектов, осуществляющие связи с датчиками и между отдельными блоками (3).

Недостатками системы являются низкое качество управления и сложность блоков ввода данных о. режимных параметрах. . 840793

Цель изобретения — повышение качества управления.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство управления несколькими однотипными объектами с инерцией, содержащее четыре группы коммутаторов, блоки определения текущего и оптимального значений режимных параметров объектов, входы которых объединены и подключены к выходам соответствующих коммутаторов первой группы, подключенных входами к информационным линиям инерционных режимных параметров объектов, к выходам блоков;определения текущего и оптимального значений режимных параметров объектов подключен блок форми- 5 рования режимных параметров объекта, выход которого через вторую группу коммутаторов подключен -к входам блока запоминания режимных параметров объектов, блок коррекции, к входам 20 которого через коммутаторы третьей группы подключены информационные входы измеряемых возмущений, а его выход через коммутатор четвертой группы соединен с входами блока запомина- jg ния управлений, выходы которОго являются выходами устройства, программный блок, выход которого подсоединеньт к соответствующим командным входам всех групп коммутаторов, блока запоминания режимных параметров и блока дифференцирования, в канал каждого объекта последовательно включены адаптивный блок экспоненциального сглаживания и суммирующий блок, второй вход которого соединен с входом адаптивного блока экспоненциального сглаживания и подключен к соответствующему выходу блока запоминания режимных параметров и к соответствующему входу блока дифференцирования, 40 соответствующий выход которого соединен с третьим входом суммирующего блока, к другим входам блока дифференцирования подключены информационные входы косвенных оценок режимных пара- ;45 метров объектов, выходы суммирующих блоков через коммутатор третьей группы подсоединены к входу блока коррекции, к командным входам адаптивного блока экспоненциального сглаживания подключены соответствующие выходы программного блока.

Каждый адаптивный блок экспонен циального сглаживания содержит две ячейки памяти, входы которых подключены к замыкающему и размыкающему контактам первого переключателя, соединенного с выходом суммирующего элемента, один вход которого является входом блока, а другой вход через элемент с регулируемым коэффициентом пе- gp редачи связан с выходом блока и вторым переключателем, размыкакщий и замыкающий контакты которого подсоединены к выходам ячеек памяти, командные входы ячеек памяти и переключателей соединены с соответствующими командными входами блока.

Кроме того, дифференцирующий блок содержит в канале каждого объекта последовательно включенные суммирующий . элемент, ячейку памяти и элемент сравнения, другой вход которого соединен с входом ячейки памяти, а выход элемента сравнения подключен к зажиму соответствующего выхода дифференцирующего блока, входы суммирующего элемента подключены к соответствукщим зажимам первых и вторых входов дифференцирующего блока, а командные входы ячеек памяти соединены с командными входами дифференцирующего блока.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства управления несколькими однотипными объектами с .инерцией; на фиг. 2 — временная диаг-. рамма его работы, на фиг. 3 — структурная схема адаптивного блока экспоненциального сглаживания, на фиг.4структурная схема блока дифференцирования.

Устройство управления несколькими однотипными объектами с инерцией содержит четыре группы коммутаторов (Т группа — коммутаторы 1„ - 1,„, !! группа — коммутатор 2, 111 группа — коммутаторы 3 и 4 -4к, !Ч группа — коммутатор 5), блоки 6 и 7 определения текущего и оптимального значений режимных параметров объектов, блок 8 формирования режимных параметров объектов, блок 9 запоминания режимных параметров объектов, адаптивные блоки 10 -10и экспоненциального сглаживания, суммирующие блоки 114 -11>, блок 12 дифференцирования, блок 13 коррекции, блок 14 запоминания управлений, программный блок 15.

Каждый адаптивный блок экспоненциального сглаживания содержит две ячейки 16, 17 памяти, входы которых подключены к замыкающему и размыкающему контактам первого переключателя

18., соединенного с выходом суммирующего элемента 19, один вход которого является входом блока, а его другой вход через элемент 20 с регулируемым коэффициентом передачи соединен с выходом блока и вторым переключателем 21, размыкающий и замыкающий контакты которого соединены с выходами ячеек 1б, 17 памяти.

Дифференцирующий блок 12 содержит в канале каждого объекта последовательно включенные суммирующий элемент 22, ячейку 23 памяти и элемент

24 сравнения, другой вход которого соединен со входом ячейки 23 памяти, а его выход подключен к зажиму соответствующего данному объекту выхода блока. Входы суммирующего элемента 22 в канале каждого объекта подключены к соответствующим данному объекту

840793 .первому и второму входам блока, а ко1мандные входы ячеек 23 -23И памяти подсоединены к командным входам блока дифференцирования.

Устройство управления работает следующим образом.

Очередность-обслуживания и однотипных объектов и цикличность опроса информационных входов устройства определяется программным блоком 15, упрощенная временная диаграмма работы которого представлена на фиг. 2.

По командам а программного блока 15 последовательно для каждого из и объектов коммутаторы 14 -1 подключают информационные линии инерционных режимных параметров объекта к входам блоков б и 7 определения текущего и оптимального значений режимных параметров. На основе этих значений в блоке 8 формируется отклонение режимного параметра по данному QQ объекту и через коммутатор 2 подключается для записи (по той же команде а) к соответствующей ячейке памяти блока 9 запоминания режимных параметров. Значение ."1 (BbIcoKHA уровень) команды а по каждому из и объектов (см. фиг. 2) соответствует подключению каналов данного объекта на входы или выходы соответствующих блоков 6-8 и установлению режима

"Запись" в соответствующей данному объекту ячейке памяти блока 9, а значение "0" (низкий уровень) команды а соответствует отключению каналов объектов от блоков и режиму "Считывание" в ячейках памяти. 35

Таким образом, после обслуживания по командам а последнего (n-го) объекта в ячейках памяти блока 9 записываются новые значения режимных параметров объектов, которые исполь- 40 зуются для выработки управлений на объекты. Цикл ввода данных (период

Т ) определяется дискретностью полу- чения информации об инерционных режимных параметрах объектов. Для процесса алкилирования этот период составляет Т4 = 2 ч. Ячейки памяти блока 9 запомйнания режимных параметров объектов (a также. других запоминающих блоков устройства управления) обеспечивают полезный выходной сигнал не только в режиме "Считывание", но и в режиме "Запись".

Команды а вырабатываются в блоке

15 по жесткой программе, сигнализируя оператору о необходимости ввода данных о режимных параметрах объектов. В другом случае эти команды вырабатываются в программном блоке 15 по сигналам оператора при вводе имочередных данных состава алкилата,прыщ этом циклы Т и Т могут быть несйн2 хронизированы.

В блоке 12 дифференцирования по командам б программного блока 15 последовательно для каждого из и объектов в начале каждого цикла с периодом Т (обычно Т значительно меньше Т вЂ” в устройстве управления несколькими алкилаторами Т

34 мин) осуществляется запись (при б = 1) в каждой из и ячеек 23, 23и памяти блока суммы 2-х сигналов режимного параметра объекта (с соответствующего выхода блока 9) и его косвенной оценки (с соответствующего информационного входа устройства).

Сразу после записи этих сигналов в ячейку памяти данного объекта сигнал на соответствующем выходе блока равен нулю, так как на элемент 24 сравнения поступают равные сигналы. Однако в дальнейшем при.изменении входных сигналов блока (в первую очередь, косвенной оценки режимного параметра температуры в зоне реакции алкилатора) выходной сигнал также изменяется и представляет собой текущее значение (т.е. значение в данный момент на интервале 0 — Т ) первой разности входных сигналов блока.

Таким образом, любые отклонения входных сигналов от их зафиксированных в начале цикла в ячейке 23 памяти значений сразу приводят к изменению соответствующего выходного сигнала блока, используемого для выработки управления по данному объекту. При этом в устройстве управления несколькими алкилаторами учитываются резкие

"выбросы" температуры в зоне реакции алкилаторов, что является его важным преимуществом по сравнению с известными устройствами. Одновременно в блоке 12 дифференцирования вырабатывается сигнал коррекции по производной (первой разности) состава алкилата, что поэволяет повысить качество управления в переходных режимах.

Сигналы с выходов блока 9 запоминания режимных параметров и дифференцирующего блока 12 .поступают на входы соответствующих суммирующих блоков 11(-11и. Эти сигналы являются пропорциональныяи и дифференциальными составляющими закона формирования управлений на объекты. Кроме этого, на входы суммирующих блоков 11„-111 поступают сигналы с выходов адаптивных блоков экспоненциального сглаживания 104 -10и, эквивалентные интегральной составляющей закона формирования управлений на объекты. Однако в отличие от обычного интегратора (дискретного или непрерывного) в этих блоках происходит "забывание" предыдущих значений входных сигналов (отклонений режимных параметров от оптимальных значений) в соответствии с адаптивным алгоритмом экспоненциального сглаживания. Это позволяет фильтровать .ошибки измерения состава алкилата, определяющего режимные параметры объектов в устройстве управления несколькими алкилаторами с инер840793 цией, обеспечивая высокое качество управления в стационарных и переходных режимах, а также при изменении или неидентичности характеристик отдельных алкилаторов.

Ф

Реализация адаптивных алгоритмов экспоненциального сглаживания в блоках 10 -10и осуществляется по командам в, г и д программного блока 15 (фиг. 2). Команда д (общая для всех блоков 10 -10 ) определяет положение переключателей блока (при д = 0 закорочены размыкающие контакты, а при д = 1 — замыкающие), а команды в и г управляют режимами "Запись" (при в = 1 или г = 1) и "Считывание" (при в = 0 или г = О) соответственно первой и второй ячейки памяти в адаптивном блоке данного объекта.

В момент записи информации, например в первую ячейку 16 блока 10 (при этом команды на его входах в=1, г = 0 и д = 1), на ее вход через замкнутый замыкающий контакт первого:. переключателя 18 с выхода суммирующего элемента 19 подается сумма вход- ного сигнала блока и "взвешенного" 25 значения его выходного сигнала, т.е. содержимого второй ячейки 17 памяти, выходной сигнал которой через замкнутый замыкающий контакт (д = 1) второго переключателя 21 и элемент 20 с регулируемым коэффициентом передачи, определяющим "вес" предыдущих значений в адаптивном алгоритме экспоненциального сглаживания, подается на суммирующий элемент 19. Таким образом, в очередном полуцикле (при д = О) на выходе этого блока появляется выходной сигнал первой ячейки

16, представляющий собой сумму последнего и всех предыдущих отклонений режимного параметра данного объекта 4О от его оптимального значения, причем

"вес" предыдущих значений убывает (при коэффициенте передачи регулируемого элемента блока, меньшем единицы) по мере их удаления от текущего 45 момента времени. Отклонение, записанное в одну из ячеек этого блока, десять шагов (полуциклов) назад при коэффициенте передачи регулируемого элемента, равным 0,9, учитывается 50 в сумме на текущем шаге.с "весом"

0,9"о " = 0,38. В начале очередного полуцикла при д = О, в = 0 и г = 1 запись производится во вторую ячейку 17 памяти блока 10 и так далее.

Циклы записи в каждой из ячеек памяти блока повторяются с периодом 2 Т, а выходной сигнал блока изменяется два раза за этот период, т.е. один раз в полуцикл, равный Т . Аналогич но работают и остальные блоки 10 -, d0

10„.

Выходные сигналы суммирующих бло-, ков 11 -11 периодически по командам е = 1 подключаются коммутатором 3 третьей группы к одному из входов бло;65 е ка 13 коррекции. На другие входы этого блока по тем же командаМ е = 1. коммутаторы 4А -4„ подключают информационные входы измеряемых возмущений.

На основе этих данных в блоке 13 коррекции определяются требуемые значения управлений на объекты, которые по. тем же командам е = 1 подключаются коммутатором 5 на входы блока 14 запоминания управлений. Выходные сигналы этого блока, остающиеся постоянными при е = 0 до следующего цикла записи, являются заданиями локальных регуляторов отработки управляющих воздЕйствий на объехты, например расходов бензола на алкилаторы.

Применение предлагаемого устройства позволяет увеличить качество управления путем учета при формировании управлений по каждому объекту информации об отклонениях режимных параметров от оптимальных значений, накопленной на предыдущих шагах управления по данному объекту, и текущего значения первой разности сигналов о режимных параметрах и их оценках.

Формула изобретения

1. Устройство управления несколькими однотипными объектами с инерцией, содержащее четыре группы коммутаторов, блоки определения текущего и оптимального значений режимных параметров объектов, входы которых объединены и подключены к выходам соответствующих коммутаторов первой группы, входы которых подсоединены к информационным линиям инерционных режимных параметров объектов, к выходам блоков определения текущего и оптимального значений режимных параметров объектов подключен блок формирования режимных параметров объекта, выход которого через вторую группу коммутаторов подключен к входам блока запоминания режимных параметров объектов, блок коррекции, к входам которого через коммутаторы третьей группы подключены информационные входы измеряемых возмущений, а его выход через коммутатор четвертой группы соединен с входами блока запоминания управлений, выходы которого являются выходами устройства, программный блок, выходы которого подсоединены к соответствующим командным входам всех групп коммутаторов, блока запоминания режимных парметров и блока дефференцирования, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества управления, в канал каждого объекта последовательно включены адаптивный блок экспоненциального сглаживания и суммирующий блок, второй вход которого соединен с входом адаптивного блока

840793

10 экспоненциального сглаживания и подключен к соответствующему выходу блока запоминания режимных параметров и . к соответствующему входу блока дифференцирования, соответствующий выход которого соединен с третьим входом суммирующего блока, к другим входам блока дифференцирования подключены информационные входы косвенных оценок. режимных параметров объектов, выходы. суммирующих блоков через коммутатор третьей группы подсоединены к соответствующему входу блока коррекции, к командным входам адаптивного блока экспоненциального сглаживания подключены соответствующие выходы программного блока.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что каждый адаптивный блок экспоненциального сглаживания содержит две ячейки памяти, входы которых подключены к замыкающему и размыкающему контактам первого переключателя, соединенного с выходом суммирующего элемента, один вход которого является входом блока, а другой вход через элемент с регулируемым коэффициентом передачи связан с выходом блока и вторым переключателем, размыкающий и замыкающий контакты которого подсоединены к выходам ячеек памяти, командные входы ячеек памяти и переключателей соединены с соответствующими командМыми входами блока.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что дифференцирующий блок содержит в канале каждого объекта последовательно включенные суммирующий элемент, ячейку памяти и элемент сравнения, другой вход которого соединен с входом ячейки памяти, а выход элемента сравнения подключен к зажиму соответствующего выхода дифференцирующего блока, входы суммирующего элемента подклю15 чены к соответствующим зажимам первых и вторых входов дифференцирующего блока, а командные входы ячеек памяти соединены с командными входами дифференцирующего блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 401957, кл. С 05 В 11/58, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

9 462166, кл. G 05 В 13/02, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2445510, 10.01.77.