Регулирующее устройство

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (u)980069 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 26.06.81(21) 3306649/18-24 с присоединением заявки Но (23) Приоритет б

Опубликовано 07.12.82. Бюллетень HP 45

Дата опубликования описания 07. 12. 82

f$g) + gN 3

G 05 В 13/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (33) УДК б 2-50 (088.8) Л.П.Мышляев, В.П.Авдеев, С.К.Коровий, С.Ф.Киселев, В.И.Косырев, Ю.Н.Марченко и И.Н.Щемелева

Сибирский ордена Трудового Красного Знаменн металлургический институт им. Серго; Орджоникидзе и Всесоюзный центральный ордена Трудового Красного

Знамени научно-исследовательский институт -комПлеКсной-"

/ автоматизации (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) РЕГУЛИРУКХЦЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для построения систем регулирования техничЕскими объектами, характеристики каналов регулирования которых изменяются незначительно; а структурно-. статические свойства неконтролируемых возмущений претерпевают с течением времени существенные изменения.

Известен регулятор, содержащий последовательно соединенные первый блок сравнения, фильтр низкой частоты, пропорционально-интегральный блок (регулятор), второй блок сравнения, модель объекта регулирования и первый сумматор, выход которого соединен с входом первого блока сравнения, последовательно соединенные экстраполятор и блок задержки, причем вход экстраполятора соединен с выходом пропорционально-интегрального блока, выход блока задержки с входом второго блока сравнения, на один иэ входов сумматора подает,ся измеряемый сигнал регулируемой координаты, заданный сигнал подается на один из входов первого блока сравнения, выход экстраполятора является выходом регулятора (1), Недостаток этого регулятора заключается в невысокой точности ре-гулирования вследствие того, что

5 структурно-статические свойства неконтролируемых возмущений изменяются, а структура и параметры регулвтора остаются неизменными, выбранными в ориентации на определенные свойства возмущений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее первую и вторую модели объекта, выходами соединенные соответственно. с первыми входами первого и второго сумматоров, фильтры низкой частоты, первый вход и выход первого фильтра низкой частоты подключены соответственно к выходу первого блока сравнения и . первому входу первого регулятора, первые входы второго и третьего фильтров низкой частоты соединены соответственно через первый и второй квадраторы с выходами второго и третьего блоков сравнения, а выходыс первым и вторым входами третьего сумматора, первый вход четвертого фильтра низкой частоты подключен к выходу четвертого блока сравнения, выход первого регулятора сое980069 динеи с первым входом пятого блока сравнения, первый вход шестого блока сравнения подключен через второй регулятор к выходу четвертого фильтра низкой частоты, а выходы пятого и шестого блоков сравнения соеди- 5 нены соответственно с первыми входами первой и второй моделей объекта, вторые входы первого и второго сумматоров подключены к первому входу устройства, выход первого сумматора -„ )O к первым входам первого и второго блоков сравнения, а выход второго сумматора — к первым входам третьего и четвертого блоков сравнения, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого блоков сравнения соединены с вторым входом устройства, первый и второй входы третьего сумматора соединены соответстВенно с первыми Входами первого и О второго блоков деления, а выход с вторыми входами первого и второго блоков деления, первый и второй блоки умножения, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго блоков деления, вторые входы — с первыми входами шестого и пятого блоков сравнения, а выходы — с первым и вторым входами четвертого сумматора, выход которого подключен к вторым входам пятого и шестого блоков сравнения (2 ).

Недостаток этого регулирующего устройства заключается в невысокой точности регулирования, обусловленной тем, что при неэффективной работе одного из контуров моделирования снижается качество регулирования всего регулятора. Плохая работа одного из контуров может быть вызвана, например резкими изменениями неконт- 4О ролируемых возмущений, которые могут привести к нежелательным изменениям режима работы одного из модельных контуров регулирования.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в регулирующее устройство введены первое и второе реле, первый и второй ключи, первый и второй масштабирующие блоки,. блок задания и седьмой и восьмой блоки сравнения, первые входы которых подключены к блоку задания, вторые входы — соответственно к выходам второго и,первого блоков деления, выход второго фильтра низкой частоты соединен через первый масштабирующий блок с первым входом первого ключа, выход которого подключен к второму входу бО третьего фильтра низкой частоты, выход последнего соединен через второй масштабирующий блок с первым входом второго ключа, выход которого подключен к второму входу второго 65 фильтра низкой частоты, выход седьмого блока сравнения соединен через первое реле с вторыми входами первой модели объекта, первого фильтра низкой частоты, первого регулятора и второго ключа, а выход восьмого блока сравнения соединен через второе реле с вторыми входами второй модели объекта, четвертого фильтра низкой частоты и первого ключа.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого регулирующего устройства.

Устройство содержит первый сумматор 1, первый блок 2 сравнения, первый фильтр 3 низкой частоты, содержащий блок 4 сравнения, усилитель 5 с насыщением, интегратор 6, первый регулятор 7, содержащий масштабирующие блоки 8 и 9, интегратор 10 и сумматор 11, второй блок 12 сравнения. Первая модель 13 объекта, содержит блок 14 задержки, блок 15 сравнения, масштабирующий блок 16 и интегратор 17, третий блок 18 сравнения, первый квадратор 19, второй фильтр 20 низкой частоты, содержащий блок 21 сравнения, усилитель 22 с насыщением, и интегратор 23, первый блок 24 деления, первый блок 25 умножения, первое реле 26, четвертый блок 27 сравнения, первый масштабирующий блок 28, первый ключ 29, блок 30 задания, .второй сумматор 31, третий сумматор 32, второе реле 33, ;:пятый блок 34 сравнения, второй ключ 35, второй -масштабирующий блок 36, шестой блок 37 сравнения, второй квадратор 38, третий фильтр

39 низкой частоты, содержащий блок

40 сравнения, усилитель 41 с насыщением, и интегратор 42, второй блок 43 деления, второй блок 44 умножения, четвертый сумматор 45, седьмой блок 46 сравнения, четвертый фильтр 47 низкой частоты, содержащий блок 48 сравнения, усилитель 49 с насыщением и интегратор

50, второй регулятор 51, восьмой блок

52 сравнения. Вторая модель 53 объекта содержит блок 54 задержки, блок

55 сравнения, масштабирующий блок 56, интегратор 57, измеряемый выходной сигнал объекта регулирования (регулируемая координата в момент времени t Y(t), заданный сигнал (задание на регулируемук координату)

Y+(t), выходные сигналы соответственно первого и второго модельных контуров регулирования Y I;t) и

Y -(t), натуральный управляющий сигнал U(t), управляющие сигналы соответственно первого и второго модельных контуров регулирования U (t)

1 и UN(t) .

Устройство работает следующим образом.

980069 ка 9 ийтегрируется в интеграторе 10 и суммируется с выходным сигналом масштабирующего блока 8 в пятом сумматоре 11. На выходе пятого-сумматора получается сигнал об управлении первого модельного контура 01(t).

Из сигнала Ul(t) в пятом блоке 34 сравнения вычитается сигнал U(t) о натуральном управляющем воздействии на сигнал о полученной разности поступает на вход первой модели 13 объекта регулирования с передаточной функцией, например вида

W(P) = е, Тр+ 1 где К - коэффициент передачи объекта;

Т и «i, - постояннь е времени.

Сигнал о разности Ui(t) и U(t) задерживается в блоке 14 задержки первой модели 13 объекта на время далее сравнивается с выходньм сигналом интегратора 17 в блоке 15 сравнения, умножается на коэффициент

К в масштабирующем блоке 16 и накапливается в интеграторе 17. Выходной сигнал интегратора 17 является выходным сигналом первой модели 13 объекта. Таким образом, выходной сигнал Yl(t) определяется по выражению

I ((М=ч()+ а(И (о (e)- о(ц), в котором используются натуральные выходные Y(t) и управляющие U(t) сигналы и модель объекта регулирования.

Аналогичным образом работает второй модельный контур, составленный из второго сумматора 31, четвертогэ блока 27 сравнения, четвертого Фильтра 47 низкой частоты, второго регулятора 51, например с пропорциональным законом регулирования, шестого блока 37 сравнения и второй модели 53 объекта. Этот контур по сравнению с первым модельным контуром имеет большее быстродействие, так как в нем реализован пропорциональный регулятор. Четвертый фильтр 47 низкой частоты является также более быстродействующим.

Для оценки эФфективности модельных контуров регулирования во втором блоке 12 сравнения из выходного сигнала Y () первого модельного контура регулирования вычитается заданный сигнал Y (1). Сигнад о полученной ошибке регулирования возводится в квадрат в первом квадраторе

19 и поступает на вход второго фильтра 20 низкой частоты для получения

-оценки текущего значения дисперсии ошибки регулирования 0 (t). Второй

I фильтр 20 низкой частоты работает аналогично первому фильтру 3 низкой частоты.

В первом модельном контуре регулирования, состоящем из первого сумматора 1, первого блока 2 сравнения, первого фильтра 3 низкой частоты, первого. регулятора 7, пятого блока

34 сравнения, и первой модели 13 объекта, вырабатывается сигнал о первом модельном управлении U (t). Для этого выходной сигнал Y(t) объекта управления в первом сумматоре l суммируется с выходным сигналом первой модели 13 объекта регулирования. В результате на выходе первого суммато ра l o eT o Ho H H Y(t) первого модельного контура регулирования. Сигнал Yl(t) поступает на первый блок 2 сравнения, где из него вычитается заданный сигнал У"(С).

Полученный сигнал об ошибке регулирования подается на первый фильтр

3 низкой частоты, который предназна- 20 чен для подавления высокочастотной составляющей сигнала, что повышает точность его дальнейшего преобразования.

Первый фильтр 3 низкой частоты работает следующим образом. 25

Сигнал об ошибке регулирования с выхода первого блока 2 сравнения сравнивается с выходным сигналом интегратора б в блоке 4 сравнения.

Полученный сигнал усиливается в уси- З0 лителе 5 с насыщением и накапливается в интеграторе б. Усилитель 5 с насыщением позволяет избавиться от отдельных больших изменений (выбросов) сигнала об ошибке регулирова- 35 ния. Выход интегратора б является выходом фильтра 3 низкой частоты. С выхода интегратора 6 сигнал о сглаженном значении ошибки регулирования поступает на пеРвый регулятор 7, 40 например с пропорционально-интегральным законом регулирования

t и () (М"-(с hY(t)+ — @Ч(Ц<Яф,, 45

"и где kp, Е„ и Т -настроечные параметры регулятора;.

Я()

-сглаженное значение ошибки регулирования 50 на момент времени t, Первый регулятор 7 реализуется, например с помощью масштабирующего блока 8, последовательно соединенных масштабирующего блока 9, интегратора 10 и сумматора ll, второй вход которого через масштабирующий блок

8 соединен с выходом интегратора б первого Фильтра 3 низкой частоты.

Первый регулятор 7 работает следующим образом, Сглаженное значение ошибки регулирования a7(t) умножается в.масштабирующих блоках 9 и 8 на соответствующие коэффициенты k u kp. Далее сигнал с выхода масштабирующего бло- 65

980069 работающего модельного контура регулирования. Для этого сигналы о весовых коэффициентах d. (t) иг о(,-" (t) с выходов первого и второго блоков 24 и 43 деления сравниваются в седьмом и восьмом блоках 46 и

52 сравнения соответственно с заданной величиной о(, . Если, например

К - (1) меньше заданной величины, то с выхода второго реле 33 сигнал

10 поступает на вторые входы интеграторов 50 и 57 соответственно четвертого фильтра 47 низкой частоты и второй модели 53 объекта. В результате дальнейшее интегрирование начи15 нается с заданного начального значения сигнала, например с нуля. Сигнал с выхода второго реле 33 поступает на первый ключ 29 и величина

D1(t) умноженная на заданный коэф2О фициент, например 1,5 в первом масштабирующем блоке 28 поступает в интегратор 42 третьего фильтра 39 низкой частоты в качестве заданного начального значения сигнала. Таким об25 разом, второй модельный контур начинает работу с новых начальных условий соответствующих натурному режиму управления. Аналогично .если Ыт(t) меньше oL", то по сиг30 налу первого реЛе 26 меняются начальные условия интеграторов 6, 10 и 17 соответственно первого филь тра 3 низкой частоты, первого регулятора 7 и первой модели 13 объекта.

35 Сигнал о выходе первого реле 26 вызывает замыкание второго ключа

35 и сигнал "(t) умноженный, например на коэффициент 1,5 во втором масштабирующем блоке 36 посту4() пает в качестве начального значения в интегратор 23 второго фильтра

20 низкой частоты.

В результате в неэффективно работающий контур вводятся новые начальные условия, что позволяет устранить эффекты отрицательных управляющих воздействий.

Использование предлагаемого изобретения дает возможность повысить точность воспроизведения задания за счет смены режимов в неэффективно работающих модельных контурах регулирования. Результаты моделирования показывают, что при существенно нестационарных неконтролируемых возмущениях, особенно при их. резких изменениях, использование предлагаемого регулятора повышает точность воспроизведения задания в среднем на 5% за счет смены режимов работы модельных контуров.

Сигнал о натуральном управляющем воздействии U(i) подается на входы пя,того и шестого блоков .34 и 37 сравнения и на объект регулирования.

Формула изобретения

Точно также с помощью третьего блока 18 сравнения, второго квадратора 38 и третьего фильтра 39,низкой частоты оценивается текущая дисперсия D--"(t} ошибки регулирования второго модельного контура регулирования.

На основе. управляющих сигналов

U<(t), U (t) и дисперсий D (t), D- (t) ошибок регулирования первого и второго модельных контуров регулирования. вырабатывается натурное управляющее воздействие U(t), в частности путем взвешенного суммирования U (t) и U (t) . Для этого

I предварительно рассчитываются весовые коэффициенты. Делается это следующим образом.

На входы третьего сумматора 32 поступают сигналы о D1(t) и D (t) с выходов второго и третьего фильтров 20 и 39 низкой частоты, Сигнал о полученной сумме подается на выходы первого и второго блоков 24 и

43 деления. На вход первого блока

24 деления подается также сигнал о

D (i), а на вход, второго блока 43

r деления — D-(t). На выходе первого (! блока 24 деления получается сигнал о весовом коэффициенте с(- (t) при управляющем воздействии U -(t), а на выходе второго блока деления 43 о весовом коэффициенте oL (t) при управляющем воздействии U1(t) .

Сигнал о d, (t} с выхода второго блока 43 деления подается на один из вхоцов второго блока 44 умножен;=,я,. на другой вход которого поступает сигнал î U1(t) с выхода первого регулятора 7. На вход первого блока

25 умножения подаются сигналы д -"(t) с первого блока 24 деления и U L"(t) с второго регулятора 51, Выходные сигнал:-. первого и второго блоков

25 и 44 умножения суммируются в четвертом cóúìàòoðå 45 и в результате получается сигнал о натуральном упОав ленин

При неэффективной работе одного из контуров, когда д."(t)-или c4-"(t) меньше заданной величины о ", равной, в частности 0,2 необходимо для улучшения качества регулирования сменить режим работы неэффективно

Регулирующее устройство, содержа-, щее первую и вторую модели объекта, 980069

10 шестого и пятого блоков сравнения, а выходы — с первым и вторым входамичетвертого сумматора, выход которого подключен к вторым входам пятого и шестого блоков сравнения, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит первое и второе реле, первый и второй ключи, первый и второй масштабирукв ие блоки, блок задания и седьмой и восьмой блоки сравнения, первые входы которых подключены к блоку задания, вторые входы — соответственно к выходам .второго и первого блоков деле I5 ния, выход второго фильтра низ кой частоты соединен через первый масштабирующий блок с первым входом первого ключа, выход которого подключен к второму входу третье20 го фильтра низкой частоты, выход последнего соединен через второй масштабирующий блок с первым входом второго ключа, выход которого подключен к, второму входу второго фильтра низкой

25 частоты, выход седьмого блока сравнения соединен через первое реле с вторыми входами первой стадии объекта, первого фильтра низкой частоты, первого регулятора и второго ключа, а

3Р выход восьмого блока уравнения соединен через второе реле с вторыми входами второй модели объекта, четвертого фильтра низкой частоты и первого ключа., 35 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе выходами соединенные соответственно с первыми входами первого и второго сумматоров, фильтры низкой частоты, первый вход и выход первого фильтра низкой частоты подключены соответственно к выходу первого блока срав.нения и к первому входу первого регулятора, первые входы второго и третьего фильтров низкой частоты соединены соответственно через первый и второй квадраторы. с выходами второго и третьего блоков сравнения, а выходы — с первым и вторым входами третьего сумматора, первый вход четвертого фильтра низкой частоты подключен к выходу четвертого блока сравнения, выход первого регулятора соединен с первым входом пятого блока сравнения, первый вход шестого блока сравнения подключен через второй регулятор к выходу четвертого фильтра низкой частоты, а выходы пятого и шестого блоков сравнения соединены соответственно с первыми входами первой и второй моделей объекта; вторые входы первого и второго сумматоров подключены к первому входу устройства„ выход первого сумматора †. к первым входам первого и второго блоков сравнения, а выход второго сумматора — к первым входам третьего и четвертого блоков сравнения, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого блоков сравнения соединены с вторым входом устройства, первый и второй входы третьего сумматора соединены соответственно с первыми входами первого и второго блоков деления, а выход — с вторыми входами первого и второго блоков деления, первый и второй блоки умножения, первые входы которых ,соединены соответственно с выходами первого и второго блоков деления, вторые входы — с первыми входами

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2877791/18-24, 40 „

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2961396/18-24, кл. G 05 В 13/02, (прототип).

980069

Составитель A.Ëàùåâ

Редактор Ю.Середа Техред М.Надь Корректор Г.Решетник

Закав 9358/37 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

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