Адаптивный импульсный регулятор для нестационарных объектов с запаздыванием

 

Союз Советсинк

Соцналнстнческнх

Ресттублни

О П И С А Н И Е |и1993207

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 09.09 ° 81(21) 3335107/18-24 (53)М. Кл.

G 05 В 13/02 с присоединением заявки,%

Гееудерстеенныа кемнтет (23) Приоритет

Опубликовано 30. 01. 83. Б|оллетень И 4

Дата опубликования описания 30 .0 1. 83 оо делам нзобретеннй н етерытий (53) УДК 62-50 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Као Тиен Гуинь, (CPB), Е.Д.Пичугин и В.E.Ïðîêoôüåâ.

Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (71) Заявитель (54) АДАПТИВНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР

ДЛЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ОЕЪЕКТОВ

С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ

Изобретение относится к технике автоматического управления и предназначено для управления процессами с переменными коэффициентом усиления и запаздыванием и может быть использовано, например, в металлургии,,s теплоэнергетике и других отраслях промышленности.

Известен импульсный пропорционально-интегральный регулятор, построенный на основе широтно-импульсного модулятора, скважность импульсов которого определяется посредством блока динамической подстройки в зависимости от текущих значений переменных параметров процесса 11 j.

Недостатком регулятора является низкая точность регулирования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

20 адаптивный регулятор для нестационарных объектов с запаздыванием, содержащий блок подстройки коэффициента усиления, последовательно соеди2 ненные сравнивающий элемент, дифференциатор, блок выделения модуля-, и последовательно соединенные блок управления частотой квантования и широтно-импульсный модулятор, второй вход которого подключен к выходу сравнивающего элемента, а третий вход - к выходу блока подстройки коэффициента усиления (2).

Недостатком регулятора являются невысокая точность определения изменяющихся параметров объекта и связанная с ней невысокая точность регулирования.

Цель изобретения — повышение точности регулятора.

Для достижения поставленной цели регулятор содержит блок синхронизации, последовательно соединенные первый пороговый элемент, первый формирователь, первый блок задержки, первый ключ, второй блок задержки, вычислительный блок, импульсный элемент, фиксатор, последова99320 тельно соединенные второй пороговый элемент, первый триггер, второй ключ, второй .триггер, интегратор, третий ключ и последовательно соединенные третий пороговый элемент и второй формирователь, подключенный выходом к второму входу второго ключа, второй пороговый элемент подключен входом к выходу блока выделения модуля и к входу третьего порогового эле- 10 мента, а выходом — к второму входу интегратора, третий ключ соединен вторым входом с вторым входом }первого триггера и с BTop},}M выходом ВТо рого триггера, а выходом - с входом блока управления частотой квантования, вход блока синхронизации подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, а выход - к второму входу импульсного элемента, второй вход вычислительного блока соединен с выходом первогo ключа, вход которого соеди }e}-} с входом сравнивающего элемента„ выход фиксатора подключен к входу блока подстройки коэффициента усиления, а вход первого порогового элемента связан с выходом сравнивающего элемента.

На фиг. 1 представлена структурЗО ная схема регулятора, на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие работу устройс} ва.

Регулятор содержит сравнивающий элемент 1, широтно-импульсный модулятор 2, первый пороговы и элемент

3, первый формирователь 4, первый блок

5 задержки, первый ключ 6, второй блок 7 задержки, вычислительный блок

8, импульсный элемент 9, фиксатор

10, блок 1 1 синхронизации, блок 12

40 подстройки коэффициента усиления, блок 13 управления частотой квантования, дифференциатор 14, блок 15 выделения модуля, второй и третий по4 "i роговые элементы 16 и 17, первый

>риггер 18, второй формирователь 19, второй ключ 20, второй триггер 21, интегратор 22, третий ключ 23, блок

24 определения коэффициента усиления, блок 25 определения запаздывания.

Регулятор работает следующим образом, Пусть в некоторый момент времени на первь}й вход элемента сравнения подан ступенчатый скачок, в результате чего появляется сигнал рассогласования E(t) (фиг. 2) и на

7 4 выходе блока 15 выделения модуля появляются импульсы, соответствующие нарастанию и убыванию сигнала рассогласования. Причем амплитуда первого импульса в несколько раз больше амплитуды второго импульса. Второй пороговый элемент 16 настроен таким образом, что через него может пройти только первый импульс, а третий пороговый элемент 17 пропускает оба импульса. Первый импульс, пройдя второй пороговый элемент 16, опрокидывает первый триггер 18, в результате чего второй ключ 20 открыт. Первый и второй импульсы, проходя через третий пороговый элемент 17, формирователь 9 и открытый второй ключ 20, поступают на счетный вход второго триггера 21. Б момент прихода второго импульса t триггеры 21 и 18 on1 рокидываются а первоначальное состояние, второй ключ 20 закрывается, а третий ключ 23 открывается, Таким образом, в интервале между импульсами на вход интегратора 22 подается постоянное напряжение с выхода второго триггера 21. Напряжение на выходе интегратора 22 в момент времени

I пропорционально величине запаздывания. Блок 13 по величине напряжения на своем входе, поступающего с выхода интегратора 22 через открытый третий ключ 23, производит перестройку частоты квантования модулятора.

В случае, когда сигнал рассогласования Е(t) превосходит некоторый заданный уровень, что может быть вызвано изменением коэффициента усиления объекта, первый пороговый элемент 3 посылает сигнал на вход первого формирователя 4, который вырабатывает импульс с длительностью, большей периода квантования модулятора Т. Сигнал с выхода первого форми}эонателя 4 пройдя блок 5 с задержкойТ„„С э (максимальная величина запаздь}вания объекта) поступает на первый вход первого ключа 6. Сигнал с входа блока сравнения через открытый первый ключ 6 непосредственно и через блок 7 с задержкой 4 (б (<Т) поступает на входы вычислительного блока 8, который вместе с импуг}ьсным элементом 9 и фиксатором (нулевого порядка) 10 осуществляет оценку коэффициента усиления объекта согласно заданным алгоритмам.

Для объектов первого порядка общим алгоритмам работы блоков 8-10 может быть, например л

К =

43+9 -41то1Ф и+6-Ф 1 е М Д

<и

Таким образом, s блоках 24 и 25 осуществляется идентификация. текущих параметров объекта. Зтим обеспечива45 ется коррект ировка коэффициента усиления и частоты квантования импульсного регулятора при отклонении их от оптимальных значений в направлении противоположном этим отклонениt

50 ям.

Повышение точности регулирования достигается за счет обеспечения оптимальных параметров настройки при иэ55 менениях коэффициента усиления и времени запаздывания управляемого процесса.

\ где К - оценка коэффициента усиления, Т - постоянная времени объекта, 0 величина выходного сигнала объекта в момент tö пТ, М - амплитуда импульса управления М=const.

Причем это выражение получено из уравнения динамики объекта с учетом того, что к оэффициент усиления объекта медленно изменяется, и эа 20 время9 можно считать постоянным, в силу того, что при превышении сигна-. лом рассогласования заданный уровень, длительность импульсов на выходе модулятора больше Q . Алгоритм оценки 25 коэффициента прост, ак как знаменатель в выражении представляет собой постоянную величину. Для оценки коэффициента усиления по алгоритму требуется, чтобы импульсный элемент 9 30 и широтно-импульсный модулятор 2 работали синхронно, причем фаза выходного сигнала импульсного элемента отстает от фазы выходного сигнала широтно-импульсного модулятора 2 на время 8 . Блок 11 обеспечивает синхронную работу модулятора 2 и импульсного элемента 9. Блок 12 подстройки по величине сигнала на своем входе производит перестройку коэффициента усиления модулятора.

Формула изобретения

Адаптивный импульсный регулятор для нестационарных объектов с запаздыванием, содержащий блок подстройки коэффициента усиления, паследова" тельно соединенные сравнивающий weмент, дифференциатор, блок выделения модуля и последовательно соединенные блок управления частотой квантования и широтна-импульсный модулятор, второй вход которага подключен к выходу сравнивающего элемента, а третий вход - к выходу блока подстройки коэффициента усиления, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности регулятора, он содержит блок синхронизации, последовательно соединенные первый пороговый элемент, пер вый формироват ель, первый блок задержки, первый ключ, второй блок задержки, вычислительный блок, импульсный элемент, фи ксатор, последовательно соединенные второй пороговый элемент, первый триггер, второй ключ, второй триггер, интегратор, третий ключ и последовательно соединенные третий пороговой элемент и второй формирователь, подключенный выходом к второму входу второго ключа, второй пороговой элемент подключен входом к выходу блока выделе" ния модуля и к входу третьего порогового элемента, а выходом - к второму входу интегратора, третий ключ соединен вторым входом с вторым входом первого триггера и с вторым выходом второго триггера, а выходомс входом блока управления частотой квантования, вход блока синхронизации подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, а выход — к второму входу импульсного элемента, второй вход вычислительного блока соединен с выходом первого ключа, вход которого соединен с входом сравнивающего элемента, выход фиксатора подключен к входу блока подстройки коэффициента усиления, а вход первого порогового элемента связан с выходом сравнивающего элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 432459, кл. С 05 В 13/02, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

N 802928, кл. G 05 8 13/02, 1980 (прототип).

993207

Фиг 2

Составитель В. Нефедов

Редактор Е.Лушникова Техред К,Мыцьо

Корректор М.Шароши

Заказ 455/б3 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и. открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. ч/5

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