EA022085B1 - System for controlling cyclic processes - Google Patents
System for controlling cyclic processes Download PDFInfo
- Publication number
- EA022085B1 EA022085B1 EA201200908A EA201200908A EA022085B1 EA 022085 B1 EA022085 B1 EA 022085B1 EA 201200908 A EA201200908 A EA 201200908A EA 201200908 A EA201200908 A EA 201200908A EA 022085 B1 EA022085 B1 EA 022085B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- input
- output
- physical model
- real object
- sensors
- Prior art date
Links
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области автоматического управления циклическими процессами сложных объектов, функционирующих в условиях неопределенности. Технический результат - повышение точности системы управления. Для этого в систему управления введены последовательно соединенные датчики 3 управляющих воздействий реального объекта, блок 7 расчета приведенных к выходу реального объекта возмущений, блок 10 пересчета величины приведенных возмущений реального объекта в масштаб приведенных возмущений физической модели, блок 16 коррекции приведенных возмущений физической модели и блок 20 экстраполяции скорректированных приведенных возмущений физической модели на предстоящий цикл управления, датчики 5 контролируемых возмущений реального объекта, блок 15 расчета приведенных возмущений физической модели, датчики 19 контролируемых возмущений физической модели, датчики 21 управляющих воздействий физической модели, вход которых соединен с первым входом физической модели 18, а выход - с первым входом блока 15 расчета приведенных возмущений физической модели, второй вход которого подключен к выходу датчиков 19 контролируемых возмущений физической модели, вход которых является первым входом системы управления и соединен с вторым входом блока 23 вычисления функционала и с вторым входом физической модели 18, первый выход датчиков 14 выходных воздействий и состояний физической модели подключен к третьему входу блока 15 расчета приведенных возмущений физической модели, второй выход датчиков 6 выходных воздействий и состояний реального объекта соединен с вторым входом блока 7 расчета приведенных к выходу реального объекта возмущений, третий вход которого соединен с выходом датчиков 5 контролируемых возмущений реального объекта, вход которых является вторым входом системы управления и подключен к второму входу управляемого объекта 4, первый вход которого соединен с входом датчиков 5 управляющих воздействий реального объекта, второй вход блока 16 коррекции приведенных возмущений физической модели подключен к выходу блока 15 расчета приведенных возмущений физической модели, выход блока 20 экстраполяции скорректированных приведенных возмущений физической модели на предстоящий цикл управления соединен с третьим входом блока 23 вычисления функционала.The invention relates to the field of automatic control of cyclic processes of complex objects operating in conditions of uncertainty. The technical result is an increase in the accuracy of the control system. To this end, the control system has introduced series-connected sensors 3 of the control actions of the real object, block 7 for calculating the perturbations brought to the output of the real object, block 10 for converting the magnitude of the reduced perturbations of the real object to the scale of the reduced perturbations of the physical model, block 16 for the correction of reduced perturbations of the physical model, and block 20 extrapolation of adjusted reduced perturbations of the physical model to the upcoming control cycle, sensors 5 controlled perturbations of the real object, 15 calculation of reduced perturbations of the physical model, sensors 19 of the controlled perturbations of the physical model, sensors 21 of the control actions of the physical model, the input of which is connected to the first input of the physical model 18, and the output is the first input of block 15 of the calculation of perturbations of the physical model, the second input of which is connected to the output of the sensors 19 of the controlled disturbances of the physical model, the input of which is the first input of the control system and connected to the second input of the functional calculation unit 23 and to the second input of the physical model 18, the first output of the sensors 14 of the output actions and states of the physical model is connected to the third input of the unit 15 for calculating the reduced disturbances of the physical model, the second output of the sensors 6 of the output actions and states of the real object is connected to the second input of the block 7 for calculating the outputs of the real object of perturbations, the third input of which is connected to the output of sensors 5 of controlled disturbances of the real object, the input of which is the second input of the control system and connected to the second input of the controlled object 4 the first input of which is connected to the input of the sensors 5 of the control actions of the real object, the second input of the unit for correcting the reduced disturbances of the physical model is connected to the output of the block 15 for calculating the reduced perturbations of the physical model, the output of the extrapolating unit 20 of the corrected perturbations of the physical model for the upcoming control cycle is connected to the third the input of the functional computing unit 23.
Изобретение относится к области автоматического управления циклическими процессами сложных объектов, функционирующих в условиях неопределенности, обусловленной наличием постоянно действующих неконтролируемых возмущений, а также отсутствием полных математических моделей этих процессов. Примерами таких объектов могут служить процессы термоциклической обработки металлов в нагревательных установках, процессы сжигания водно-шламового топлива в топках специальных конструкций.The invention relates to the field of automatic control of cyclic processes of complex objects operating in conditions of uncertainty due to the presence of continuously operating uncontrolled disturbances, as well as the absence of complete mathematical models of these processes. Examples of such objects are the processes of thermocyclic metal processing in heating plants, the combustion of water-sludge fuel in furnaces of special designs.
Для управления циклическими процессами известна система управления [1], состоящая из реального объекта, включающего последовательно соединенные исполнительные устройства, управляемый объект и датчики, блок физической модели, включающий блок сравнения, последовательно соединенные устройства ввода начальных условий, физическую модель, датчики физической модели, блок вычисления функционала, блок численного дифференцирования и исполнительные устройства физической модели, выход датчиков реального объекта соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом датчиков физической модели, выход блока сравнения подключен к входу устройства ввода начальных условий и второму входу блока численного дифференцирования, выход которого соединен с входом исполнительного устройства реального объекта. При работе системы управления с использованием физической модели вырабатываются в ускоренном времени оптимальные управляющие воздействия, которые переносятся на реальный объект.To control cyclic processes, a control system [1] is known, consisting of a real object, including actuators connected in series, a controlled object and sensors, a physical model unit, including a comparison unit, initial condition input devices connected in series, physical model, physical model sensors, unit functional calculations, a block of numerical differentiation and actuators of a physical model, the output of sensors of a real object is connected to the first input of the block comparison, the second input of which is connected to the output of the sensors of the physical model, the output of the comparison unit is connected to the input of the input device input of initial conditions and the second input of the block of numerical differentiation, the output of which is connected to the input of the actuator of the real object. During the operation of the control system using the physical model, optimal control actions are generated in accelerated time, which are transferred to the real object.
Недостатком известной системы является низкая точность управления, так как управляющие воздействия, полученные на физической модели, имеют другие значения величин и/или масштабы времени, либо даже другую физическую природу, чем реального объекта.A disadvantage of the known system is the low accuracy of control, since the control actions obtained on the physical model have different values and / or time scales, or even a different physical nature than the real object.
Наиболее близкой по физической сущности к предлагаемой системе является система управления циклическими процессами [2], содержащая реальный объект, включающий последовательно соединенные исполнительное устройство, управляемый объект и датчики, блок физической модели, включающий блок сравнения, устройство ввода начальных условий, последовательно соединенные исполнительное устройство физической модели, физическую модель, датчики физической модели, блок вычисления функционала, блок численного дифференцирования, блок пересчета величины модельных управляющих воздействий в величину рабочих управляющих воздействий, блок пересчета траекторий управляющих воздействий физической модели в траектории управляющих воздействий реального объекта, блок пересчета величины выходных воздействий реального объекта в масштаб выходных воздействий физической модели, выход блока численного дифференцирования соединен с первым входом исполнительного устройства физической модели, первый вход блока сравнения соединен с выходом датчиков физической модели, выход блока сравнения подключен к входу устройства ввода начальных условий и к второму входу блока численного дифференцирования, выход которого подключен через блок пересчета траекторий управляющих воздействий физической модели в траектории управляющих воздействий реального объекта и блок пересчета величины модельных управляющих воздействий в величину рабочих управляющих воздействий к входу исполнительного устройства реального объекта, вход блока пересчета величины рабочих управляющих воздействий в модельные управляющие воздействия соединен с выходом датчиков реального объекта, а выход - с вторым входом блока сравнения, выход устройства ввода начальных условий соединен с вторым входом исполнительного устройства физической модели.Closest to the physical nature of the proposed system is a cyclic process control system [2], containing a real object, including a series-connected actuator, a controlled object and sensors, a physical model block, including a comparison unit, an input device for initial conditions, a series-connected physical actuator models, physical model, sensors of the physical model, functional calculation unit, numerical differentiation unit, quantity conversion unit model control actions in the amount of working control actions, a unit for recalculating the control paths of the physical model in the control path of the real object, a unit for converting the output effects of the real object to the scale of the output effects of the physical model, the output of the numerical differentiation unit is connected to the first input of the physical model actuator , the first input of the comparison unit is connected to the output of the sensors of the physical model, the output of the comparison unit is connected It is connected to the input of the input device for inputting the initial conditions and to the second input of the block of numerical differentiation, the output of which is connected through the block for recalculating the trajectories of control actions of the physical model in the trajectory of control actions of a real object and the block for converting the magnitude of model control actions into the value of working control actions to the input of the actuator of the real object , the input of the unit for converting the magnitude of the working control actions into the model control actions is connected to the output of dates chikov real object, and the output with the second input of the comparison unit, the output of the input device input of the initial conditions is connected to the second input of the actuator of the physical model.
При работе системы управления циклическими процессами на будущий цикл управления с помощью физической модели вырабатываются в ускоренном времени оптимальные в смысле заданного функционала значения модельных управляющих воздействий, которые с помощью масштабных преобразований пересчитываются в величину рабочих управляющих воздействий реального объекта. Значения выходного воздействия реального объекта управления в течение цикла пересчитываются в масштаб изменения выходного воздействия физической модели. Перед началом каждого цикла управления модельные траектории выходного воздействия сравниваются с скорректированными траекториями выходного воздействия реального объекта с целью установления их требуемого соответствия.During the operation of the cyclic process control system for the future control cycle, using the physical model, the optimal values of model control actions are generated in accelerated time in the sense of a given functional, which are converted using scale transformations into the value of the working control actions of a real object. The values of the output effect of the real control object during the cycle are recalculated to the scale of the change in the output effect of the physical model. Before the start of each control cycle, the model trajectories of the output action are compared with the corrected trajectories of the output effect of the real object in order to establish their desired correspondence.
Недостаток известной системы состоит в низкой точности управления, так как при выработке управляющих воздействий не учитывается наличие постоянно действующих контролируемых и неконтролируемых возмущений, оказывающих существенное влияние на состояния и выходные воздействия объекта управления.A disadvantage of the known system is the low accuracy of control, since the development of control actions does not take into account the presence of constantly operating controlled and uncontrolled disturbances that have a significant impact on the state and output actions of the control object.
Задача изобретения - повышение точности системы управления циклическими процессами.The objective of the invention is to improve the accuracy of the cyclic process control system.
Поставленная задача достигается тем, что в систему управления, состоящую из реального объекта, включающего последовательно соединенные исполнительное устройство реального объекта, управляемый объект и датчики выходных воздействий и состояний реального объекта, блока пересчета величины выходных воздействий реального объекта в масштаб выходных воздействий физической модели, блока физической модели, включающего блок сравнения, последовательно соединенные устройство ввода начальных условий, исполнительное устройство физической модели, физическую модель, датчики выходных воздействий и состояний физической модели, блок вычисления функционала и блок численного дифференцирования, последовательно соединенные блок пересчета величины модельных управляющих воздействий в величину рабочих управляющих воздействий и блок пересчета траекторий управляющих воздействий физической модели в траектории управляющих воздействий реального объекта, выход ко- 1 022085 торого соединен с входом исполнительного устройства реального объекта, выход блока численного дифференцирования подключен к блоку пересчета величины модельных управляющих воздействий в величину рабочих управляющих воздействий и к второму входу исполнительного устройства физической модели, выход блока сравнения соединен с входом устройства ввода начальных условий и с вторым входом блока численного дифференцирования, первый выход датчиков выходных воздействий и состояний реального объекта подключен к входу блока пересчета величины выходных воздействий реального объекта в масштаб выходных воздействий физической модели, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к второму выходу датчиков выходных воздействий и состояний физической модели, введены последовательно соединенные датчики управляющих воздействий реального объекта, блок расчета приведенных к выходу реального объекта возмущений, блок пересчета величины приведенных возмущений реального объекта в масштаб приведенных возмущений физической модели, блок коррекции приведенных возмущений физической модели и блок экстраполяции скорректированных приведенных возмущений физической модели на предстоящий цикл управления, датчики контролируемых возмущений реального объекта, блок расчета приведенных возмущений физической модели, датчики контролируемых возмущений физической модели, датчики управляющих воздействий физической модели, вход которых соединен с первым входом физической модели, а выход с первым входом блока расчета приведенных возмущений физической модели, второй вход которого подключен к выходу датчиков контролируемых возмущений физической модели, вход которых является первым входом системы управления и соединен с вторым входом блока вычисления функционала и с вторым входом физической модели, первый выход датчиков выходных воздействий и состояний физической модели подключен к третьему входу блока расчета приведенных возмущений физической модели, второй выход датчиков выходных воздействий и состояний реального объекта соединен с вторым входом блока расчета приведенных к выходу реального объекта возмущений, третий вход которого соединен с выходом датчиков контролируемых возмущений реального объекта, вход которых является вторым входом системы управления и подключен к второму входу управляемого объекта, первый вход которого соединен с входом датчиков управляющих воздействий реального объекта, второй вход блока коррекции приведенных возмущений физической модели подключен к выходу блока расчета приведенных возмущений физической модели, выход блока экстраполяции скорректированных приведенных возмущений физической модели на предстоящий цикл управления соединен с третьим входом блока вычисления функционала.The task is achieved by the fact that in the control system, consisting of a real object, which includes a series-connected actuator of a real object, a controlled object and sensors of output actions and conditions of a real object, a unit for converting the magnitude of the output effects of a real object to the scale of the output effects of a physical model, a physical block a model including a comparison unit, a series-connected input device for initial conditions, an actuator for a physical mode whether, a physical model, sensors of the output actions and states of the physical model, a functional calculation unit and a numerical differentiation unit, series-connected unit for converting the magnitude of the model control actions into the amount of working control actions and a unit for converting the trajectories of the control actions of the physical model in the control path of the real object, output to which 1 022085 is connected to the input of the actuator of a real object, the output of the block of numerical differentiation under it is connected to the unit for converting the magnitude of model control actions into the value of working control actions and to the second input of the physical model actuator, the output of the comparison unit is connected to the input of the input device for inputting the initial conditions and to the second input of the numerical differentiation unit, the first output of the sensors of the output actions and the conditions of the real object is connected to the input of the conversion unit of the magnitude of the output effects of a real object to the scale of the output effects of a physical model, the output of which is connected to the first input of the comparison unit, the second input of which is connected to the second output of the sensors of the output actions and the states of the physical model, introduced series-connected sensors of the control actions of the real object, a unit for calculating the perturbations brought to the output of the real object, a unit for converting the magnitude of the reduced perturbations of the real object to the scale of the reduced perturbations of the physical models, a correction block for reduced perturbations of a physical model, and an extrapolation block for adjusted reduced perturbations of physically model for the upcoming control cycle, sensors of controlled perturbations of a real object, a unit for calculating reduced perturbations of a physical model, sensors for controlled perturbations of a physical model, sensors for controlling actions of a physical model, the input of which is connected to the first input of the physical model, and the output with the first input of the block for calculating reduced perturbations physical model, the second input of which is connected to the output of sensors of controlled disturbances of the physical model, the input of which is the first input of the control system lasing and is connected to the second input of the functional calculation unit and to the second input of the physical model, the first output of the sensors of the output actions and the states of the physical model is connected to the third input of the calculation unit of the reduced perturbations of the physical model, the second output of the sensors of the output effects and the states of the real object is connected to the second input of the block calculation of perturbations reduced to the output of a real object, the third input of which is connected to the output of sensors of controlled perturbations of a real object, whose input is the second input of the control system and connected to the second input of the controlled object, the first input of which is connected to the input of the sensors of the control actions of the real object, the second input of the correction unit for reduced perturbations of the physical model is connected to the output of the unit for calculating reduced perturbations of the physical model, the output of the extrapolation unit for the corrected reduced perturbations of the physical model for the upcoming control cycle is connected to the third input of the functional calculation unit.
На чертеже представлена система управления циклическими процессами. На чертеже приведены следующие обозначения:The drawing shows a control system of cyclic processes. The drawing shows the following notation:
- контролируемые возмущения реального объекта;- controlled disturbances of a real object;
- контролируемые возмущения физической модели.- controlled disturbances of the physical model.
Система управления циклическими объектами содержит реальный объект 1, исполнительное устройство 2 реального объекта, датчики 3 управляющих воздействий реального объекта, управляемый объект 4, датчики 5 контролируемых возмущений реального объекта, датчики 6 выходных воздействий и состояний реального объекта, блок 7 расчета приведенных к выходу реального объекта возмущений, блок 8 пересчета траекторий управляющих воздействий физической модели в траектории управляющих воздействий реального объекта, блок 9 пересчета величины выходных воздействий реального объекта в масштаб выходных воздействий физической модели, блок 10 пересчета величины приведенных возмущений реального объекта в масштаб приведенных возмущений физической модели, блок 11 пересчета величины модельных управляющих воздействий в величину рабочих управляющих воздействий, блок 12 физической модели, блок 13 сравнения, датчики 14 выходных воздействий и состояний физической модели, блок 15 расчета приведенных возмущений физической модели, блок 16 коррекции приведенных возмущений физической модели, устройство 17 ввода начальных условий, физическая модель 18, датчики 19 контролируемых возмущений физической модели, блок 20 экстраполяции скорректированных приведенных возмущений физической модели на предстоящий цикл управления, датчики 21 управляющих воздействий физической модели, исполнительное устройство 22 физической модели, блок 23 вычисления функционала, блок 24 численного дифференцирования.The cyclic object control system contains the real object 1, the actuator 2 of the real object, the sensors 3 of the control actions of the real object, the controlled object 4, the sensors 5 of the controlled disturbances of the real object, the sensors 6 of the output actions and the states of the real object, the calculation unit 7 reduced to the output of the real object disturbances, block 8 recalculation of the trajectories of the control actions of the physical model in the trajectory of the control actions of a real object, block 9 of the recalculation of the magnitude of the output actions of a real object to the scale of the output actions of the physical model, block 10 of converting the magnitude of the reduced perturbations of the real object to the scale of the reduced perturbations of the physical model, block 11 of the conversion of the magnitude of the model control actions to the value of the working control actions, block 12 of the physical model, comparison unit 13, the sensors 14 of the output effects and states of the physical model, block 15 calculation of reduced disturbances of the physical model, block 16 correction of reduced disturbances of the physical model, device 17 and the initial conditions, physical model 18, sensors 19 of controlled disturbances of the physical model, block 20 of extrapolation of adjusted reduced disturbances of the physical model to the upcoming control cycle, sensors 21 of the control actions of the physical model, actuator 22 of the physical model, block 23 of calculating the functional, block 24 of numerical differentiation .
Система управления циклическими объектами состоит из реального объекта управления 1 циклического действия и физической модели 18 объекта управления, воспроизводящей в ускоренном масштабе времени технологический процесс, подобный процессу реального объекта, и совокупности реализованных на компьютере математических блоков (процедур) с целью установления соответствия между воздействиями и состояниями реального объекта и его физической модели. При этом процесс управления разбит на интервалы времени Δΐ (циклы управления), длительность которых ограничивается сверху допустимой дискретностью управления, а снизу - допустимым коэффициентом ускорения времени для физической модели с учетом длительности интервала оптимизации.The control system for cyclic objects consists of a real control object 1 of cyclic action and a physical model 18 of the control object that reproduces in an accelerated time scale a technological process similar to the process of a real object and a set of mathematical blocks (procedures) implemented on a computer in order to establish a correspondence between influences and states real object and its physical model. In this case, the control process is divided into time intervals Δΐ (control cycles), the duration of which is limited from above by the permissible discreteness of control, and from below by a permissible time acceleration coefficient for the physical model taking into account the duration of the optimization interval.
Система управления циклическими процессами работает следующим образом. В течение каждого _)го ( А Μ , где 1 - число циклов управления, на которые разбита длительность циклического процесса), цикла управления на интервале времени где подстрочные индексы 0 и к означают начало иThe cyclic process control system operates as follows. During each _) th (A Μ, where 1 is the number of control cycles into which the duration of the cyclic process is divided), the control cycle on the time interval where subscripts 0 and k indicate the beginning and
- 2 022085 конец цикла управления, значения входных, выходных воздействий и состояний как реального объекта управления, так и его физической модели контролируется системой соответствующих датчиков. В частности, на выходе датчиков 3 управляющих воздействий формируется сигнал измерительной информации (СИИ) ('XX пропорциональный значениям управляющих воздействий реального объекта, а на выходе датчиков 21 - СИИ пропорциональный значениям управляющих воздействий физической модели. На выходе датчиков 5 контролируемых возмущений формируется СИИ <ί, >ί *, пропорциональный значениям контролируемых возмущений реального объекта, а на выίη Η’Γίι V /А > г, ~ ходе датчиков 19 - ι пропорциональный значениям контролируемых возмущений физической модели. На выходе датчиков 6 выходных воздействий и состояний формируется СИИ г ОД- С (А·5 0)1 X , пропорциональный значениям выходных воздействий -ν 3 и состояний л 09 реального объекта, а на выходе датчиков 14 - сигнал ζ<*0,) = {τ*0)Ήθ)1 ‘о, -/-6,, пропорциональный значениям выходных воздействий и состояний физической модели.- 2 022085 the end of the control cycle, the values of the input, output actions and states of both the real control object and its physical model are controlled by a system of corresponding sensors. In particular, at the output of the sensors 3 of the control actions, a measurement information signal (SII) is generated ('XX proportional to the values of the control actions of the real object, and at the output of the sensors 21, the SII proportional to the values of the control actions of the physical model. At the output of the sensors 5 of the controlled disturbances, the SII <ί ,> ί *, proportional to perturbation values of the controlled real object, and vyίη Η'Γίι V / a> r ~ during the sensors 19 - ι values proportional to controlled disturbances of a physical model. a sensor output 6 output actions and states formed FIC r OD - C (A + 5 0) 1 X, is proportional to the values of output actions - ν 3 and states l 09 real object, and the output of sensors 14 - signal ζ <* 0) = {τ * 0) Ήθ) 1 'о, - / - 6, proportional to the values of the output actions and the states of the physical model.
Сигнал 2 ОД с выхода датчиков 6 выходных воздействий и состояний реального объекта поступает в блок 9 пересчета величины выходных воздействий реального объекта в масштаб выходных воздействий физической модели, где осуществляется преобразование сигнала ζ в соответствии с функцией масштабирования Лй} в сигнал ^6,)=1^° 6,)}, (1) который изменяется в одном и том же диапазоне значений, что и сигнал о входных воздействиях и состояниях г 09 физической модели, формируемый на выходе датчиков 14 выходных воздействий и состояний физической модели.OD signal 2 from the output of the sensors 6 of the output actions and the conditions of the real object goes to block 9 of converting the magnitude of the output actions of the real object to the scale of the output actions of the physical model, where the signal ζ is converted in accordance with the scaling function L} to signal ^ 6,) = 1 ^ ° 6,)}, (1) which varies in the same range of values as the signal about the input actions and states r 09 of the physical model, which is generated at the output of the sensors 14 of the output actions and states of the physical model.
В начале каждого цикла управления этот сигнал поступает по первому входу в блок 13 сравнения, где он сравнивается с сигналом Ζ^Χ, поступающим в блок 13 сравнения по второму входу. При рассогласовании этих сигналов, т.е. при < (гоу) - ζφ (!у) А 0, . (2)At the beginning of each control cycle, this signal enters the first input to the comparison unit 13, where it is compared with the signal Ζ ^ Χ, which enters the comparison unit 13 by the second input. When these signals mismatch, i.e. for <(r oy ) - ζ φ (! y ) A 0,. (2)
Сигнал &0_,) поступает в устройство 17 ввода начальных условий, где в соответствии с заложенным в него алгоритмом корректировки начальных условий ЛЙ вырабатываются в начале каждого цикла управления специальные корректирующие воздействия . (3)The signal & 0_,) arrives at the initial condition input device 17, where, in accordance with the algorithm for adjusting the initial conditions of the LA entered into it, special corrective actions are generated at the beginning of each control cycle. (3)
Сигнал с выхода устройства 17 ввода начальных условий поступает по первому входу на исполнительное устройство 22 физической модели, которое непосредственно воздействуя на физическую модель 18, будет изменять значения выходных воздействий физической модели на величину (4) где математическая модель канала преобразования корректирующих воздействий , доводя физическую модель 18 до эквивалентного (с точностью до погрешностей контроля и исполнения управляющих команд) состояния реального объекта.The signal from the output of the input device 17 input the first input to the executive device 22 of the physical model, which directly acting on the physical model 18 will change the values of the output effects of the physical model by the amount (4) where the mathematical model of the channel for the conversion of corrective actions, bringing the physical model 18 to the equivalent (with accuracy to the errors of control and execution of control commands) state of a real object.
В частности, корректировка состояния физической модели на начало _)-го цикла управления может осуществляться также и путем изменения длительности цикла управления, например, в соответствии с алгоритмом л с х=?1&Мпри *«,)*<>’ (5)In particular, the adjustment state of the physical model of the beginning _) - th control cycle can be carried out also by changing the control cycle time, for example, in accordance with the algorithm l with x = 1 & M n p u * ") * <>'? (5)
Где ΔΧχ) - корректировка длительности )-го цикла управления физической модели; и - пересчетные коэффициенты, выбираемые эмпирически.Where ΔΧχ) is the adjustment of the duration of the) control cycle of the physical model; and - conversion factors selected empirically.
После корректировки начальных условий и приведения физической модели в состояние, эквивалентное (с учетом масштабных преобразований) состоянию реального объекта, физическая модель функционирует в ускоренном по отношению к реальному объекту масштабе времени на |-ом цикле /('9 и управления. При этом в блоке 23 вычисления функционала с использованием сигналов ζ ν· и с выхода датчиков 14 выходных воздействий и состояний физической модели 18, сигналов с выхода датчиков 19 контролируемых возмущений физической модели, а также с использованием значенийAfter adjusting the initial conditions and bringing the physical model to a state equivalent (taking into account large-scale transformations) to the state of a real object, the physical model functions in a time scale accelerated relative to the real object on the | -th cycle / ('9 and control. Moreover, in the block 23 calculation using the functional ζ ν · signals and output from the sensors 14 output actions and states of the physical model 18, the signal output from the sensor 19 controlled disturbances of the physical model, and using znach Nij
- 3 022085- 3 022085
УфК6 -КЗ пр оу я/ траектории экстраполированных скорректированных приведенных воздействии на предстоящем цикле управления осуществляется расчет функционала вида ?оу)={х'у); А°у^пр('1 +М; *У’For FK 6-KZ fault i / the trajectories of the extrapolated corrected reduced impacts on the upcoming control cycle, a functional of the form? O y ) = { x 'y ) is calculated ; A ° y ^ pr ( ' 1 + M ; * Y'
А = 1,Я (6)A = 1, I (6)
Я. =/,.-/ .I. = /, .- /.
где } * °у- интервал прогнозирования для )-го цикла управления;where } * ° y is the forecasting interval for the) -th control cycle;
/*И ? - заданная функция конечного состояния./ * And? - a given function of the final state.
~фк~ fc
Экстраполированные значения ?пР У’ АС рассчитываются по следующей схеме. Первоначально в блоке 15 расчета приведенных возмущений физической модели на основе значений СИИ о выходных воздействиях у ОД и состояниях х \ поступающих по первому входу блока 15 с выхода датчиков 14 выходных воздействий и состояний физической модели, о контролируемых возмущениях Оу) , поступающих с выхода датчиков 19 контролируемых возмущений физической модели, об управляющих воздействиях и ОД поступающих по второму входу блока 15 с выхода датчиков 21 управляющих воздействий физической модели, а также сигнала ^«Оо/) поступающего по третьему входу блока 15 с выхода устройства 17 ввода начальных условий, осуществляется расчет значений в соответствии со следующим выражением (7)Extrapolated values? p R U 'AC are calculated as follows. Initially, in block 15 of the calculation of the reduced perturbations of the physical model on the basis of the SRI about the output actions of the OD and the states x \ coming in at the first input of the block 15 from the output of the sensors 14 of the output actions and the states of the physical model, about the controlled perturbations of the Oy) coming from the output of the sensors 19 controlled disturbances of the physical model, about the control actions and OD arriving at the second input of block 15 from the output of the sensors 21 of the control actions of the physical model, as well as the signal ^ "Оо /) coming in from the third the input of block 15 from the output of the initial input device 17, the values are calculated in accordance with the following expression (7)
Где ίΉΦ РйН - математические модели каналов преобразования отклонений состояф / » X .Where ίΉΦ й - модели - mathematical models of channels of transformation of deviations consist / x.
, управляющих воздействий “ 6,), контролируемых возмущений СЗ и корректирующих возний действий отражающие возмущенное движение физической модели 18., controlling actions “6,), controlled disturbances of SZ and corrective fuss actions reflecting the perturbed movement of the physical model 18.
Аналогичным образом в блоке 7 расчета приведенных к выходу реального объекта возмущений на основе СИИ об управляющих воздействиях м Оу), поступающих в блок 7 по первому входу с выхода датчиков 3 управляющих воздействий реального объекта, о выходных воздействиях у и состоянияхSimilarly, the calculation of the unit 7 to the output of the real object based on the perturbation of the control actions FIC m Oy) entering the unit 7 to the first input from the output sensors 3 control real object impacts, influences on the output y and the states
Ί ' И, поступающих в блок 7 по второму входу с выхода датчиков 6 выходных воздействий и состояний реального объекта, о контролируемых возмущениях '‘'‘Оу), поступающих в блок 7 по третьему входу с выхода датчиков 5 контролируемых возмущений реального объекта, рассчитываются приведенные к выходу реального объекта возмущения ^пр 0' по следующему выражениюΊ 'And received in block 7 at the second input from the output of the sensors 6 of the output actions and conditions of the real object, about controlled disturbances'''' Oh), received in block 7 at the third input from the output of the sensors 5 of the controlled disturbances of the real object, the calculated to the output of the real perturbation object ^ pr 0 'according to the following expression
Хр Оу ) = / Оу) <Р° Е Оу)}- (к° Оу)}- {ч V, )}, (8) где - математические модели каналов преобразования отклонений состояний ί ОД управляющих воздействий и Оу), контролируемых возмущений ’йОу) реального объекта, отражающие возмущенное движение реального объекта.Хр Оу) = / Оу) <Р ° Е Оу)} - (к ° Оу)} - {ч V,)}, (8) where are the mathematical models of the channels for converting the state deviations Д ОД of the control actions and Оу), controlled disturbances 'yOy) of the real object, reflecting the perturbed movement of the real object.
Сигнал ГпрОу) с выхода блока 7 расчета приведенных к выходу реального объекта возмущений поступает в блок 10 пересчета величины приведенных возмущений реального объекта в масштаб приведенных возмущений физической модели, где осуществляется его преобразование в соответствии с функцией масштабирования 0 в сигнал З'врОу), характеризующий изменение приведенного возмущения реального объекта в масштабе выходного воздействия физической модели, т.е.The signal ГпрОу) from the output of the block 7 for calculating the perturbations brought to the output of the real object is sent to the block 10 for converting the magnitude of the reduced perturbations of the real object to the scale of the reduced perturbations of the physical model, where it is converted in accordance with the scaling function 0 to the signal З'врОу), characterizing the change the reduced perturbation of the real object on the scale of the output effect of the physical model, i.e.
л7(/,)=/:ко) (9)n7 (/,) = /: co) (9)
С выхода блока 10 пересчета величины приведенных возмущений реального объекта в масштаб приведенных возмущений физической модели сигнал ^Оу) поступает по первому входу в блок 16 коррекции приведенных возмущений физической модели, куда одновременно по второму входу с выхода блока 15 расчета приведенных возмущений физической модели поступает сигнал , пропорциональ ный значению приведенных возмущения физической модели. В блоке 16 сигнал учетом значений сигнала \ формируя тем самым на выходе этого блока сигнал = г^Оу)} (10) корректируется сFrom the output of block 10 for recalculating the magnitude of the reduced perturbations of the real object to the scale of reduced perturbations of the physical model, the signal ^ Oy) is supplied at the first input to the block 16 for the correction of reduced perturbations of the physical model, where the signal simultaneously arrives at the second input from the output of block 15 for calculating the reduced perturbations of the physical model proportional to the value of the reduced perturbations of the physical model. In block 16, the signal, taking into account the values of the signal, thereby forming at the output of this block the signal = r ^ Oy)} (10) is adjusted with
- 4 022085 /-+-β „ „ где τ (> - корректирующий оператор, который отражает характер изменения приведенного к выходу реального объекта возмущений в масштабе изменения выходных воздействий физической модели, в том числе и с учетом изменений начальных условий _)-го цикла управления.- 4 022085 / - + - β „„ where τ ( > is the correction operator, which reflects the nature of the change in the perturbations brought to the output of the real object in the scale of the change in the output effects of the physical model, including taking into account changes in the initial conditions of the _) th cycle management.
С выхода блока 16 коррекции приведенных возмущений физической модели сигнал поступает в блок 20 экстраполяции скорректированных приведенных возмущений физической модели на предстоящий цикл управления, где осуществляется оценивание будущих значений скорректированныхFrom the output of the correction unit of the reduced perturbations of the physical model 16, the signal enters the extrapolation unit 20 of the adjusted reduced perturbations of the physical model for the upcoming control cycle, where the estimated future values of the adjusted
.. ж ·· ); θ Л < Н, = ί, - ί, приведенных возмущений физической модели пр > 1 > 7 * 1, и представление их в ,+к ); 0< А <Н = -ί, „ Л виде траектории ι·” ι ) л ι приведенных возмущений на будущем интервале от текущего момента до конца рго цикла управления.. g ··); θ Л <Н, = ί, - ί, reduced perturbations of the physical model pr > 1 > 7 * 1 , and their representation in, + k); 0 <h <H = -ί, "A · a trajectory ι" ι) l ι reduced perturbations in the future from the current time interval before the end of control cycle pro
Экстраполяция траектории Ь-,Α + Н/) может быть, в частности, осуществлена с помощью алгоритма релейно-экспоненциального сглаживания первого порядка [3]The extrapolation of the trajectory b-, Α + H /) can, in particular, be carried out using the algorithm of relay-exponential smoothing of the first order [3]
(11) где к''к - значения коэффициента сглаживания и величины ограничения.(11) where k``k are the values of the smoothing coefficient and the magnitude of the constraint.
С выхода блока 20 экстраполяции скорректированных приведенных возмущений физической модели η + Η λ ли сигнал Ζι,ρ ь > У поступает по третьему входу в блок 23 вычисления функционала, где с использованием текущих значений сигналов ζ 7 у / ^, осуществляется расчет функционала (6). Сигнал с выхода блока 23, пропорциональный значению функционала 6, поступает в блок 24 численного дифференцирования, где происходит численное дифференцирование этого функционала при вариации начальных условий (<^) и функционировании физической модели в ускоренном масштабе времени, что позволяет определить управляющее воздействие на предстоящий цикл управления, например, по выражению [2]From the output of the extrapolation unit 20 of the corrected reduced perturbations of the physical model η + Η λ, the signal Ζι, ρ b> Y, arrives at the third input in the functional block 23, where, using the current values of the signals ζ 7 у / ^, the functional (6) is calculated . The signal from the output of block 23, proportional to the value of functional 6, enters block 24 of numerical differentiation, where this functional is numerically differentiated by varying the initial conditions (<^) and the functioning of the physical model in an accelerated time scale, which makes it possible to determine the control action on the upcoming control cycle , for example, by the expression [2]
Ц ) = /; + А,) / М'* Ь Лу = 1, Я,; /^ < г, < I* (12) где X - статический оператор, выраженный через коэффициенты, определяемые эмпирически.C) = / ; + A,) / M '* L A y = 1, I ,; / ^ <r, <l * (12) where X is a static operator expressed in terms of coefficients determined empirically.
Сигнал с выхода блока 24 численного дифференцирования поступает на вход исполнительного устройства 22 физической модели, осуществляя реализацию ее требуемого технологического режима. Одновременно с этим сигнал “*((,+*/) подается в блок 11 пересчета величины модельных управляющих воздействий в величину рабочих управляющих воздействий реального объекта, где преобразуется в соответствии с выражением «*Ч +а;)=-л’Иб+мЬ л,=Щ;The signal from the output of the block 24 of numerical differentiation is fed to the input of the actuator 22 of the physical model, realizing its required technological mode. At the same time, the signal “* ((, + * /) is supplied to the block 11 for calculating the magnitude of the model control actions into the value of the working control actions of a real object, where it is converted in accordance with the expression“ * + + a ; ) = - l'Ib + mb l, = u;
??
, (13) где /»И - функция масштабирования управляющих воздействий физической модели, которая в чак стном случае может быть представлена с помощью коэффициента масштабирования *, выбираемого опытным путем., (13) where / И And is the scaling function of the control actions of the physical model, which in the rare case can be represented using the scaling factor * chosen experimentally.
Сигнал и с выхода блока 11 пересчета величины модельных управляющих воздействий в величину рабочих управляющих воздействий поступает в блок 8 пересчета траекторий управляющих воздействий, где он запоминается в порядке возрастания формируя траекторию управляющих воздействий и ι;) на интервале времени _)-го цикла управления. Сформированные здесь траектории ' пересчитываются в масштаб времени функционирования реального объекта, в частности, путем изменения шага дискретизации Δ в соответствии с выражениемThe signal value conversion and model impacts control unit 11 outputs a value job control actions supplied to the conversion unit 8 of the trajectories of control actions, where it is stored in ascending order of forming the trajectory control actions and ι;) over the time interval _) - th control cycle. The trajectories formed here are recalculated to the time scale of the functioning of the real object, in particular, by changing the sampling step Δ in accordance with the expression
Δ = *.·Δ Ρ ι м, (14) где к - масштабный коэффициент дискретного времени; подстрочные индексы р и м означают реальный и модельный соответственно.Δ = *. · Δ Ρ ι m, (14) where k is the scale factor of the discrete time; subscripts p and m mean real and model respectively.
Выходной сигнал и блока 8 поступает на вход исполнительного устройства 2 реального объекта, которое реализует эту траекторию управляющего воздействия, обеспечивая оптимальный в смысле функционала (6) режим технологического процесса реального объекта на интервале времени (% ’'/ц) ] -го цикла управления.The output signal and block 8 is fed to the input of the actuator 2 of the real object, which implements this control path, providing the optimal process mode of the real object in the sense of functional (6) in the time interval (% '' / c)] -th control cycle.
- 5 022085- 5 022085
На следующем (]+1)-ом цикле управления работа системы управления циклическим процессом осуществляется аналогичным образом, вплоть до конца циклического процесса, обеспечивая тем самым оптимальную работу системы управления от начала до конца цикла технологического процесса.At the next (] +1) th control cycle, the operation of the cyclic process control system is carried out in a similar way, up to the end of the cyclic process, thereby ensuring optimal control system operation from the beginning to the end of the process cycle.
Введение новых блоков и связей позволяет повысить точность системы управления циклическим процессом за счет учета неопределенности, обусловленной наличием постоянно действующих неконтролируемых возмущений, при выработке оптимальных управляющих воздействий на каждом цикле управления.The introduction of new blocks and relationships makes it possible to increase the accuracy of the cyclic process control system by taking into account the uncertainty caused by the presence of constantly operating uncontrolled disturbances in the development of optimal control actions on each control cycle.
Перечень позиций на чертежеThe list of items in the drawing
- реальный объект,- real object
- исполнительное устройство реального объекта,- executive device of a real object,
- датчики управляющих воздействий реального объекта,- sensors controlling actions of a real object,
- управляемый объект,- managed entity
- датчики контролируемых возмущений реального объекта,- sensors of controlled disturbances of a real object,
- датчики выходных воздействий и состояний реального объекта,- sensors of output actions and conditions of a real object,
- блок расчета приведенных к выходу реального объекта возмущений,- block calculation reduced to the output of the real object perturbations,
- блок пересчета траекторий управляющих воздействий физической модели в траектории управляющих воздействий реального объекта,- block recalculation of the trajectories of the control actions of the physical model in the trajectory of the control actions of a real object,
- блок пересчета величины выходных воздействий реального объекта в масштаб выходных воздействий физической модели,- a unit for recalculating the magnitude of the output effects of a real object to the scale of the output effects of a physical model,
- блок пересчета величины приведенных возмущений реального объекта в масштаб приведенных возмущений физической модели,- block recalculation of the magnitude of the perturbations of the real object to the scale of the perturbations of the physical model,
- блок пересчета величины модельных управляющих воздействий в величину рабочих управляющих воздействий,- block recalculation of the magnitude of the model control actions in the amount of working control actions,
- блок физической модели,- block physical model,
- блок сравнения,- block comparison
- датчики выходных воздействий и состояний физической модели,- sensors of output effects and states of the physical model,
- блок расчета приведенных возмущений физической модели,- block calculation reduced perturbations of the physical model,
- блок коррекции приведенных возмущений физической модели,- block correction of the perturbations of the physical model,
- устройство ввода начальных условий,- input device initial conditions,
-физическая модель,physical model
- датчики контролируемых возмущений физической модели,- sensors of controlled disturbances of the physical model,
- блок экстраполяции скорректированных приведенных возмущений физической модели на предстоящий цикл управления,- block extrapolation adjusted reduced perturbations of the physical model for the upcoming control cycle,
- датчики управляющих воздействий физической модели,- control sensors of the physical model,
- исполнительное устройство физической модели,- executive device of a physical model,
- блок вычисления функционала,- functional calculation unit,
- блок численного дифференцирования.- block of numerical differentiation.
Источники информацииInformation sources
1. Красовский А.А. Оптимальное управление посредством физической прогнозирующей модели/А.А. Красовский/Автоматика и телемеханика. 1979, № 2, с. 156-162.1. Krasovsky A.A. Optimal control through a physical predictive model / A.A. Krasovsky / Automation and telemechanics. 1979, No. 2, p. 156-162.
2. Патент РФ на полезную модель № 114794, заявл. 20.10.2011 г., МПК8 О05В 13/04.2. RF patent for utility model No. 114794, claimed 10/20/2011, MPK8 O05V 13/04.
3. Теория и практика прогнозирования в системах управления / С.В. Емельянов, С.К. Коровин, Л.П. Мышляев и др. - Кемерово; М.:Издат. Объединение Российские университеты: Кузбассвузиздат АСТШ, 2008, с. 129-130.3. The theory and practice of forecasting in control systems / S.V. Emelyanov, S.K. Korovin, L.P. Myshlyaev et al. - Kemerovo; M.: Publ. Association of Russian Universities: Kuzbassvuzizdat ATSH, 2008, p. 129-130.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201200908A EA022085B1 (en) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | System for controlling cyclic processes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201200908A EA022085B1 (en) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | System for controlling cyclic processes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201200908A1 EA201200908A1 (en) | 2014-01-30 |
| EA022085B1 true EA022085B1 (en) | 2015-10-30 |
Family
ID=50002327
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201200908A EA022085B1 (en) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | System for controlling cyclic processes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA022085B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2128358C1 (en) * | 1994-08-09 | 1999-03-27 | Акционерное общество "Западно-Сибирский металлургический комбинат" | Automatic control system |
| RU2251721C2 (en) * | 2002-08-01 | 2005-05-10 | Соловьев Виктор Иванович | Intellectual control system |
| EP1986067A1 (en) * | 2007-04-27 | 2008-10-29 | HONDA MOTOR CO., Ltd. | Electronic control system for controlling plant temperature |
| RU114794U1 (en) * | 2011-10-20 | 2012-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | CYCLE CONTROL SYSTEM |
-
2012
- 2012-07-17 EA EA201200908A patent/EA022085B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2128358C1 (en) * | 1994-08-09 | 1999-03-27 | Акционерное общество "Западно-Сибирский металлургический комбинат" | Automatic control system |
| RU2251721C2 (en) * | 2002-08-01 | 2005-05-10 | Соловьев Виктор Иванович | Intellectual control system |
| EP1986067A1 (en) * | 2007-04-27 | 2008-10-29 | HONDA MOTOR CO., Ltd. | Electronic control system for controlling plant temperature |
| RU114794U1 (en) * | 2011-10-20 | 2012-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | CYCLE CONTROL SYSTEM |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201200908A1 (en) | 2014-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105068564B (en) | A kind of displacement control method of piezoelectric ceramic actuator | |
| CN108958032B (en) | Total amount cooperative and consistent control method of nonlinear multi-agent system | |
| CN101957598A (en) | Gray model-free control method for large time lag system | |
| WO2012024692A3 (en) | Energy-optimal control decisions for hvac systems | |
| CN101995822A (en) | Grey active disturbance rejection control method of long time-delay system | |
| CN105867138A (en) | Stable platform control method and device based on PID controller | |
| Rauh et al. | Verification techniques for sensitivity analysis and design of controllers for nonlinear dynamical systems with uncertainties | |
| EA022085B1 (en) | System for controlling cyclic processes | |
| CN109807183A (en) | Method for control steel plate thickness and device | |
| Ladaci et al. | Fractional order multiple model adaptive control | |
| CN102419593A (en) | Sensor fault diagnosis method based on data mining | |
| KR102171610B1 (en) | Systems for feed-forward valve test compensation | |
| CN101989081B (en) | Servo lag compensation method and device thereof | |
| TWI406116B (en) | Method and device for numerical control | |
| Dai et al. | Electro-hydraulic servo control system based on a novel generic model control method | |
| CN104298854B (en) | A kind of method of signal complexity measure | |
| JP2018112858A (en) | Controller, method for control, and control program | |
| CN103105860A (en) | Computer liquid level control system and control method of computer liquid level | |
| RU2459225C1 (en) | Method of generating control action for industrial control object (ico) with two-stage working process | |
| RU104333U1 (en) | DEVICE FOR MANAGEMENT OF TECHNOLOGICAL INSTALLATIONS | |
| RU126485U1 (en) | REGULATOR FOR ELECTROMECHANICAL FOLLOW-UP SYSTEMS | |
| Zhao et al. | The application of improved parameter-adaptive algorithm based on U-model in AGC control system of cold rolling mill | |
| CN103105861A (en) | Double-tank cascade liquid level control method based on piping and instrument (PID) controller | |
| JP2023039670A (en) | Controller for coke production process, method and program | |
| JP2017017967A (en) | Automatic train operation device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU |