CS221690B1 - Číslicový regulátor s premenHvou strukturou - Google Patents

Abstract

Vynález patří do odboru výpočtovej techniky a rieši číslicový regulátor s premenlivou strukturou pře číslicovo časovo optimálně riadenie sústav II. rádu a kvázioptimálne riadenie sústav vyšších rádov. Jeho podstata je v tom, že pozostáva z dvoch komparátorov, z riadiaceho bloku, z určovacieho bloku, z overovacieho bloku, z upracovacieho bloku. Vynález je znázorněný na priloženom výkrese.

Description

221690 3

Vynález sa týká číslicového regulátora sproměnlivou štruktúrou pre číslioovo časovooptimálně riadenie sústav II. rádu a kvázi-potenciálneho riadenia sústav vyšších rádovs obmedzenou hodnotou akčnej veličiny.

Doteraz známe číslicové regulátory, kto-ré sú prevažne typu P, PI (PS), PD, respek-tive PID (PSD), majú sice přednost v jed-noduchosti ich realizácie, no doteraz niesú známe pre prax vhodné metody nastave-nia ich parametrov, zaisťujúce možnost po-žadované j kvality regulačných procesov i vpřípade obmedzenia hodnoty akčnej veliči-ny. Tu je ich nastavenie zvačša možné lenexperimentálnou cestou.

Uvedené nedostatky sú odstránené čísli-cový regulátorem s premenlivou štruktúroupre číslicové časovo optimálně riadenie sú-stav II. rádu a kvázioptimálne radenie sústavvyšších rádov s obmedzenou hodnotou akčnejveličiny podl'a vynálezu, ktorého podstataje v tom, že prvý výstup prvého kompará-tora je připojený na vstup druhého kompa-rátora,, ktorého prvý výstup je připojený navstup lineárneho riadiaceho bloku, ktoréhovýstup je spojený s výstupom určovaciehobloku, ktorého výstup je spojený s druhýmvýstupom druhého komparátora a s druhýmvýstupom"prvého komparátora. Ďalej výstuplineárneho riadiaceho bloku je připojený navstup overovacieho bloku, ktorého prvý vý-stup je připojený na vstup upravovaciehobloku, ktorého výstup je spojený buď s dru-hým výstupom overovacieho bloku, alebo svýstupom určovacieho bloku.

Syntézu regulátora v případe obmedzeniaakčnej veličiny, ktorá je nutným předpokla-dem zvyšovania kvality riadenia, umožňujeuvedená koncepcia číslicového regulátora spremenlivou štruktúrou, kde pri vačších od-chýlkach od požadovaného stavu naďobúdaakčná veličina len medzné hodnoty, určova-né nelineárnym blokom navrhnutým podl'a„principu maxima“. Pre malé odchýlky odpožadovaného stavu je potom regulátor to-tožný s číslicovým PD-regulátorom. Přednostou použitia takéhoto typu regu-látora je, že zohledněním obmedzenia akčnejveličiny sa dosahuje ovela bližšia zhodateoreticky navrhnutých procesov s reál-nými, ako tomu bolo u doteraz používanýchlineámych regulátorov. Regulačně procesysú blízké k časovo optimálnym a vyznačujúsa i dobrým tlmením v okolí požadovanýchstavov, značnou odolnosťou voči zmene pa-rametrov rladenej sústavy a jednoduchýmimožnostami ich adaptívneho určovania.

Zvlášť vhodné sú pre realizáciu mikropro-cesormi, kde je možné vytvořit' stavebnicovýsystém číslicových regulátorov různéhostupňa zložitosti, vyznačujúci sa navýše ijednoduchosťou nasadenia.

Na přiložených výkresov je na obr. 2 zná-zorněná zjednodušená schéma zapojeniačíslicového regulátora s premenlivou štruk- túrou, na obr. 1 je schéma zapojenia regulá-tora podl'a vynálezu. Na obr. 3 je příkladpriebehov výstupnej veličiny a na obr. 4 jepříklad priebehov akčnej veličiny, pre pří-pad riadenia sústavy opísanej diferenciál-nou rovnicou: x“ = y, keď akčná veličina jeobmedzená nerovnosťou y í 1. V zapojení na obr. 2 je prvý výstup prvé-ho komparátora 1 připojený na vstup dru-hého komparátora 2, ktorého prvý výstup jepřipojený na vstup lineárneho riadiacehobloku 3, ktorého výstup je spojený s výstu-pom určovacieho bloku 4, ktorého vstupje spojený s druhým vstupom prvého kom-parátora las druhým vstupom druhéhokomparátora 2. Z je riadená sústava, K akč-ný člen.

Na obr. 1 sú navýše k schéme na obr. 2připojené bloky tak, že výstup lineárnehoriadiaceho bloku 3 je připojený na vstupoverovacieho bloku 5, ktorého prvý výstupje spojený so vstupom upravovacieho blo-ku 6, ktorého výstup je spojený buď s dru-hým výstupom overovacieho bloku 5, alebos výstupom určovacieho bloku 4. V prvom a druhom komparátore 1, 2 saoveruje splnenie nerovností |e‘| > ci |e[ > cz e a e‘ představuje regulačnú odchýlku ajej deriváciu, ci a C2 sú vhodné zvolené kon-stanty. Lineárny riadiaci blok 3 je opísanýrovnicou y = KR(e‘ + aR . e) y je akčná veličina, KR a aR parametre re-gulátora podíla vynálezu ověřovací blok 5rovnicami y = Y[sign(F)]

F = F(e, e‘) = O z ktorých druhá představuje rovnicu použi-tej prepínacej křivky a v prvej vystupujúobmedzenia hodnoty akčnej veličiny, ktorésú dané nerovnosťami Y(-l) šyšY(l) V případe použitia overovacieho bloku 5tento zisťuje, či je splněná posledně uvede-ná nerovnost, pričom upravovači blok 6bude plnit funkciu obmedzovača danú rov-nicu y = Y[sign(y)]

Vo všetkých rozhodovacích blokoch jeprvý výstup priradený neplatnosti overova-nej podmienky a druhý výstup jej pravdivejhodnotě.

Claims (2)

1. 221690 V schéme zapojenia na obr. 2 vymedzujeprvý komparátor 1 a druhý komparátor 2okolo požadovaného stavu e = e‘ = O ob-dížníkovú oblast, vnútri fctorej sa počítáhodnota akčnej veličiny podl'a lineárnehoalgoritmu riadenia v lineárnom riadiacombloku 3. Mimo tejto oblasti nadobúda akčnáveličina len medzné hodnoty určované vzávislosti od polohy zastupujúceho bodu vo-či prepínacej krivke určovacím blokom 4.Pretože daným obmedzeniam hodnoty akč-nej veličiny musí vyhovovat i hodnota urče-ná lineárnym algoritmom riadenia v line-árnom riadiacom bloku 3, musia byť hrani-ce lineárnej oblasti riadenia ci a C2 a para-metre KR a aR určené tak, aby vypočítanáhodnota dané obmedzenia nepresiahla. Z hladiska návrhu jednoduchším a i kva-litnějším riešením sa preto javí zaradeniedvoch dalších blokov s funkciou obmedzo-vača na výstup lineárneho riadiaceho blo-ku 3, kde v overovacom bloku· 5 sa zistuje,či vypočítaná hodnota akčnej veličiny vy-hovuje zadaným obmedzeniam a v případeich prekročenia sa obmedzí na predpísanúúroveň v upravovacom bloku 6, ako je toznázorněné na obr. 1. Pri riadení astatickej sústavy druhého rá-du s diferenciálnou rovnicou x“ = Ks. y kde Ks je zosilnenie sústavy, možno hranicezměny štruktúry ci a C2 určovat podlá vzta-hov ci = cio. [Y(lj — Y(—1) .T.KS C2 = C20. [Y(lj- Y(—l'J] . T2. Ks koeficienty lineárneho algoritmu riadeniaako 8r = aRo/TKR = KRO/KST kde konstanty cio, C20, aR0 a KR0 sú pre danúkvalitu riadenia už nezávislé na velkostiperiody vzorkavania T. Určovací blok 4možno vtedy opísať rovnicami PREDMET

   1. Číslicový regulátor s proměnlivou struk-turou pre číslovo časovo optimálně riadeniasústav II. rádu a kvázioptimálne riadeniesústav vyšších rádo v s obmedzenou hodno-tou akčnej veličiny, vyznačený tým, že prvývýstup prvého komparátora (1) je připojenýna vstup druhého komparátora (2), ktoréhoprvý výstup je připojený na vstup lineárne-ho riadiaceho bloku (3), ktorého výstup jespojený s výstupom určovacieho bloku (4J,ktorého vstup je spojený s druhým vstupom q = -sign (e) f = e‘ + q. [Y(lj - Y(-1]].KST F = f . |f| + 2qKsY(q) [e - 0,5q . . (Y(l) — Y(—1) .KST2] y = Y[sign.(Fj] pomocné premenné q a f sú zavedené zaúčelom zjednodušenia zápisu. Parabolickáprepínacia křivka daná predposledným z u-vedených vzťahov zaručuje, že ani pri one-skoreniach zanášených do činnosti obvoduvzorkováním nedojde k vzniku preregulova-nia. Příklady pribehov tejto sústavy sú preKs = Y(l) = 1, Y(—1) = -1, T = 0,1 apre jednotkový skok riadenia vynesené naobr. 3 a obr. 4. Z priebehu akčnej veličinyna obr. 4 zřejmý vačší počet přepnutí akč-nej veličiny ako u časovo optimálneho ria-denia je spQsobený diskrétnym charakteromriadenia — kvantováním času. Pri periódevzorkovania relativné malej voči době trva-nia přechodového deja sú však dosiahnutépřechodové deje dostatočne blízké k časo-vo optimálnym, takže odpovedajúce priebe-hy výstupnej veličiny sú graficky praktickynerozlišitelné — obr. 3. Pri známých parametrech riadeného sys-tému možno parametre lineárneho i neline-árního algoritmu riadenia i hranice oblastíich práce určit analyticky. Velkou přednos-tou uvedeného regulátora je však jednodu-chá realizácia adaptívneho určovania para-metrov regulátora. V případe nedostuposti derivácie regulač-nej odchýlky nahrádzame túto jej diferen-ciou Δ e Uvedený číslicový regulátor s premenlivouširuktúrou možno využit pre riadenie širo-kej triedy lineárnych i nelineárnych sústavII. i vyšších rádov za dosahovania vysokejkvality regulačných procesov. Na jeho rea-lizáciu možno využit univerzálny riadiacipočítač, mikropočítač, připadne jednoúčelo-vý obvod. vynalezu prvého komparátora (1) as druhým vstu-pom druhého komparátora (2 j.
2. 2. Číslicový regulátor s premenlivou struk-turou podlá bodu 1, vyznačený tým, že vý-stup lineárneho riadiaceho bloku (3J je při-pojený na vstup overovacieho bloku (5j,ktorého prvý výstup je připojený na vstupupravovacieho bloku (6), ktorého výstup jespojený buď s druhým výstupom overova-cieho bloku (5), alebo s výstupom určova-cieho bloku (4). 2i listy výkresov