CS223870B2

CS223870B2 - Connection of regulator with non-linearity of the third and higher order

Info

Publication number: CS223870B2
Application number: CS535480A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Spacek
Original assignee: Vaclav Spacek
Priority date: 1980-12-08
Filing date: 1980-12-08
Publication date: 1983-11-25

Description

Vynález se týká zapojení regulátoru s nelinearitou třetího a vyššího řádu, který má větší přesnost regulace a lepší kavlitu regulačního pochodu než dosud užívané regulátory.The present invention relates to a third and higher order nonlinearity controller having greater control accuracy and better control process cavity than previously used controllers.

Z dosud používaných typů regulátorů jsou nejznámější lineární regulátory, které se vytvářejí z dynamických členů, tvořených operačnímu zesilovači se zavedenou zpětnou vazbou. Regulátory mají charakter proporcionální P, integrační I, nebo derivační D. Nejčastěji se ale používá regulátoru PID, který obsahuje všechny tři složky. Z nelineárních regulátorů se nejčastěji užívají nespojité regulátory, jejichž výstupním členem je spínací prvek, takže odpadají složité proporcionální výkonové zesilovače. Tyto regulátory mají menší přesnost regulace a horší kvalitu regulačního pochodu, než regulátor popsaný tímto vynálezem.Among the types of controllers used so far, the most known are linear controllers, which are formed from dynamic elements formed by an operational amplifier with an established feedback. Regulators are proportional P, integrating I, or derivative D. Of the non-linear controllers, discontinuous controllers are most often used, the output of which is a switching element, thus eliminating the complex proportional power amplifiers. These controllers have less control accuracy and inferior control process quality than the controller described in the present invention.

Uvedené nevýhody, to je menší přesnost regulace a horší kvalita regulačního pochodu, odstraňuje zapojení regulátoru podle vynálezu zapojení regulátoru s nelinearitou třetího a vyššího řádu, jehož podstata je, že vstup regulační odchylky, zakreslený na výkresu je připojen na první proměnný odpor, jehož druhý vývod je připojen jednak přes první impedanci na zemní svorku, jednak přes pátý odpor na výstup prvního ope2 račního zesilovače a jednak na vstup prvního operačního zesilovače, jehož výstup je připojen dále jednak na oba vstupy první pulsní násobičky, jednak na jeden vstup druhé pulsní násobičky, přičemž na druhý vstup druhé pulsní násobičky je připojen výstup první pulsní násobičky, kde výstup druhé pulsní násobičky je připojen jednak na druhý proměnný odpor a jednak na první vývod třetího proměnného odporu, přičemž druhý vývod druhého proměnného odporu je připojen jednak přes druhou impedanci na zemní svorku, jednak na vstup druhého operačního zesilovače a jednak přes druhou kapacitu na výstup druhého operačního zesilovače, připojeného na devátý odpor, jehož druhý vývod je připojen jednak přes desátý odpor k zemní svorce a jednak na vývod čtvrtého proměnného odporu, zatímco druhý vývod třetího proměnného odporu je připojen jednak na šestý odpor, jednak na třetí operační zesilovač, a jednak přes třetí impedanci na zemní svorku, přičemž druhý vývod šestého odporu je připojen jednak přes první proměnnou kapacitu na zemnicí svorku, jednak přes sedmý odpor na výstup třetího operačního zesilovače, který je dále připojen přes osmý odpor na první vývod čtvrtého proměnného odporu, jehož druhý vývod je připojen jednak na vstup čtvrtého operačního zesilovače a jednak přes jedenáctý odpor na výstup ze čtvrtého operačního zesilovače, který je spojen s výstupem akční veličiny regulátoru.These disadvantages, i.e. lower control accuracy and inferior quality of the control process, eliminate the wiring of the regulator according to the invention wiring of the regulator with the third and higher order nonlinearity, whose essence is that the control deviation input shown in the drawing is connected to the first variable resistor. it is connected via the first impedance to the ground terminal, through the fifth resistor to the output of the first operational amplifier and to the input of the first operational amplifier, whose output is connected to both inputs of the first pulse multiplier and to one input of the second pulse multiplier. the second pulse multiplier is connected to the output of the first pulse multiplier, where the output of the second pulse multiplier is connected both to the second variable resistor and to the first terminal of the third variable resistor, while the second terminal of the second variable resistor is connected ou impedance to ground terminal, second to input of second operational amplifier and second through capacitance to output of second operational amplifier, connected to ninth resistor, second terminal is connected through tenth resistor to ground terminal and second to terminal of variable resistor, second the third variable resistor terminal is connected to the sixth resistor, to the third operational amplifier, and through the third impedance to the ground terminal, the second resistor terminal is connected through the first variable capacitance to the ground terminal, and through the seventh resistor to the third operational output amplifier, which is connected via the eighth resistor to the first terminal of the fourth variable resistor, whose second terminal is connected both to the input of the fourth operational amplifier and through the eleventh resistor to the output of the fourth operational amplifier, which is connected to the output variable regulator.

Nejvýznamnější vlastnosti tohoto regulátoru, oproti jiným dosud používaným typům, jsou lepší přesnost regulace a lepší kvalita regulačního pochodu. Regulovaná veličina se v ustáleném stavu velice blíží řídicí veličině a také přesněji sleduje změny řídicí veličiny než při použití jiného regulátoru. Regulátoru je výhodné použít k regulaci soustav s dopravním zpožděním, kde je vysoká přesnost regulace a též k regulaci adaptivních systémů, kde po vytvoření přesného modelu získáme velmi dobrou kvalitu regulačního pochodu.The most important features of this regulator, compared to other types used so far, are better control accuracy and better control process quality. The controlled variable at steady state is very close to the control variable and also more accurately monitors changes in the control variable than when using another controller. It is advantageous to use the regulator for the control of systems with traffic delays, where the control accuracy is high, and also for the control of adaptive systems, where, after creating an accurate model, we obtain a very good quality of the control process.

Zapojení regulátoru podle vynálezu je uvedeno na výkresu.The wiring of the controller according to the invention is shown in the drawing.

Vstup e regulační odchylky je připojen na první proměnný odpor Ri, jehož druhý vývod je připojen jednak přes první impedanci Zi na zemní svorku, jednak přes pátý odpor Rs na výstup eo prvního operačního zesilovače Ai a jednak na vstup prvního operačního zesilovače Ai, jehož výstup je připojen dále jednak na oba vstupy první pulsní násobičky PNi, jednak na jeden vstup druhé pulsní násobičky PNz, přičemž na druhý vstup druhé pulsní násobičky PNz je připojen výstup první pulsní násobičky PNi, kde výstup ez druhé pulsní násobičky PN2 je připojen jednak na druhý proměnný odpor Rz a jednak na první vývod třetího proměnného odporu Rs, přičemž druhý vývod druhého proměnného odporu Rz je připojen jednak přes druhou impedanci Zz na zemní svorku, jednak na vstup druhého operačního zesilovače Az a jednak přes druhou kapacitu Cz na výstup druhého operačního zesilovače Az, připojeného na devátý odpor Re, jehož druhý vývod je připojen jednak přes desátý odpor Rio k zemní svorce, zatímco druhý vývod třetího proměnného odporu R3 je připojen jednak na šestý odpor Re, jednak na třetí operační zesilovač A3 a jednak přes třetí impedanci Z3 na zemnící svorku, přičemž druhý vývod šestého odporu Re je připojen jednak přes první proměnnou kapacitu Ci 11a zemnící svorku, jednak přes sedmý odpor Rz na výstup třetího operačního zesilovače A3, který je dále připojen přes osmý odpor Re na první vývod čtvrtého proměnného odporu R4, jehož druhý vývod je připojen jednak na vstup čtvrtého operačního zesilovače A4 a jednak přes jedenáctý odpor R11 na výstup ze čtvrtého operačního zesilovače A4, který je spojen s výstupem v akční veličiny regulátoru.The control deviation input e is connected to a first variable resistor Ri, the second terminal of which is connected via the first impedance Zi to the ground terminal, through the fifth resistor Rs to the output eo of the first operational amplifier Ai and second to the input of the first operational amplifier Ai connected to both inputs of the first pulse multiplier PNi and partly to one input of the second pulse multiplier PNz, while the output of the first pulse multiplier PNi is connected to the second input of the second pulse multiplier PNz. Rz and the first terminal of the third variable resistor Rs, the second terminal of the second variable resistor Rz is connected via the second impedance Zz to the ground terminal, to the input of the second operational amplifier Az and through the second capacitance Cz to the output of the second operational amplifier on the ninth resistance Re, his the second terminal is connected via the tenth resistor Rio to the ground terminal, while the second terminal of the third variable resistor R3 is connected to the sixth resistor Re, to the third operational amplifier A3 and the third impedance Z3 to the ground terminal, the ground terminal is connected through the first variable capacitance Ci 11a, and through the seventh resistor Rz to the output of the third operational amplifier A3, which is further connected through the eighth resistor Re to the first terminal of the fourth variable resistor R4. of the amplifier A4 and on the other hand via the eleventh resistor R11 to the output of the fourth operational amplifier A4, which is connected to the output in the controller's action quantities.

Vstup e regulační odchylky do regulátoru je připojen nejprve do zesilovače tvořeného prvním proměnným odporem Rl, pátým odporem Rs, první impedancí Zi a prvním operačním zesilovačem Ai. Tímto zesilovačem se signál zesílí a postupuje dále na první pulsní násobičku PNi a druhou pulsní násobičku PNz, z jejíhož výstupu postupuje signál, který je třetí mocninou signálu na vstupu první pulsní násobičky PNi, z výstupu druhé pulsní násobičky PNz je připojen signál ke vstupu lineárního regulátoru PID, který je tvořen paralelním spojením regulátoru I a regulátoru PD. Regulátor I je tvořen druhým proměnným odporem Rz, druhou impedancí Z2, druhou kapacitou C2 a druhým operačním zesilovačem Az. Regulátor PD je tvořen třetím proměnným odporem R3, třetí impedancí Zs, šestým odporem Re, sedmým odporem Rz, první proměnnou kapacitou Ci a třetím operačním zesilovačem A3. Výstupní signály z regulátorů I a PD se sčítají v sečítacím obvodě tvořeném osmým odporem Re, devátým odporem Ro a desátým odporem R10. Dále postupuje signál na zesilovači, tvořený čtvrtým proměnným odporem R4, čtvrtou impedancí Z4, jedenáctým odporem R11 a čtvrtým operačním zesilovačem A4. Výstup z tohoto zesilovače je výstupem v akční veličiny z regulátoru. Pulsní násobičky tvořící třetí mocninu signálu do nich vstupujícího se chovají pro lineární regulátor PID jako zesilovač s proměnným zesílením, závislým na vstupu e regulační odchylky do regulátoru. Je-li regulační odchylka větší, způsobí násobička veliké zesílení signálu na vstupu e regulační odchylky do regulátoru a regulátor PID vyrobí velmi velký signál na výstupu v akční veličiny regulátoru, který velmi zeslabí signál na vstupu e regulační odchylky do regulátoru. Při snížení vstupu e regulační odchylky do regulátoru vyrobí násobičky velmi malý signál pro regulátor PID, takže nemůže dojít k snadnému rozkmitání. A přitom je velmi vysoká kvalita regulačního pochodu. U daného regulátoru podle vynálezu je na vstupu i výstupu zesilovač, aby se mohla nastavit nejvhodnější pracovní oblast pulsních násobiček PNi, PNz.The control deviation input e is connected first to an amplifier formed by a first variable resistor R1, a fifth resistor Rs, a first impedance Zi and a first operational amplifier Ai. This amplifier amplifies the signal and proceeds to the first pulse multiplier PNi and the second pulse multiplier PNz, whose output is the signal that is the third power of the input of the first pulse multiplier PNi, from the output of the second pulse multiplier PNz PID, which is a parallel connection of controller I and controller PD. The controller I consists of a second variable resistor Rz, a second impedance Z2, a second capacitance C2 and a second operational amplifier Az. The controller PD consists of a third variable resistor R3, a third impedance Zs, a sixth resistor Re, a seventh resistor Rz, a first variable capacitance Ci, and a third operational amplifier A3. The output signals from the controllers I and PD are summed in the summing circuit consisting of the eighth resistor Re, the ninth resistor Ro and the tenth resistor R10. The signal on the amplifier consists of the fourth variable resistor R4, the fourth impedance Z4, the eleventh resistor R11 and the fourth operational amplifier A4. The output of this amplifier is the output of the controller. Pulse multipliers forming the third power of the signal entering them behave for the linear PID regulator as a variable gain amplifier depending on the regulator deviation input e. If the control deviation is greater, the multiplier causes a large amplification of the signal at the control deviation input e and the PID controller produces a very large signal at the output of the controller which greatly attenuates the control deviation input e to the controller. By reducing the deviation input e to the controller, the multipliers produce a very small signal for the PID controller, so that no oscillation can occur. And yet the quality of the control process is very high. In a given controller according to the invention, an amplifier is provided at both the input and output to set the most suitable working range of the pulse multipliers PNi, PNz.

Regulátor podle vynálezu může mít kromě nellnearity třetího řádu též nelinearitu pátého řádu a všech vyšších lichých řádů. Potom rozdíl v zapojení od zapojení podle výkresu bude ten, že mezi výstupem prvního operačního zesilovače a výstupem druhé pulsní násobičky bude zapojeno tolik násobiček, aby se vytvořil vztah ez“ = (eo‘)^x, x = 5, 7, ...The regulator of the invention may have, in addition to the third order non-linearity, a non-linearity of the fifth order and all higher odd orders. Then, the difference in the circuit from the circuit according to the drawing will be that between the output of the first opamp and the output of the second pulse multiplier will be connected enough multipliers to create the relation ez “= (eo ') ^x , x = 5, 7, ...

kde ez‘ bude výstup z poslední pulsní násobičky a eo je výstup prvního operačního zesilovače, namísto vztahu ez = eo³, který platí v zapojení podle výkresu.where ez 'will be the output of the last pulse multiplier and eo is the output of the first operational amplifier, instead of the relation ez = eo ³ , which applies in the circuit according to the drawing.

Claims

Connection of the third and higher order non-linear controller, characterized in that the control deviation input (e) is connected to a first variable resistor (Ri), the second terminal of which is connected via a first impedance (Zi) to a ground terminal (Rs) to the output (eo) of the first operational amplifier (Ai) and to the input of the first operational amplifier (Ai), whose output is connected to both inputs of the first pulse multiplier (PNi) and to one input of the second pulse multiplier (PNz) ), the second pulse multiplier (PNz) input is connected to the output of the first pulse multiplier (PNij), where the output (e2) of the second pulse multiplier (PN2) is connected to the second variable resistor (R2) and to the first terminal of the third variable resistor (R3), the second terminal of the second variable resistor (R2J being connected via the second impedance (Z2) to the ground terminal and to the second operational amplifier nAll of the cam (A2) and second through the capacitance (C2) to the output of the second operational amplifier (A2) connected to the ninth resistor (R9), the second terminal of which is connected via the tenth resistor (R10) to the ground terminal the variable resistor (R3) is connected to the sixth resistor (Rej, on the one hand to the third operational amplifier (As) and to the ground terminal via the third impedance (Z3), and the second terminal of the sixth resistor (R6) Ci) to the ground terminal, on the one hand through the seventh resistor (R7) to the output of the third operational amplifier (A3), which is further connected via the eighth resistor (Rs) to the first terminal of the fourth variable resistor (R4) the fourth operational amplifier (A4) and secondly through the eleventh resistor (Ru) to the output of the fourth operational amplifier (44), which is connected to the output (v) of the control variable.