Przedmiotem wynalazku jest sposób automatycznej regulacji obiektów i uklad elektroniczny do stosowania tego sposobu regulacji. Wynalazek wykorzystywany jest zwlaszcza do regulacji obiektów posiadajacych duze czasy opóznienia. A wiec glówna dziedzina zastosowania wynaiazku jest regulacja parametrów procesów technologicznych, które zmieniaja sie stosunkowo wolno. Do parametrów takich zalicza sie: temperature, cisnienie, przeplyw, poziom itp. Sposób regulacji stanowiacy przedmiot wynalazku jest wykorzystywany zarówno przy konstruowaniu regulatorów analogowych jak równiez przy ukladaniu programów sterowania cyfrowego.Dotychczas znane sposoby regulacji sprowadzaly sie do algorytmu PID, czyli polegaly na wytworzeniu przez regulator sygnalu wielkosci sterujacej, który uzalezniony byl bezposrednio od wartosci sygnalów wejsciowych, od calki i od pochodnej z wartosci sygnalów wejsciowych. Podane zaleznosci byly zwykle liniowe lub bliskie liniowych. Dla zapewnienia optymalnego przebiegu sygnalu wielkosci sterujacej przy przyjetym kryterium jakosci regulacji, regulator powinien mozliwie wiernie identyfikowac zaklócenia dzialajace na wejscie obiektu. Przy zastosowaniu dotychczas znanych liniowych lub quasi-liniowych algorytmów dzialania PID, nie jest mozliwe odróznienie przez regulator sygnalu zaklócenia i sygnalu sterujacego. Nie jest wiec mozliwa wierna identyfikacja wartosci sygnalu zaklócenia, a wiec i wytworzenie optymalnego sygnalu wielkosci sterujacej.Niedogodnosc ta uwidacznia sie szczególnie przy regulacji obiektów z duzymi czasami opóznienia, gdzie reakcja regulatora jest opózniona w stosunku do zaklócenia dzialajacego na wejscie obiektu.Celem wynalazku jest usuniecie podanych niedogodnosci przez opracowanie sposobu regulacji oraz ukladu który wykorzystuje ten sposób, zapewniajacego optymalna lub bliska optymalnej regulacje obiektu posiadajacego duze czasy opóznienia. Cel ten osiagnieto przez zastosowanie takiego sposobu regulacji obiektów, w którym wartosc sygnalu wielkosci sterujacej uzalezniona jest od wartosci sygnalu przelaczenia, przy czym sygnal przelaczenia równy jest iloczynowi wartosci sygnalu uchybu regulacji i wartosci sygnalu stanowiacego róznice2 89 740 pomiedzy wartoscia sygnalu uchybu regulacji i wartoscia sygnalu bedacego funkcja pierwszej pochodnej sygnalu wielkosci regulowanej. Ponadto, sposób ten charakteryzuje sie tym, ze oddzialywanie na obiekt regulowany sygnalu drugiej rózniczki, który jest funkcja drugiej pochodnej sygnalu wielkosci regulowanej jest uzaleznione od wartosci sygnalu odlaczenia, przy czym sygnal drugiej rózniczki jest jedna ze skladowych sygnalu wielkosci sterujacej. Sygnalu odlaczenia równy jest iloczynowi wartosci sygnalu uchybu regulacji i wartosci sygnalu drugiej rózniczki. Dla wartosci sygnalu przelaczenia nie wiekszej od zera, wartosc sygnalu wielkosci sterujacej jest w przyblizeniu stala i rózna od zera, natomiast dla wartosci sygnalu odlaczenia nie mniejszej od zera, oddzialywanie na obiekt regulowany sygnalu drugiej rózniczki jest w przyblizeniu równe zero.W ukladzie elektronicznym do automatycznej regulacji obiektów wedlug wynalazku wykorzystuje sie oprócz znanych wezlów sumacyjnych oraz zespolów rózniczkujacych i zespolu calkujacego, równiez dwa zespoly mnozace, w których wytwarzane sa sygnaly przelaczenia i odlaczenia. W jednym zespole mnozacym wytwarzany jest sygnal przelaczenia, a w drugim zespole mnozacym wytwarzany jest sygnal odlaczenia. Sygnal przelaczenia doprowadzony jest do drugiego zespolu rózniczkujacego ukladu zmieniajac jego parametry, a takze doprowadzony jest do klucza przelaczajacego sterujac jego polozeniem, przy czym klucz ten wlaczony jest pomiedzy drugi wezel sumacyjny i zespól calkujacy. Natomiast sygnal odlaczenia doprowadzony jest do drugiego klucza przelaczajacego sterujac jego polozeniem, przy czym klucz ten wlaczony jest pomiedzy wyjscie drugiego zespolu rózniczkujacego i trzeci wezel sumacyjny ukladu regulacji.Zastosowanie opisanego sposobu regulacji, umozliwia dokladna identyfikacje wartosci sygnalu zaklócenia zapewniajac przez to sprowadzenie uchybu regulacji do zera, szybciej niz przy zastosowaniu znanego algorytmu PID.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia typowy uklad regulacji automatycznej, fig. 2 przedstawia uklad regulacji wykorzystujacy sposób stanowiacy przedmiot wynalazku, a fig. 3 przedstawia przebiegi poszczególnych sygnarów w ukladzie pokazanym na fig. 2.W ukladzie pokazanym na fig. 1, sygnal X wielkosci regulowanej stanowiacy sygnal wyjsciowy obiektu regulacji OR, porównywany jest w wezle sumacyjnym S! z sygnalem Xo wielkosci zadanej. Sygnalami wejsciowymi regulatora R jest sygnal e uchybu regulacji oraz sygnal X wielkosci regulowanej, natomiast sygnalem wyjsciowym regulatora R jest sygnal y wielkosci sterujacej, który oddzialywuje na obiekt regulacji OR, zmieniajac wartosc sygnalu X wielkosci regulowanej. Sygnal e uchybu regulacji stanowi róznice pomiedzy sygnalem Xo wielkosci zadanej i sygnalem X wielkosci regulowanej. Ponadto na wejscie obiektu regulacji OR oddzialywuje sygnal Z wielkosci zaklócajacej. Zadaniem regulatora R jest utrzymanie sygnalu e uchybu regulacji, przy istnieniu sygnalu Z zaklócajacego, nafwartosci równej zero. Dla spelnienia tego zadania, regulator R musi posiadac odpowiednie wlasnosci dynamiczne dobrane do parametrów dynamicznych obiektu regulacji OR. Transmitancje wiekszosci obiektów regulacji wolno-zmiennych parametrów procesów technologicznych, moga byc aproksymowane przez czlon o transmitancji równej: • K e -Tojo; TJOJ +1 gdzie: K — wzmocnienie proporcjonalne obiektu, r — stala czasowa zastepcza obiektu regulacji (czas inercji obiektu), To —czas opóznienia obiektu.Dla zapewnienia optymalnego przebiegu sygnalu y wielkosci sterujacej, regulator powinien mozliwie wiernie identyfikowac sygnaly Z zaklócajace, dzialajace na wejscie obiektu. Spelnienie tego warunku przy zastosowaniu dotychczas znanych algorytmów sterowania PID jest niemozliwe, zwlaszcza dotyczy to przypadków regulacji obiektów z duzymi czasami opóznienia, gdzie reakcja regulatora jest opózniona o czas To w stosunku do sygnalu Z zaklócajacego dzialajacego na wejscie obiektu. ¦ W ukladzie pokazanym na fig. 2, w którym wykorzystuje sie sposób regulacji stanowiacy przedmiot wynalazku, sygnal X wielkosci regulowanej porównywany jest w wezle sumacyjnym Si z sygnalem Xo wielkosci zadanej w wyniku czego otrzymuje sie sygnal e uchybu regulacji. Jednoczesnie sygnal X podawany jest na zespól rózniczkujacy UR1, którego stala czasowa jest w przyblizeniu równa stalej czasowej zastepczej obiektu regulacji.W wezle sumacyjnym S2 wytwarzany jest sygnal V(t), który poprzez klucz K1 podawany jest na zespól calkujacy UC, którego stala czasowa jest w przyblizeniu równa ~ • To. Sygnal wyjsciowy zespolu rózniczkujacego URI podawany jest na drugi zespól rózniczkujacy UR2, w którym wytwarzany jest sygnal y2 drugiej rózniczki. Sygnal y2 drugiej rózniczki podawany jest poprzez klucz K2 na wezel sumacyjny S3, gdzie jest sumowany z sygnalem y1 wyjsciowym zespolu calkujacego UC. W wyniku tego sumowania otrzymuje sie sygnal89 740 3 y wielkosci sterujacej bedacy zarazem sygnalem wyjsciowym regulatora. Zespól mnozacy UM1 i zespól mnozacy UM2 sluza do zmiany algorytmu dzialania ukladu, tak 3by zapewnic regulacje bliska optymalnej. VV zespole mnozacym UM1 wytwarzany jest sygnal przelaczenia, równy iloczynowi wartosci sygnalu e uchybu regulacji i wartosci sygnalu V równego róznicy pomiedzy wartoscia sygnalu e uchybu regulacji i wartoscia sygnalu bedacego funkcja pierwszej pochodnej sygnalu X wielkosci regulowanej. Sygnal przelaczenia steruje polozeniem klucza K1 i zmienia stala czasowa zespolu rózniczkujacego UR2. Jezeli wartosc sygnalu przelaczenia jest wieksza od zera, to klucz K1 jest zamkniety, a stala czasowa zespolu rózniczkujacego UR2 jest wieksza od zera i tak dobrana, aby wytworzony sygnal y sprowadzal istniejacy uchyb regulacji do zera w czasie równym okolo To. Jezeli natomiast wartosc sygnalu przelaczenia jest nie wieksza od zera, to klucz K1 jest otwarty, a stala czasowa zespolu rózniczkujacego UR2 jest w przyblizeniu równa zeru.W drugim zespole mnozacym UM2 wytwarzany jest sygnal odlaczenia równy iloczynowi wartosci sygnalu e uchybu regulacji i wartosci sygnalu y2 drugiej rózniczki. Sygnal odlaczenia steruje polozeniem klucza K2.Jezeli wartosc sygnalu odlaczenia jest mniejsza od zera, to klucz K2 jest zamkniety i sygnal y2 drugiej rózniczki oddzialywuje na obiekt regulacji jako jedna ze skladowych sygnalu y wielkosci sterujacej. Jezeli natomiast wartosc sygnalu odlaczenia Jest nie mniejsza od zera, to klucz K2 jest otwarty. .Dzialanie ukladu pokazanego na fig. 2 jest nastepujace. Zalózmy, ze w chwili t=0 na wejsciu obiektu regulacji pojawilo sie zaklócenie w postaci skoku jednostkowego Z(t)=Zo • 1 (t). Powoduje to w czasie te(To,2To)narastanie wartosci sygnalu e(t) uchybu regulacji i dalej wytworzenie sygnalu y(t) wielkosci sterujacej.W tym czasie wartosc sygnalu przelaczenia jest wieksza od zera a wartosc sygnalu odlaczenia jest mniejsza ocf zera, a wiec klucze K1 i K2 sa zamkniete i stala czasowa zespolu rózniczkujacego UR2 jest wieksza od zera.Stala czasowa zespolu calkujacego UC jest tak dobrana, ze w okresie czasu (To, 2To) zmiana wartosci sygnalu y1 wyjsciowego tego zespolu jest równa wartosci sygnalu Z zaklócajacego. Jak juz wspomniano wyzej stala czasowa zespolu rózniczkujacego UR2 jest tak dobrana, ze wytworzony sygnal y(t) sprowadza w chwili t=3To uchyb regulacji do zera. Przy zalozeniu, ze wartosc sygnalu Xo wielkosci zadanej jest caly czas stala, wartosc sygnalu V(t) jest równa wartosci wejsciowego sygnalu obiektu regulacji opóznionego o czas To.Tak wiec jezeli zapewnimy wartosc sygnalu y(t) w czasie te(To, 2To) wieksza, co do wartosci bezwzglednej, od wartosci sy¬ gnalu Z(t), to otrzymamy w czasie te(2Tof 3To) wartosc sygnalu przelaczenia mniejsza od zera. Wówczas klucz K1 bedzie otwarty, a stala czasowa zespolu rózniczkujacego UR2 bedzie równa zeru. Wartosc sygnalu y(t) bedzie w tym czasie stala i równa wartosci sygnalu y1, który jak juz powiedziano wyzej jest równy codo wartosci i przeciwny co do znaku w stosunku do sygnalu Z(t) zaklócajacego. Dzieki zastosowanemu ukladowi regulator odróznia sygnal wielkosci sterujacej od sygnalu zaklócenia, reagujac jedynie na ten ostatni. Dla czasów t 3To, wartosc sygnalu y (t) jest w dalszym ciagu równa co do wartosci sygnalowi y1 i na wejscie obiektu regulacji nie dzialaja zadne sygnaly, natomiast uchyb regulacji jest równy zeru i uklad pozostaje w równowadze.Zastosowany klucz K2 wraz z zespolem mnozacym UM2 zapewnia dobra stabilnosc ukladu regulacji. Dla sygnalów X o ksztalcie sinusoidalnym, sygnal y2 jest takze sygnalem sinusoidalnym, przesunietym w fazie w stosunku do sygnalu X o okolo 180°, a poniewaz sygnal e(t) jest równiez sygnalem sinusoidalnym, przesunietym w fazie w stosunku do sygnalu X o 180°, wiec dla takich sygnalów, wartosc sygnalu odlaczenia jest prawie caly czas wieksza od zera. W tym przypadku klucz K2 jest prawie caly czas otwarty i oddzialywanie sygnalu y2 drugiej'rózniczki na obiekt regulacji jest znikome. Caly przebieg przejsciowy wywolany sygnalem Z(t) zaklócenia zakonczy sie w omawianym ukladzie, po czasie równym w przyblizeniu 2To. Natomiast czas przebiegu przejsciowego przy zastosowaniu znanego algorytmu sterowania typu PID jest nie mniejszy niz 3To.Ponadto przez zastosowanie ukladu regulacji wedlug wynalazku zmniejsza sie 6 okolo 10% wartosc maksymalnego uchybu regulacji.Zastr-ze zenia patentowe 1. Sposób automatycznej regulacji obiektów, posiadajacych zwlaszcza duze czasy opóznienia polegajacy na wytworzeniu sygnalu uchybu regulacji oraz sygnalu wielkosci sterujacej, który oddzialywuje na obiekt sterowany w kierunku zmniejszenia bezwzglednej wartosci sygnalu uchybu regulacji, znamienny tym, ze wartosc sygnalu y wielkosci sterujacej uzaleznia sie do wartosci sygnalu przelaczenia, który równy jest iloczynowi wartosci sygnalu (e) uchybu regulacji i wartosci sygnalu (V) równego róznicy pomiedzy wartoscia sygnalu (e) uchybu regulacji i wartoscia sygnalu bedacego funkcja pierwszej pochodnej sygnalu (X) wielkosci regulowanej, natomiast oddzialywanie na obiekt regulowany (OR) sygnalu (y2) drugiej rózniczki, który jest funkcja drugiej pochodnej sygnalu (X) wielkosci regulowanej i który stanowi jedna ze skladowych sygnalu (y) wielkosci sterujacej, uzaleznia sie od wartosci sygnalu odlaczenia, który równy jest iloczynowi wartosci sygnalu4 89 740 (c) uchybu regulacji i wartosci sygnalu (y2) drugiej rózniczki, przy czym dla wartosci sygnalu przelaczenia nie wiekszej od zera, wartosc sygnalu (y) wielkosci sterujacej jest w przyblizeniu stala i rózna od zera, natomiast dia wartosci sygnalu odlaczenia nie mniejszej od zera, oddzialywanie na obiekt (OR) sygnalu (y2) drugiej rózniczki jest w przyblizeniu równe zeru. 2. Uklad elektroniczny do automatycznej regulacji obiektów posiadajacych zwlaszcza duze czasy opóznienia, zawierajacy wezly sumacyjne i zespoly rózniczkujace oraz zespól calkujacy i klucze przelaczajace, znamienny tym, ze ma jeden zespól mnozacy (UM1) wytwarzajacy sygnal przelaczenia oraz drugi zespól mnozacy (UM2) wytwarzajacy sygnal odlaczenia, przy czym sygnal przelaczenia doprowadzony jest do drugiego zespolu rózniczkujacego (UR2) zmieniajac jego parametry a takze doprowadzonyjest do klucza (K1) przelaczajacego sterujac jego polozeniem, który wlaczony jest pomiedzy drugi wezel sumacyjny (S2) i zespól calkujacy (UC), natomiast sygnal odlaczenia doprowadzony jest do drugiego klucza (K2) przelaczajacego sterujac jego polozeniem, który wlaczony jest pomiedzy wyjscie drugiego zespolu rózniczkujacego (UR2) i trzeci wezel sumacyjny (S3).89 740 -^ ox Fig.1 UPl XJ^~ UW *f K* uc UMi Jfat LW<2 /*"#£89 740 _2li_ ftg 3 Prac. Poligraf. UPPRL naklad 120+18 Cena 453 z\ PL PL