RO113772B1

RO113772B1 - Regulator numeric cu iesire tripozitionala, pentru conducerea adaptiva si optimala a proceselor industriale

Info

Publication number: RO113772B1
Application number: RO9400106A
Authority: RO
Inventors: Emil Ceanga; Viorel Minzu
Original assignee: Emil Ceanga; Viorel Minzu
Priority date: 1994-01-26
Filing date: 1994-01-26
Publication date: 1998-10-30

Description

Invenția se referă la un regulator numeric cu ieșire tripozițională, destinat să lucreze cu elemente de execuție cu viteză constantă, cum sunt motoarele electrice asincrone, servomotarele hidraulice etc, comandate în circuit deschis, și care este apt să realizeze legi de comandă variate, ca de exemplu: legile de și adaptive, în vederea automatizării diverselor procese tehnologice.

în scopul automatizării proceselor tehnologice, utilizând elemente de execuție cu viteză constantă, comandate tripozițional în circuit deschis, este cunoscut un tip de regulator format dintr-un circuit închis, care are pe cale directă un regulator tripozițional cu histerezis, iar pe calea de reacție un filtru de ordinul unu. Un asemenea tip de regulator realizează o lege de comandă de tip Pl, iar dacă se conectează în amonte un bloc PD realizează o lege de comandă de tip PID. Pe baza structurii menționate s-au realizat și se realizează regulatoare la diverse firme producătoare de echipament de automatizare: Siemens, Philips, Hartmann und Braun, întreprinderea de Elemente de Automatizare București etc, [I. Dumitrache Tehnica reglării automate, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1980, pag.327-333; S. Călin, I. Dumitrache, Regulatoare automate, Editura Didactică și Pedagogică, București 19B5, pag.409).

Dezavantajele acestor regulatoare, cât și a regulatoarelor numerice obținute prin discretizarea structurii menționate, sunt:

- realizează numai legi de comandă tipizate clasice, de tip Pl și PID;

- se acordează foarte greu, pentru că au parametri incerți, depinzând de nivelul erorii de reglare.

Regulatorul numeric cu ieșire bipozițională pentru conducerea proceselor industriale, conform invenției, elimină dezavantajele menționate mai sus, prin aceea că include în structura sa:

- un regulator numeric, numit în continuare regulator standard, în care se implementează legea de reglare dorită;

- o buclă de urmărire numerică, formată dintr-un regulator tripozițional și un bloc reprezentând modelul intern al servomotorului, realizat prin simulare numerică a dinamicii acestuia;

- un bloc de autoajustare a structurii și a parametrilor legii de reglare, comanda dată de regulatorul standard aplicându-se la intrarea buclei numerice de urmărire, astfel încât ieșirea modelului intern urmărește comanda regulatorului, ieșirea regulatorului tripozițional din bucla de urmărire utilizându-se ca ieșire a regulatorului numeric, pentru comanda în circuit deschis a elementului de execuție cu viteză constantă, și întrucât modelul intern reflectă dinamica elementului de execuție și urmărește comanda regulatorului standard, rezultă că poziția elementului de execuție din sistemul de reglare va fi practic egală cu ieșirea regulatorului standard, iar în situația când bucla de urmărire nu poate asigura o eroare de urmărire mică, blocul de ajustare a structurii și parametrilor legii de reglare modifică proprietățile regulatorului standard, temperând nivelul comenzii și viteza de variație a acestuia, astfel încât eroarea de urmărire să fie adusă în limite prescrise.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- permite implementarea practic a oricărei legi de reglare, ca de exemplu: legile tipizate Pl, PID; dead-beat; optimală, în sens determinist sau stochastic; adaptivă;

- permite controlul riguros al parametrilor legii de comandă, astfel încât acordarea regulatorului se poate face prin proceduri explicite de calcul, oferite de ingineria reglării automate;

- atunci când nivelul de excitare a buclei de reglare de către mărimile exogene este foarte ridicat și bucla de urmărire nu mai poate lucra cu erori în limite acceptabile (prescrise), regulatorul își ajustează structura și/sau parametrii legii de reglare, în scopul conservării stabilității buclei de reglare.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției în legătură și cu

RO 113772 Β figura, care reprezintă schema de principiu a regulatorului numeric RRI.

Conform invenției, un regulator numeric standard RS prelucrează eroarea de reglare £(t)=w(t)-m(t) și implementează legea de reglare dorită, furnizând comanda u(t], o buclă de urmărire este formată dintr-un regulator tripozițional RT și un model intern Ml al unui servomotor SM utilizat în instalația automatizată. Modelul intern simulează numeric dinamica acestui servomotor. Bucla de urmărire asigură urmărirea comenzii u(t) de către o variabilă de urmărire u(t), care reprezintă ieșirea modelului intern Ml, în limitele unei erori de urmărire ejt) acceptabilă [prescrisă). Comanda regulatorului tripozițional RT se aplică simultan la comanda servomotorului SM ca ieșire a regulatorului numeric RN și la intrarea modelului intern Ml. întrucât modelul intern transpune fidel, în realizare numerică, dinamica servomotorului SM, rezultă că ieșirea acestuia u_m (t) este practic egală cu u(tj. în același timp, ε_π( t=O], deci u[t> u(t). Rezultă că u_m(t)« Li(t), adică evoluția mărimii de comandă a regulatorului standard se regăsește la ieșirea elementului de execuție.

Atunci când nivelul de excitare a buclei de reglare este foarte ridicat, comanda u(t) poate avea valori și/sau viteze de variație mari, astfel încât bucla de urmărire nu mai poate lucra cu erori, în limite acceptabile. în această situație, un bloc de autoajustare a structurii și parametrilor BASP acționează asupra legii de reglare implementate în regulatorul standard, în sensul reducerii spectrului comenzii u(t).

Se dau în continuare trei exemple de autoajustare a structurii și parametrilor regulatorului standard RS:

- trecerea de la legea inițială de reglare PID la o lege de reglare Pl, cu parametri prestabiliți;

- trecerea de la un regulator dead-beat cu un timp de răspuns inițial al buclei, la un alt regualtor dead-beat, care asigură un timp de răspuns al buclei mai mare, deci cu o evoluție mai temperată a comenzii u(t);

- comutarea la o valoare superioară a coeficientului de ponderare a efortului de comandă, la legea de reglare optimală în raport cu un criteriu pătratic.

Criteriul de comutare a structurii și/sau parametrilor regulatorului standard poate fi:

-valoarea erorii de urmărire ε₄ (ti;

- valorile comenzii u(t) și derivatei comenzii u(t);

- valorile erorii și derivatei erorii 4t).

Implementarea buclelor de reglare a parametrilor instalațiilor termoenergetice furnizează exemple concrete de utilizare a regulatorului numeric, conform invenției.

La reglarea temperaturii aburului supraîncălzit, autoajustarea structurii se face prin trecerea de la o lege de reglare inițială de tip PID, la o lege de reglare Pl, cu parametri prestabiliți.

La reglarea debitelor de aer și gaze combustibile, cât și a depresiunii în focar, se autoajustează parametrii unei legi de reglare Pl.

în toate situațiile menționate, criteriul de autoajustare îl reprezintă valoarea absolută a erorii de urmărire ejt).

Regulatorul numeric pentru conducerea proceselor industriale, conform invenției, este un echipament numeric dotat cu un microcontroler.

Claims

Revendicări

1. Regulator numeric cu ieșire tripozițională pentru conducerea adaptivă și opțională a proceselor industriale, caracterizat prin aceea că implementează o metodă de comandă tripozițională în circuit deschis a unor servomotare, realizând orice lege de comandă, având în structura sa un regulator numeric standard (RS), care elaborează o comandă (u(tj) aferentă legii de reglare, și o buclă de urmărire numerică, ce asigură urmărirea comenzii (u(tj) de către ieșirea (O(tJ) a unui model intern (Ml) ce simulează dinamica unui servomotor (SM),

RO 113772 Β modelul intern [Ml] fiind comandat de un regulator tripozițional (RT), ieșirea acestuia fiind, în același timp, ieșirea regulatorului.
2. Regulator ca la revendicarea 1, caracterizat prin aceea că, mai conține un bloc de ajustare a structurii și parametrilor legii de comandă (BASP) care, pe baza unor semnale: de comandă (u(t)), de eroare (c(t)) și de eroare de urmărire (ejt)), ajustează o structură de lege de comandă și unii parametri din această lege de comandă a regulatorului numeric [RS),
3. Regulator, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că este un echipament numeric dotat cu un microcontroler, ce implementează o metodă de reglare Tn sensul că, pe baza unei erori (e(t)=w(t)-m(t)), un regulator numeric standard (RS) furnizează o comandă (u(t)J care este urmărită într-o buclă de urmărire, formată dintr-un re gulator tripozițional (RT) și un model intern (Ml), de o variabilă de urmărire (u(t)), iar dacă modelul intern [Ml] al servomotorului (SM) simulat numeric descrie corect dinamica servomotorului variabila (SM] din instalație, atunci poziția (u_m (tj) a unui organ de reglare acționat de servomotor (SM) va fi practic identică cu variabila de urmărire (îi(t)] și, deci, cu comanda (u(t)) a regulatorului numeric standard (RS), și numai dacă există o eroare de urmărire (e_n(t)), importantă, un bloc (BASP) ajustează □ structură de lege de comandă din regulatorul numeric standard (RS) și unii parametri ai acesteia, astfel încât permanent comanda (u(t)] să poată fi urmărită de variabila de urmărire (u(t)J, acesta fiind practic identică cu ieșirea (u_m(t)) a servomotorului (SM) din instalația reglată.