RU1789969C - Регул тор - Google Patents

Abstract

Использование: дл  построени  систем регулировани  технических объектов, содержащих значительные запаздывани  и подверженных вли нию неконтролируемых внешних воздействий. Цель: повышение точности. Сущность изобретени : регул тор содержит измеритель рассогласовани  1. блок обратной модели объекта без запаздывани  2, сумматор 3, экстрапол тор 4. блок чистого запаздывани  5, блок управлени  обратной моделью б, сигнум-реле 7, элементы чистого запаздывани  8,16, умножители 9,12.15, масштабирующий элемент 10, двухтактный детектор 11, элемент сравнени  13, источник посто нного сигнала 14. 3 ил.

Description

Х| 00

ч

О О

чэ

Изобретение относитс  к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано дл  построени  системы регулировани  технических объектов , содержащих значительные запаздывани  и подверженных вли нию неконтролируемых внешних воздействий.

Предполагаетс , что динамика канала регулировани  достаточно хорошо аппрок- сймируетЬ  моделью

; ..: V (t) Kfc) U(t - г) + W(t),

где Y(t) - выход объекта регулировани ;

U(t).- регулирующие воздействи ;

K(t) - коэффициент передачи, существенно измен ющийс  во времени (t);

W(t) - неконтролируемые внешние возмущени , изменени  которых нос т ступенчатый характер, причем интервал между этими изменени ми превышает врем  переходного процесса системы;

т- врем  чистого запаздывани .

Примером таких систем в промышленности  вл етс , в частности система автоматического регулировани  температуры в рабочем пространстве нагревательного колодца обжимного цеха, где коэффициент передачи, характеризующий вли ние изменений расхода газа на температуру рабочего пространства печи мен етс  в течение периода нагрева в зависимости от массы садки, марки стали, температуры металла и других факторов,

Задача регулировани  состоит в обеспечении инвариантности регулируемой координаты от внешних воздействий и изменений коэффициента передачи К, Один из возможных подходов в таких ситуаци х состоит в косвенном измерении характеристик внешних воздействий , прогнозировании этих измерений на интервал длительности г и в использовании результатов прогнозировани  в функции управлени .

Известен регул тор, содержащий сумматор , низкочастотный фильтр, в частности апериодическое звено первого пор дка, охваченный положительной обратной св зью, и обратную модель обьекта без запаздывани .

Недостатком этого регул тора  вл етс  низка  точность регулировани .

Наиболее близким по технической сущности  вл етс  регул тор Реовика, содержащий последовательно соединенный измеритель рассогласовани , блок обратной модели объекта без запаздывани , сумматор, элемент задержки и масштабирующий элемент , первый и второй входы измерител  рассогласовани  подключены к первому и второму входам регул тора, выход сумматора подключен к выходу регул тора, а выход

масштабирующего элемента - к второму входу сумматора,

При работе известного устройства на первый, положительный, вход измерител  рассогласовани  подаетс  сигнал, пропор0 циональиый заданному значению регулируемой величины, на второй вход - измер емый сигнал, Выходной сигнал измерител  рассогласовани  подаетс  на вход блока обратной модели объекта без запаз5 дывани  и далее на первый вход сумматора, в котором происходит суммирование выходного сигнала блока обратной модели объекта без запаздывани  с выходным сигналом масштабирующего элемента, который пред0 варительно задерживаетс  в элементе задержки . Результат суммировани  поступает на вход элемента задержки и одновременно на выход регул тора в качестве регулирующего воздействи  на объект.

5 Недостаток известного устройства заключаетс  в низкой точности регулировав ни , обусловленной временным дрейфом коэффициента передачи регулируемого объекта .

0 Цель изобретени  - повышение точности регул тора.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в регул тор, содержащий измеритель рассогласовани , подключенный выходом к ин5 формационному входу обратной модели объекта управлени  без запаздывани , соединенной выходом с первым входом сумматора , подключенного вторым входом к выходу блока чистого запаздывани , при0 чем суммирующий и вычитающий входы из- мерител  рассогласовани   вл ютс  входами задани  и регулируемой величины регул тора, введены блок управлени  моделью и экстрапол тор, соединенный

5 входом с выходом сумматора, а выходом - со входом блока чистого запаздывани , вход блока управлени  моделью подключен к выходу измерител  рассогласовани , а выход- к управл ющему входу обратной моде0 ли объекта управлени  без запаздывани , причем блок управлени  моделью состоит из двухтактного детектора, источника посто нного сигнала и последовательно соединенных сигнум-реле, первого элемента

5 чистого запаздывани , первого умножител , масштабирующего элемента, второго умножител , элемента сравнени , третьего умножител  и второго элемента чистого запаздывани , подключенного выходом ко второму входу третьего умножител , суммирующий вход элемента сравнени  соединен с выходом источника посто нного сигнала, вторые входы первого и второго умножителей соединены с выходами, соответственно, сигнум-реле и двухтактного детектора, входы которых соединены друг с другом и  вл ютс  входом блока управлени  моделью, а выход третьего умножител   вл етс  выходом блока управлени  моделью, обратна  модель объекта управлени  без запаздывани  выполнена в виде делител , входы которого деликтов и делитель  вл ютс  соответственно информационным и управл ющим входами, а выход - выходом обратной модели объекта управлени  без запаздывани , выход экстрапол тора  вл етс  выходом регул тора, а врем  запаздывани  блока и элементов чистого запаздывани  равны времени запаздывани  объекта управлени .

Введение совокупности новых блоков и св зей позвол ет распознавать ситуации, когда модельный коэффициент передачи Км управл емого объекта отличаетс  от его действительного значени  Кд, и корректировать это значение, что повышает точность регулировани .

На фиг. 1 представлена блок-схема регул тора; на фиг. 2 - результаты проверки эффективности предлагаемого регул тора; на фиг. 3 - типичный характер переходного процесса в системе регулировани  в ответ на единичное ступенчатое воздействие при услови х, когда:

а) д К Км - Кд 0 и

б) 6 К Км - Кд 0.

На фигурах прин ты следующие обозначени :

V(t) - выходной сигнал системы регулировани  (регулируема  величина);

Y - заданное значение регулируемой величины;

U(t) - выходной сигнал регул тора (регулирующее воздействие);

д Y{t) « Y - Y(t) - сигнал ошибки регулировани ;

KM(t) - сигнал, пропорциональный модельному значению коэффициента передачи регулируемого объекта;

) - внешнее возмущение на объект;

Кд-действительное значение коэффициента передачи регулируемого объекта;

Yi(t) - переходный процесс в системе регулировани  с регул тором-прототипом;

Ya(t) - переходный процесс в системе регулировани  с предлагаемым регул тором;

т- запаздывание в регулирующем канале объекта.

Регул тор содержит последовательно соединенные измеритель 1 рассогласовани , блок 2 обратной модели объекта без запаздывани , сумматор 3, экстрапол тор 5 4, блок 5 чистого запаздывани , выход которого соединен со вторым входом сумматора 3, блок 6 управлени  обратной моделью, включающий последовательно соединенные сигнум-реле 7, первый элемент 8 чисто0 го запаздывани , первый умножитель 9, масштабирующий элемент 10, последовательно соединенные двухтактный детектор 11, второй умножитель 12, элемент 13 сравнени , ко второму входу которого подклю5 чен источник 14 посто нного сигнала, а к выходу-третий умножитель 15, выход которого соединен со входом второго элемента 16 чистого запаздывани  и вторым входом блока 2 обратной модели объекта без за0 паздывани , а второй вход с выходом источника 14 посто нного сигнала, выход масштабирующего элемента 10 соединен со вторым входом второго умножител  12, выход измерител  1 рассогласовани  соеди5 нен со входом сигнум-реле 7 и входом двухтактного детектора 11.

В процессе функционировани  регул тор выполн ет две основные функции;

формирование регулирующих воздей0 ствий с целью компенсации ошибки регулировани ;

2) непрерывное уточнение коэффициента передачи регулируемого объекта.

Реализаци  первой функции осуществ5 л етс  следующим образом. На первый вход измерител  рассогласовани  1 подаетс  сигнал Y. пропорциональный заданному значению регулируемой величины, а на второй вход - измер емый сигнал Y(t)..B изме0 .рителе рассогласовани  из заданного значени  вычитаетс  измер емый сигнал, формиру  на своем выходе сигнал 6 Y(t), пропорциональный ошибке регулировани , т.е. д Y(t) Y - Y(t). Сигнал ошибки, проход 

5 через блок обратной модели 2 объекта без запаздывани , формирует сигнал, пропор1

циональный значению

Г

Y - Y(t), (где

Км - модельный коэффициент передачи объ- екта), который в свою очередь поступает на первый вход сумматора 3. В сумматоре этот сигнал складываетс  с входным сигналом первого элемента чистого запаздывани  5, Результат суммировани  подаетс  на вход экстрапол тора 4, выходной сигнал которого поступает в качестве регулируемого воздействи  U(t) на выход регул тора и одновременно на вход первого элемента чистого запаздывани  5. Таким образом,

регул тор реализует следующий закон регулировани 

U(t) fa{UB(t-TM)};

UB(t - О U(t - О + --- IV - Y(t); к

где fa - оператор экстраполировани .

Процедура уточнени  коэффициента передачи регулируемого объекта базируетс  на следующих соображени х.

При заданном законе регулировани 

U(t) UB(t-iM);

UB(t - Iм) U(t - О + -L- Y - Y(t),

Км

1,

где дл  простоты рассуждений f3 модели объекта

Y(t) Кд U(t - it) + W(t - г), где WA - возмущение, имеющее ступенчатый характер изменени , и при выполнении условий

Л

U(t) U(t); Y const;

,

необходимо определить алгоритм регулировани , выполн ющий и функцию уточнени  коэффициента Км.

При таких услови х ошибка регулировани  будет обусловлена неточностью коэффициента передачи, т.е.

Если д К 0, то есть Км Кд, то в соответствии с расчетом по указанным выше формулам переходный процесс в системе регулировани  в ответ на единичное ступенчатое воздействие по возмущению, - г4) 1, имеет форму, представленную на фиг. 3, а.

Если б К 0, т.е. Км КА, то ошибка регулировани  имеет знакопеременный характер , аналогичный представленному на фиг. 3,6,

Таким образом, по форме переходного процесса Y(t) в рассматриваемой системе регулировани  можно распознавать указанные выше ситуации, т.е. 6 К 0 или 5 К О, и осуществл ть непрерывную корректировку коэффициента передачи Км регулируемого объекта в соответствии со следующим алгоритмом:

KM(t) KM(t-т) t(5Y(t)l -slgn6Y(t)x

х sign д Y(t - т);

где fi - настроечный коэффициент, измен ющийс  в диапазоне 0-1 и уточн емый в процессе настройки и эксплуатации регул тора , б Y(t) - Y - Y(t).

С учетом последнего алгоритм функционировани  предлагаемого регул тора будет иметь вид:

U(t) UB(t-t); UB(t-T) U(t-t) +

KM(t)

(t),

KM(t) KM(t-r)- 1 -Ј Y(t)l sign д Y(t)x x sign б Y(t-t); 6 Y(t) Y - Y(t).

Устойчивость линейных прогнозирующих систем регулировани , к классу которых относитс  и САР с предлагаемым регул тором общеизвестна, в том числе и дл  систем с внутренними положительными обратными св з ми,

Добавление контура поднастройки коэффициентэ передачи канала регулировани  не вли ет на устойчивость САР в целом, так как предложенна  процедура утончени  этого коэффициента  вл етс  сход щейс . Это нагл дно видно из результатов моделировани , представленных на фиг. 2. При моделировании были прин ты следующие значени  коэффициентов передачи регулирующего канала:

д 2,0; Км(о) 3 (случай а) фиг. 2);

Км(0) 1 (случай б) фиг. 2).

Применение моделировани  дл  доказательства сходимости процедуры уточнени  коэффициента передачи вызвано тем, что прин та  процедура  вл етс  нелинейной и затрудн ет использование аналитических методов.

Реализаци  алгоритма уточнени  коэффициента передачи KM(t) осуществл етс  с помощью блока 6 управлени  моделью следующим образом.

Сигнал ошибки регулировани  д Y(t) поступает с выхода измерител  рассогласовани  1 на вход сигнум-реле 7, на выходе которого формируетс  сигнал, пропорциональный значению sign 5 Y(t). Этот сигнал поступает на второй вход первого умножител  9 и на вход элемента чистого запаздывани  8, формиру  на выходе последнего сигнал, пропорциональный

значению sign д Y(t- т ). Этот сигнал, поступа  по первому входу в первый умножитель 9, умножаетс  там на сигнал, пропорциональный значению sign д Y(t), формиру  на выходе первого умножител 

д сигнал, пропорциональный произведению sign 5 Y(t) -sign д Y(t - т), который, проход  через масштабирующий элемент 10, образует на его выходе сигнал, пропорциональный значению/ sign б Y(t) -sign б Y(t-1).

Одновременно с этим сигнал, пропорциональный ошибке регулировани  б Y(t), поступает с выхода измерител  рассогласовани  1 на вход двухтактного детектора 11, выходной сигнал которого, пропорциональный Y(t) I, поступает по второму входу во второй умножитель 12. На первый вход второго умножител  12 поступает сигнал с выхода масштабирующего элемента 10, который умножаетс  на значение д Y(t)l, и на выходе элемента формируетс  сигнал, пропорциональный значению р Y(t) -sign 5Y(t-T)| (5Y(t)I, который поступает на первый вход элемента сравнени  13. На второй вход этого элемента сравнени  поступает единичный сигнал с выхода источника посто нного сигнала 14. Таким образом, на входе элемента сравнени  13 формируетс  сигнал, пропорциональный значению 1 -/3 sign б Y(t) -sign 6 Y(t - т) I 5Y (t)|, который по первому входу поступает в третий умножитель 15, на второй вход которого поступает с выхода второго элемента чистого запаздывани  16 сигнал, пропорциональный значению KM(t - т). На выходе третьего умножител  15 образуетс  сигнал, пропорциональный значению

KM(t) KM(t - г) 1 -/ sign б Y( t) x xslgn(W(t-T) dY(t)l,

который поступает на вход второго элемента чистого запаздывани  16 и на второй вход блока 2 обратной модели объекта без запаздывани , корректиру  тем самым значение 5 коэффициента передачи регулируемого объекта .

Таким образом,точность регулировани  повышаетс  за счет того, что в блоке 6 управлени  моделью, состо щем из сигнум-реле 7,

0 первого элемента чистого запаздывани  8, первого умножител  9, масштабирующего, элемента 10, двухтактного детектора 11, второго умножител  12, элемента сравнени  13, источника посто нного сигнала 14,

5 третьего умножител  15 и второго элемента чистого запаздывани  16, непрерывно осуществл етс  уточнение подверженного переменному дрейфу значени  коэффициента передачи регулируемого объекта.

0Проверка эффективности работы системы регулировани  с предлагаемым регул тором по сравнению с регул тором-прототипом показала (см. фиг. 2), что предлагаемый регул тор обеспечивает по5 вышение точности функционировани  системы регулировани  по среднемодульному отклонению выхода объекта от задани  в 1,3 раза и выше в зависимости от интенсивности изменени  внешних возмущающих воз0 действий и времени запаздывани  в канале регулировани .

Claims (1)

1. Формула изобретен и   Регул тор, содержащий измеритель рассогласовани , подключенный выходом к информационному входу обратной модели объекта управлени  без запаздывани , соединенной выходом с первым входом сумматора , подключенного вторым входом к выходу блока чистого запаздывани , причем суммирующий и вычитающий входы измерител  рассогласовани   вл ютс  входами задани  и регулируемой величины . регул тора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности регул тора, в нем установлены блок управлени  моделью и экстрапол тор, соединенный входом с выходом сумматора, а выходом - с входом блока чистого запаздывани , вход блока управлени  моделью подключен к выходу измерител  рассогласовани , а выход - к управл ющему входу обратной модели объекта управлени  без запаздывани , причем блок управлени  моделью состоит из двухтактного детектора, источника посто нного сигнала и последовательно соединенных; сигнум-реле, первого элемента чистого запаздывани , первого умножител , масштабирующего элемента, второго умножител , элемента сравнени , третьего умножител  и второго элемента чистого запаздывани , подключенного выходом к второму входу третьего умножител , суммирующий вход элемента сравнени  соединен с выходом источника посто нного сигнала, вторые входы первого и второго умножителей соединены с выходами соответственно сигнум-реле и двухтактного детектора, входы которых соединены друг с другом и  вл ютс  входом блока управлени  моделью, а выход третьего умножител   вл етс  выходом блока управлени  моделью, обратна  модель объекта управлени  без запаздывани  выполнена в виде делител , входы которого Делимое и Делитель  вл ютс  соответственно информационным и управл ющим входами, а выход - выходом обратной модели объекта управлени  без запаздывани , выход экстрапол тора  вл етс  выходим регул тора , а времена запаздывани  блока и элементов чистого запаздывани  равны времени запаздывани  объекта управлени .

   it«it «t it t tit it t

   0It t СГ It jot iJ /(/r t

   a) nvu 8fe(o)« fcM(o)-li 7 o;

   оtt t er J ct tfr

   оtr t et ;t «t «r t

   9to ч Cr it  г /vr t

   5) при Шо) Гсо) риг.2

   V

   V