RU2012034C1

RU2012034C1 - Method for automatic control and system for implementation of said method

Info

Publication number: RU2012034C1
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Бирюков; С.П. Ботуз
Original assignee: Ботуз Сергей Павлович
Priority date: 1988-04-07
Filing date: 1988-04-07
Publication date: 1994-04-30

Abstract

FIELD: technical cybernetics. SUBSTANCE: new operations concerning time sampling are introduced to accomplish the goal of invention. Error of regulation during these operations lies in non-sensitive area of three-state regulation. Duration of pulse input equals to sum of duration of standard signal and correcting signal which duration equals to integral value of change in normalized mismatch signal during previous period of input. Duration of pulse input on controlled object is calculated as integral value of squared normalized mismatch signal during previous period of input. Polarity of each pulse input is based on continuous tracing sign of difference between current mismatch signal and its value at end of previous period. Value of this difference is stored at the end of previous period of pulse input. EFFECT: increased precision of processing step inputs. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технической кибернетике, в частности к технике релейно-импульсного регулирования. The invention relates to technical cybernetics, in particular to a relay-pulse control technique.

Известен способ автоматического регулирования, совмещающий трехпозиционное регулирование в области "больших" рассогласований и импульсное регулирование при "малых" рассогласованиях, основанный на непрерывном сравнении величины сигнала, получаемого на выходе времязадающего фильтра, на вход которого подается значение сигнала ошибки регулирования, с величиной зоны нечувствительности трехпозиционного релейного элемента. При этом характеристики времязадающего фильтра изменяются скачком после истечения заранее установленного промежутка времени с момента включения трехпозиционного релейного элемента в сторону уменьшения входного сигнала времязадающего фильтра. Данный способ позволяет совместить в регулирующих устройствах позиционных систем программного управления основные преимущества Ч-ШИМ 2-го рода при "больших" программно-задающих воздействиях и Ч-ШИМ 1-го рода при "малых" программно-задающих воздействиях. Однако применение данного способа в системах программного управления приводит к низкой точности отработки рассогласований и большому числу настраиваемых параметров. A known method of automatic control, combining three-position control in the field of "large" mismatches and pulse control with "small" mismatches, based on a continuous comparison of the signal received at the output of the timing filter, the input of which is fed the value of the signal of the regulation error, with the value of the dead zone of the three-position relay element. In this case, the characteristics of the timing filter change abruptly after the expiration of a predetermined period of time from the moment the three-position relay element is turned on in the direction of decreasing the input signal of the timing filter. This method allows you to combine in the control devices of positional software control systems the main advantages of the 2nd type PWM with "large" programmed influences and the 1st type PWM with "small" programmed influences. However, the application of this method in software control systems leads to low accuracy of the mismatch and a large number of adjustable parameters.

Наиболее близким к изобретению по техническому существу и достигаемому положительному эффекту является способ автоматического регулирования, совмещающий трехпозиционное непрерывное регулирование и импульсное регулирование в зоне нечувствительности трехпозиционного регулирования, основанный на квантовании зоны нечувствительности трехпозиционного регулирования на заданное число уровней и формировании одиночного импульса длительностью, зависящей от величины ошибки регулирования, при переходе сигналом ошибки квантованного уровня. Одиночный импульс формиpуют при каждом переходе квантованного уровня, а длительность зависит от знака производной ошибки регулирования. The closest to the invention in technical essence and the achieved positive effect is an automatic control method that combines three-position continuous regulation and pulse regulation in the dead zone of three-position regulation, based on quantization of the dead zone of three-position regulation by a given number of levels and the formation of a single pulse with a duration depending on the amount of error control, when a signal passes a quantized level error i. A single pulse is formed at each transition of the quantized level, and the duration depends on the sign of the derivative of the control error.

В данном способе реализуются основные преимущества частотно-широтно-импульсной модуляции 2-го рода при "больших" рассогласованиях и частотно-широтно-импульсной модуляции 1-го рода при "малых" рассогласованиях. В зоне нечувствительности трехпозиционного регулирования длительность пауз (длительность периода) между импульсными управляющими воздействиями является функцией как от величины ошибки регулирования, так и от знака скорости ее изменения. Однако, если скорость изменения ошибки регулиpования равна нулю, то длительность паузы длится бесконечно долго независимо от значения величины рассогласования. Данное состояние в системах программного позиционирования может продолжаться неопределенно долгое время, так как отработка программно-задающих воздействий с использованием настоящего способа автоматического регулирования может привести к потере информации о положении позиционируемого объекта управления и, как следствие, к понижению точности регулирования при отработке программных воздействий. Кроме того, установка длительности импульса на заданном числе уровней изменения ошибки регулирования, используя информацию о знаке изменения ее производной, предполагает знание динамических свойств конкретного объекта регулирования, а также характеристик отрабатываемых программно-задающих воздействий. Таким образом, согласно данному способу автоматического регулирования в системе управления должна быть априорно выбрана длительность импульса для каждого уровня, число которых необходимо также определить. В большинстве практических случаев для систем автоматического регулирования точно выполнить описанные выше условия невозможно. В дополнение к этим недостаткам величина длительности импульса накладывает ограничение на число уровней квантования зоны нечувствительности трехпозицоинного регулирования. Следовательно, для каждой конкретной системы управления, использующей данный способ регулирования, существует ограничение на минимально допустимый шаг квантования по уровню. Поэтому этот шаг должен быть таким, чтобы при заранее известном наиболее быстром изменение ошибки регулирования время прохождения соответствующего шага квантования по уровню было больше длительности импульса, формиpуемого на данном уровне ошибки регулирования, так как в противном случае формируемые импульсы на соседних уровнях могут сливаться (накладываться), что приводит к потере части управляющего воздействия, а именно части, определяемой временем наложения импульсов. Описанный эффект объясняет низкие свойства (динамические свойства) данного способа автоматического регулирования и соответственно низкую динамическую точность регулирования, так как допустимое число уровней квантования всегда ограничено. Следовательно, динамическая и статическая точность систем автоматического регулирования, использующих данный способ, не может быть высокой. Она ограничена минимально допустимым шагом квантования по уровню зоны нечувствительности трехпозиционного регулирования. Кроме отмеченных недостатков, применение данного способа автоматического регулирования (так же, как и аналога) в позиционных системах программного управления отличается сложностью проведения наладочных работ, обусловленной необходимостью детального исследования динамических процессов, происходящих при различных программно-задающих воздействиях, при большом (как правило, не менее трех) числе варьируемых параметров настройки регулирующих устройств, реализующих эти способы. В итоге, описанные выше недостатки приводят к низкой точности отработки задающих воздействий в системах управления, использующих данные способы автоматического регулирования. This method realizes the main advantages of pulse-width-pulse-width modulation of the 2nd kind with "large" mismatches and frequency-pulse-width-pulse-width modulation of the 1st kind with "small" mismatches. In the dead zone of three-position control, the duration of pauses (period duration) between pulse control actions is a function of both the magnitude of the control error and the sign of its rate of change. However, if the rate of change of the control error is zero, then the duration of the pause lasts indefinitely regardless of the value of the mismatch. This state in software positioning systems can continue indefinitely, since the development of program-setting actions using the present method of automatic control can lead to loss of information about the position of the positioned control object and, as a result, to a decrease in the accuracy of regulation when working out program actions. In addition, setting the pulse duration at a given number of levels of change in the control error, using information about the sign of the change in its derivative, requires knowledge of the dynamic properties of a particular control object, as well as the characteristics of the worked out program-setting actions. Thus, according to this method of automatic control in the control system, the pulse duration for each level must be a priori selected, the number of which must also be determined. In most practical cases for automatic control systems it is impossible to precisely fulfill the conditions described above. In addition to these disadvantages, the magnitude of the pulse duration imposes a limit on the number of quantization levels of the deadband of the three-position regulation. Therefore, for each specific control system using this method of regulation, there is a restriction on the minimum allowable quantization step by level. Therefore, this step should be such that, with the most known fastest change in the control error, the passage time of the corresponding quantization step by level is longer than the pulse duration generated at the given control error level, since otherwise the generated pulses at neighboring levels can merge (overlap) , which leads to the loss of part of the control action, namely the part determined by the time of imposition of pulses. The described effect explains the low properties (dynamic properties) of this automatic control method and, accordingly, the low dynamic control accuracy, since the permissible number of quantization levels is always limited. Therefore, the dynamic and static accuracy of automatic control systems using this method cannot be high. It is limited by the minimum allowable quantization step in terms of the deadband of the three-position control. In addition to the noted drawbacks, the use of this automatic control method (as well as the analogue) in positional control systems is difficult to carry out adjustment work, due to the need for a detailed study of dynamic processes occurring under various program-setting influences, with large (usually not less than three) the number of variable settings of regulatory devices that implement these methods. As a result, the disadvantages described above lead to low accuracy in the development of master actions in control systems using these methods of automatic control.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является устройство импульсного регулирования с опережающим элементом, содержащее блок сравнения, вход которого соединен с выходом объекта управления, а выход - с выходом детектора полярности и через блок определения модуля с входами первого и второго релейных элементов, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам формиpователя паузы, формирователь управляющего воздействия, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами формиpователя паузы, пятый выход соединен с выходом второго релейного элемента, второй вход - с выходом детектора полярности, причем выход формирователя управляющего воздействия соединен с входом исполнительного механизма, подключенного к объекту, а третий вход формирователя паузы соединен с выходом блока определения модуля, при этом формиpователь паузы содержит триггер, прямой вход которого соединен с первыми входами формирователя паузы, первого и второго элементов И, с первым выходом формирователя паузы и с управляющим входом первого ключа, информационный вход которого соединен с третьим входом формирователя паузы, а выход через интегратор - с входом нуль-органа, выход которого соединен с четвертым выходом формирователя паузы, в обратную связь интегратора включены параллельно цепи, состоящие из второго ключа, последовательно соединенных третьего ключа и первого резистора и последовательно соединенных четвертого ключа и второго резистора, инверсный вход триггера через первый формирователь импульсов подключен к второму входу формирователя паузы, а выход - к его третьему выходу и к управляющему входу второго ключа, второй выход формирователя паузы соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно третьего и четвертого ключей, формиpователь управляющего воздействия содержит элемент ИЛИ, выход которого соединен с выходом формирователя управляющего воздействия, а входы - с выходами соответственно третьего, четвертого, пятого элементов И и второго формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом шестого элемента И, первый вход формирователя управляющего воздействия соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, второй вход - с вторыми входами третьего, четвертого и с первыми входами пятого и шестого элементов И, третий вход - с третьим входом третьего и с вторым входом пятого элементов И, четвертый вход - с четвертым входом третьего и с третьим входом пятого элементов И, пятый вход - с вторым входом шестого элемента И. The closest technical solution to the claimed device is a pulse control device with a leading element containing a comparison unit, the input of which is connected to the output of the control object, and the output is connected to the output of the polarity detector and through the module definition block with the inputs of the first and second relay elements, the outputs of which are connected respectively, to the first and second inputs of the pause driver, driver control action, the first, second, third and fourth inputs of which are connected respectively with the first, second, third and fourth outputs of the pause driver, the fifth output is connected to the output of the second relay element, the second input is connected to the output of the polarity detector, the output of the driver of the control action is connected to the input of the actuator connected to the object, and the third input of the pause driver is connected with the output of the module definition block, while the pause driver contains a trigger, the direct input of which is connected to the first inputs of the pause driver, the first and second AND elements, with the first output of the pause driver and with the control input of the first key, the information input of which is connected to the third input of the pause driver, and the output through the integrator is with the input of the zero-organ, the output of which is connected to the fourth output of the pause driver, the circuits consisting of the second the key, connected in series with the third key and the first resistor and connected in series with the fourth key and the second resistor, the inverse trigger input through the first pulse former is connected to the second at the input of the pause driver, and the output to its third output and to the control input of the second key, the second output of the pause driver is connected to the second inputs of the first and second elements AND, the outputs of which are connected to the control inputs of the third and fourth keys, respectively, the control action driver contains an element OR, the output of which is connected to the output of the driver of the control action, and the inputs are with the outputs of the third, fourth, fifth elements of And and the second driver, respectively, the input of which о is connected to the output of the sixth element And, the first input of the driver of the control action is connected to the first inputs of the third and fourth elements And, the second input - with the second inputs of the third, fourth and the first inputs of the fifth and sixth elements And, the third input - with the third input of the third and with the second input of the fifth element And, the fourth input - with the fourth input of the third and with the third input of the fifth element And, the fifth entrance - with the second input of the sixth element I.

Однако это устройство также имеет низкую точность программного перемещения объекта управления, так как длительность управляющих воздействий фиксирована и функционально не связана с ошибкой регулирования. However, this device also has low accuracy of programmed movement of the control object, since the duration of the control actions is fixed and is not functionally related to the control error.

Целью изобретения является повышение статической и динамической точности позиционирования исполнительных механизмов систем автоматического регулирования при отработке ступенчатых программно-задающих воздействий. The aim of the invention is to increase the static and dynamic accuracy of positioning actuators of automatic control systems when practicing step-by-step program-setting actions.

Цель достигается тем, что по способу автоматического регулирования при формировании импульсной последовательности из амплитуды сигнала рассогласования в зоне нечувствительности регулятора измеряют амплитуду сигнала рассогласования в интервалы времени, сформированные прямо пропорционально интегральному значению ее предшествующей нормированной амплитуды, при этом длительность импульса от начала каждого из полученных интервалов формируется как интегральное значение квадрата предшествующей величины нормированной амплитуды сигнала рассогласования, а полярность - как знак разности между текущим значением амплитуды рассогласования. The goal is achieved by the fact that according to the automatic control method, when generating a pulse sequence from the amplitude of the error signal in the deadband of the controller, the amplitude of the error signal is measured at time intervals formed directly proportional to the integral value of its previous normalized amplitude, while the pulse duration from the beginning of each of the received intervals is formed as the integral value of the square of the previous value of the normalized amplitude of the signal mismatch, and polarity - as a sign of the difference between the current value of the amplitude of the mismatch.

Цель достигается тем, что в системе, содержащей блок сравнения, вход которого соединен с выходом объекта, а выход - с входом детектора полярности и через блок определения модуля с входами первого и второго релейных элементов, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам формирователя паузы, который содержит первый элемент И, триггер, первый формирователь импульсов, управляемый ключ, причем первый и второй выходы формирователя паузы соединены соответственно с третьим и четвертым входами формирователя управляющих воздействий, который содержит второй, третий, четвертый и пятый элементы И, первый элемент ИЛИ и второй формирователь импульсов, первый и второй входы формирователя управляющих воздействий соединены соответственно с выходом детектора полярности и с выходом первого релейного элемента, а выход формирователя управляющих воздействий соединен с входом исполнительного механизма, подключенного к объекту, третий вход формирователя паузы соединен с выходом блока определения модуля, с целью повышения точности регулирования в формирователь паузы введены три блока выборки-хранения, три сумматора и источник стабильного напряжения, а в формирователь управляющих воздействий введены второй элемент ИЛИ, третий и четвертый релейные элементы, при этом вывод четвертого релейного элемента соединен с выходом формирователя управляющих воздействий, а первый и второй входы четвертого релейного элемента соединены соответственно с первым и вторым элементами ИЛИ, первые и вторые входы которых соединены соответственно с выходами второго, третьего, четвертого и пятого элементов И, первый вход второго элемента И соединен с инвертирующим входом третьего элемента И, а второй вход - с вторым входом третьего элемента И, входы второго элемента И соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя управляющих воздействий, третий вход которого через второй формирователь импульсов соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И, инверсный вход четвертого элемента И соединен с вторым входом пятого элемента И, который через третий релейный элемент соединен с четвертым входом формирователя управляющих воздействий, первый выход формирователя паузы соединен через управляемый ключ с выходом второго сумматора, первый вход которого соединен с соответствующим входом первого сумматора и с выходом источника стабильных напряжений, вторые входы первого, второго и третьего сумматоров соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего блоков выборки-хранения, управляющие входы которых соединены с выходами триггера, счетный вход которого соединен с третьим входом первого элемента И и выходом первого формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом первого сумматора, управляющий вход ключа соединен с выходом первого элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя паузы, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с входами первого, второго и третьего блоков выборки-хранения, четвертый вход формирователя паузы соединен через блок возведения в квадрат с выходом блока сравнения, а пятый вход - непосредственно с выходом блока сравнения и с инвертирующим входом третьего сумматора. The goal is achieved in that in a system containing a comparison unit, the input of which is connected to the output of the object, and the output is connected to the input of the polarity detector and through the module definition block with the inputs of the first and second relay elements, the outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the pause generator , which contains the first element And, the trigger, the first pulse shaper, a controlled key, and the first and second outputs of the pause shaper are connected respectively to the third and fourth inputs of the shaper control action, which contains the second, third, fourth and fifth AND elements, the first OR element and the second pulse shaper, the first and second inputs of the driver of the control actions are connected respectively to the output of the polarity detector and to the output of the first relay element, and the output of the driver of the control actions is connected to the input actuator connected to the object, the third input of the pause driver is connected to the output of the module definition unit, in order to increase the accuracy of regulation in the pause driver Three sampling and storage units, three adders and a source of stable voltage were introduced, and the second OR element, the third and fourth relay elements were introduced into the control shaper, while the output of the fourth relay element is connected to the output of the control shaper, and the first and second inputs of the fourth the relay element is connected respectively to the first and second elements OR, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the second, third, fourth and fifth elements AND, the first input the second element And is connected to the inverting input of the third element And, and the second input is to the second input of the third element And, the inputs of the second element And are connected respectively to the first and second inputs of the driver control actions, the third input of which is connected through the second pulse generator to the first inputs of the fourth and of the fifth element And, the inverse input of the fourth element And is connected to the second input of the fifth element And, which through the third relay element is connected to the fourth input of the driver Vii, the first output of the pause driver is connected via a controlled key to the output of the second adder, the first input of which is connected to the corresponding input of the first adder and to the output of the stable voltage source, the second inputs of the first, second and third adders are connected respectively to the outputs of the first, second and third sampling units -stores, the control inputs of which are connected to the outputs of the trigger, the counting input of which is connected to the third input of the first element AND and the output of the first pulse shaper, the input of which connected to the output of the first adder, the control input of the key is connected to the output of the first element And, the first and second inputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the pause former, the third, fourth and fifth inputs of which are connected respectively to the inputs of the first, second and third sampling units - storage, the fourth input of the pause former is connected through the squaring unit to the output of the comparison unit, and the fifth input is directly connected to the output of the comparison unit and with the inverting input of the third adder.

Новым в предлагаемом способе является следующее. New in the proposed method is the following.

Измеряют амплитуду сигнала рассогласования в интервалы времени, сформированные прямо пропорционально интегральному значению ее предшествующей нормированной амплитуды. Устанавливают длительность импульса управляющего воздействия от начала каждого из полученных временных интервалов как интегральное значение квадрата предшествующей величины нормированной амплитуды сигнала рассогласования. Определяют полярность управляющих воздействий путем непрерывного контроля изменения знака разности между текущим значением амплитуды рассогласования в данном периоде и ее значением в предшествующем периоде. Число квантованных уровней в зоне нечувствительности регулятора не задается, а определяется в процессе регулирования согласно предлагаемому способу. Квантованию подвергается не величина зоны нечувствительности регулятора, а время, в течение которого ошибки находится в зоне нечувствительности. The amplitude of the error signal is measured at time intervals formed in direct proportion to the integral value of its previous normalized amplitude. The pulse duration of the control action from the beginning of each of the obtained time intervals is set as the integral value of the square of the previous value of the normalized amplitude of the error signal. The polarity of the control actions is determined by continuously monitoring the change in the sign of the difference between the current value of the mismatch amplitude in a given period and its value in the previous period. The number of quantized levels in the deadband of the regulator is not set, but is determined in the control process according to the proposed method. Quantization is subjected not to the size of the dead band of the regulator, but to the time during which the error is in the dead band.

Данных признаков в других технических решениях не обнаружено, поэтому предложенный способ соответствует критерию "существенные отличия". These signs in other technical solutions were not found, therefore, the proposed method meets the criterion of "significant differences".

Новым в предлагаемой системе для осуществления предложенного способа является следующее. New in the proposed system for implementing the proposed method is the following.

Введены в формирователь паузы три синхронных детектора, три сумматора и источник стабильного напряжения, а в формирователь управляющих воздействий второй элемент ИЛИ, третий и четвертый релейные элементы, при этом выход четвертого релейного элемента соединен с выходом формирователя управляющих воздействий, а первый и второй входы четвертого релейного элемента соединены соответственно с первым и вторым элементами ИЛИ, первые и вторые входы которых соединены, соответственно с выходами второго, третьего, четвертого и пятого элементов И, первый вход второго элемента И соединен с инвертирующим входом третьего элемента И, а второй вход - с вторым входом третьего элемента И, входы второго элемента И соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя управляющих воздействий, третий вход которого через второй формирователь импульсов соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И, инверсный вход четвертого элемента И соединен с вторым входом пятого элемента И, который через третий релейный элемент соединен с четвертым входом формирователя управляющих воздействий, первый выход формирователя паузы соединен через управляемый ключ с выходом второго сумматора, первый вход которого соединен с соответствующим входом первого сумматора и с выходом источника стабильных напряжений, вторые входы первого, второго и третьего сумматоров соединены, соответственно с выходами первого, второго и третьего синхронных детекторов, управляющие входы которых соединены с выходами триггера, счетный вход которого соединен с третьим входом первого элемента И и выходом первого формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом первого сумматора, управляющий вход ключа соединен с выходом первого элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя паузы, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с входами первого, второго и третьего синхронных детекторов, четвертый вход формирователя паузы соединен через блок возведения в квадрат с выходом блока сравнения, а пятый вход - непосредственно с выходом блока сравнения с инвертирующим входом третьего сумматора. Three synchronous detectors, three adders and a source of stable voltage were introduced into the pause driver, and the second OR element, the third and fourth relay elements, and the output of the fourth relay element are connected to the output of the control driver, and the first and second inputs of the fourth relay elements are connected respectively to the first and second elements OR, the first and second inputs of which are connected, respectively, with the outputs of the second, third, fourth and fifth elements AND, the first input of the second element And is connected to the inverting input of the third element And, and the second input is to the second input of the third element And, the inputs of the second element And are connected respectively to the first and second inputs of the driver of the control actions, the third input of which is connected through the second pulse generator to the first inputs of the fourth and fifth elements AND, the inverse input of the fourth element And is connected to the second input of the fifth element And, which through the third relay element is connected to the fourth input of the driver their effects, the first output of the pause driver is connected via a controlled key to the output of the second adder, the first input of which is connected to the corresponding input of the first adder and to the output of the stable voltage source, the second inputs of the first, second and third adders are connected, respectively, to the outputs of the first, second and third synchronous detectors, the control inputs of which are connected to the outputs of the trigger, the counting input of which is connected to the third input of the first element And and the output of the first pulse shaper, input which is connected to the output of the first adder, the control input of the key is connected to the output of the first element And, the first and second inputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the pause former, the third, fourth and fifth inputs of which are connected respectively to the inputs of the first, second and third synchronous detectors , the fourth input of the pause former is connected through the squaring unit to the output of the comparison unit, and the fifth input is directly connected to the output of the comparison unit with the inverting input of the third adder and.

Данных признаков в других технических решениях не обнаружено, поэтому предложенное устройство соответствует критерию "существенные отличия". These signs in other technical solutions were not found, therefore, the proposed device meets the criterion of "significant differences".

На чертеже приведена блок-схема системы. The drawing shows a block diagram of a system.

Система содержит блок 1 сравнения, блок 2 определения модуля, детектор 3 полярности, релейные элементы 4, 5, 22 и 23, блок 6 возведения в квадрат, объект 7, элементы И 8, 19, 20, 26 и 27, триггер 9, блоки выборки-хранения 10, 11 и 12, формирователи импульсов 13 и 21 импульсов, источник 14 эталонных напряжений, сумматоры 15, 16 и 17, ключ 18, элементы 4 ИЛИ 24 и 25, исполнительный механизм 28. The system contains a comparison unit 1, a module determination unit 2, a polarity detector 3, relay elements 4, 5, 22 and 23, a squaring unit 6, an object 7, AND elements 8, 19, 20, 26 and 27, a trigger 9, blocks sample-storage 10, 11 and 12, pulse shapers 13 and 21 pulses, source 14 of the reference voltage, adders 15, 16 and 17, key 18, elements 4 OR 24 and 25, actuator 28.

Система работает следующим образом. The system operates as follows.

В установившемся режиме при отсутствии возмущений (сигнал рассогласования, поступающий с блока 2 определения модуля, не превышает зоны нечувствительности релейного элемента 4) определяющим является воздействие цепочки, состоящей из релейного элемента 5, элемента И 8, ключа 18, формирователя 21 импульсов, причем длительность периода регулирования устанавливается прямо пропорционально интегральному значению нормированной амплитуды сигнала рассогласования, сформированного на предшествующем периоде регулирования. In the steady state, in the absence of disturbances (the mismatch signal coming from the module definition block 2 does not exceed the deadband of the relay element 4), the influence of the chain consisting of the relay element 5, the And 8 element, the key 18, the pulse shaper 21 is decisive, and the period duration regulation is set in direct proportion to the integral value of the normalized amplitude of the error signal generated on the previous regulation period.

Длительность периода регулирования определяется на основе интегральной оценки от изменения абсолютного значения ошибки регулирования за предшествующий интервал (период) управления. Так, с блока 10 выборки-хранения поступает напряжение
U_i=

, где e(t) - текущее значение нормированного сигнала ошибки регулирования, например, | e(t)| = | ε(t)| /Δ; ε (t) - текущее значение сигнала ошибки регулирования, поступающее с блока 1 сравнения; Δ - нормирующий делитель (коэффициент усиления 1/ Δ) блока 2 определения модуля, который можно установить равным, например, -Δ _н/2, Δ _н - величина зоны нечувствительности релейного элемента 4, задающего зону нечувствительности трехпозиционного регулирования; на один из входов сумматора 15, на второй вход которого подается постоянное напряжение (Е) от источника 14 эталонных напряжений. В результате на вход первого формирователя 13 импульсов подается постоянное напряжение вида
U_фi = U_i + Е.The duration of the regulation period is determined on the basis of an integral estimate of the change in the absolute value of the regulation error for the previous control interval (period). So, voltage is supplied from the sample-storage unit 10
U _i =

where e (t) is the current value of the normalized signal of the regulation error, for example, | e (t) | = | ε (t) | / Δ; ε (t) is the current value of the regulation error signal coming from the comparison unit 1; Δ is the normalizing divider (gain 1 / Δ) of the module definition block 2, which can be set equal to, for example, -Δ _n / 2, Δ _n is the deadband of the relay element 4, which sets the deadband of the three-position regulation; one of the inputs of the adder 15, the second input of which is supplied with a constant voltage (E) from the source 14 of the reference voltage. As a result, a constant voltage of the form is applied to the input of the first pulse shaper 13
U _phi = U _i + E.

Постоянная составляющая Е может быть выбрана, например, из интервала значений с нижней границей, определяемой инерционностью исполнительного механизма 28 (с целью компенсации его инерционности), и верхней границей, определяемой, например, как 1/(K_F F_макс), где F_макс - максимальная частота изменения сигнала рассогласования; К_F - постоянный коэффициент, который согласно теореме отсчетов во временном представлении непрерывных сигналов в дискретной форме можно установить равным двум. В этой связи верхняя граница значений данного интервала может быть выбрана из необходимого условия адэкватности представления непрерывного сигнала своими дискретными значениями. Это позволяет обеспечить изменение и отработку сигнала рассогласования с наименьшей потерей информации.The constant component E can be selected, for example, from the range of values with a lower limit determined by the inertia of the actuator 28 (in order to compensate for its inertia) and an upper limit defined, for example, as 1 / (K _F F _max ), where F _max - maximum frequency of change of the error signal; K _F is a constant coefficient, which according to the sampling theorem in the temporal representation of continuous signals in discrete form can be set equal to two. In this regard, the upper limit of the values of this interval can be selected from the necessary condition for the adequacy of the representation of a continuous signal with its discrete values. This allows you to provide a change and development of the error signal with the least loss of information.

Далее в соответствии с U_фi на выходе формирователя 13 импульсов сформирован импульс длительностью
T_i = K_фi U_фi, где К_фi - коэффициент передачи формирователя 13 импульсов.Further, in accordance with U _phi, an output of a pulse duration is _generated at the output of the pulse shaper 13
T _i = K _phi U _phi , where K _phi is the transfer coefficient of the shaper 13 pulses.

Во время действия данного периода T_i в блоке 10 формируется
U_i+1=

.During the action of this period T _i in block 10 is formed
U _{i + 1} =

.

В конце периода Т_i формирователь 13 импульсов устанавливает триггер 9 в следующее (например, нулевое) устойчивое состояние. Описанная выше последовательность операций непрерывно повторяется в функциональной зависимости от изменения сигнала ошибки регулирования ε (t). При этом на каждом из периодов T_i, i =

на вход логического элемента И 8 от формирователя 13 импульсов подается разрешающий сигнал на включение ключа 18, коммутирующего входную цепь формирователя 21 импульсов. В моменты окончания каждого периода T_i и начала следующего T_i+1, составляющие незначительный по продолжительности промежуток времени, формируется сигнал, достаточный для отключения электронного ключа 18. Этим обеспечивается требуемая степень синхронизации между началом момента формирования периода управляющих воздействий в формирователе 13 импульсов и длительности импульса в формирователе 21 для всех T_i, t = 1, 2, . . . , n. При этом процесс формирования напряжений на входе второго формирователя 21 импульсов реализован по схеме, аналогичной вышеописанной на входе формирователя 13 импульсов, с тем лишь отличием, что формирование длительности управляющих воздействий осуществляется в соответствии со значением оценки интегрального изменения квадрата нормированного сигнала рассогласования и во все периоды T_i, для которых, например, /e(t)/∈[Δ_тр, Δ_н/2] , где Δ _тр - зона нечувствительности релейного элемента 5, устанавливаемая согласно требуемой точности отработки программно-задающих воздействий. Контроль за выполнением этих условий реализован с помощью элемента И 8, управляющего состоянием электронного ключа 18 в соответствии с сигналами, поступающими от формирователя 13 импульсов и релейных элементов 4 и 5, контролирующих значения Δ _н/2 и Δ _тр соответственно. Следовательно, формирование каждого периода T_i (или каждого временного интервала дискретизации зоны нечувствительности трехпозиционного регулирования Δ _н) осуществляется на основе последовательности операций (K_фiЕ), априорных по отношению к динамике изменения сигнала рассогласования ε (t), и корректируется значениями интегральных оценок нормированной ошибки регулирования, полученными на предшествующем периоде дискретизации. При этом для всех ∈(t)∈[-Δ, Δ] и t>0 всегда выполняется неравенство вида T_i> τ _i, за исключением только тех моментов времени, для которых ε(t) = 0 или | ε(t) | = Δ. В эти моменты времени выполняется T_i = τ _i. Таким образом, предлагаемый способ регулирования и устройство для его реализации исключают ситуацию, вызывающие наложение формируемых управляющих воздействий. Следовательно, исключаются ситуации, приводящие в известных способах релейно-импульсного управления к перерегулированию. Кроме того, согласно предлагаемому способу автоматического регулирования формирование полярности управляющих воздействий осуществляется непрерывно в течение каждого T_i, например как знак разности между текущим значением ε (t) амплитуды рассогласования в данном периоде и ее значением ε (T_i-1) в конце предшествующего периода T_i-1. Так, в предлагаемой реализации ε (T_i-1) получают на выходе блока 12 выборки-хранения и подают на первый вход сумматора 17, на второй инверсный вход которого поступает ε (t) - текущее значение амплитуды сигнала рассогласования. На выходе сумматора 17 получают сигнал V(t) = = ε (t) - ε (T_i-1), который подается на вход релейного элемента 22. Следовательно, в течение всех T_i, соответственно и τ_i непрерывно отслеживается изменение переменной V(t), что соответствует непрерывному слежению за изменением знака скорость изменения ошибки регулирования. Кроме того, представляется возможность путем выбора величины (ζ) зоны гистерезиса релейного элемента 22 (например,

0,

) обеспечить запоминание знака V(t) в моменты окончания предшествующего интервала дискретизации. А это в моменты времени, когда

= 0 , полностью исключает потерю информации о величине рассогласования, что способствует повышению точности регулирования как в динамическом, так и в статическом режимах отработки программно-задающих воздействий. Следовательно, по сравнению с прототипом эффект повышения точности отработки программно-задающих воздействий достигается в основном благодаря тому, что число квантованных уровней в зоне нечувствительности трехпозиционного регулирования определяется в процессе регулирования на основе дискретизации времени, в течение которого ошибка регулирования находится в зоне нечувствительности, на интервалы в соответствии со значением интегральной ошибки регулирования за предшествующий интервал (период) регулирования. При этом число интервалов дискретизации ограничено только инерционностью применяемой элементной базы. Причем на каждом из данных интервалов формируют импульсные воздействия, длительность каждого из которых определяется значением интегральной ошибки регулирования, а полярность - на основе непрерывного слежения за знаком скорости изменения ошибки регулирования с учетом знака этой разницы на предшествующем интервале дискретизации. Кроме того, реализация регулирующих устройств возможна на основе использования минимального числа варьируемых параметров, например на основе выбора нормирующего делителя в качестве единственного или основного параметра настройки. Можно совместить установку значений коэффициента передачи нормирующего делителя с установкой величины зоны нечувствительности трехпозиционного регулирования. В результате такого совмещения все остальные параметры регулирующего устройства связаны с установкой одного параметра - коэффициента передачи нормирующего делителя. При этом степень зависимости изменения каждого из параметров можно раздельно установить как перед включением в работу регулирующего устройства, так и непосредственно во время отработки программно-задающих воздействий.At the end of the period T _i , the pulse shaper 13 sets the trigger 9 to the next (for example, zero) steady state. The above described sequence of operations is continuously repeated depending on the change in the signal of the regulation error ε (t). Moreover, on each of the periods T _i , i =

the input of the logical element And 8 from the shaper 13 of the pulses is given an enable signal to turn on the key 18, switching the input circuit of the shaper 21 of the pulses. At the moments of the end of each period T _i and the beginning of the next T _{i + 1} , which is an insignificant period of time, a signal is generated that is sufficient to disable the electronic key 18. This ensures the required degree of synchronization between the beginning of the formation of the period of control actions in the shaper 13 pulses and duration pulse in the shaper 21 for all T _i , t = 1, 2,. . . , n. In this case, the process of generating voltages at the input of the second pulse shaper 21 is implemented according to a scheme similar to that described above at the input of the shaper 13 pulses, with the only difference being that the duration of the control actions is formed in accordance with the value of the estimate of the integral change in the square of the normalized error signal and in all periods T _i, for which, for example, / e (t) / ∈ [Δ _Tp, Δ _n / 2], where Δ _Tp - deadband relay member 5 is installed according to the desired accuracy mining n ogrammno-defining effects. Monitoring the fulfillment of these conditions is implemented using the And 8 element, which controls the state of the electronic key 18 in accordance with the signals received from the pulse shaper 13 and relay elements 4 and 5, which control the values of Δ _n / 2 and Δ _tr, respectively. Therefore, the formation of each period T _i (or each time interval of sampling the deadband of the three-position regulation Δ _n ) is carried out on the basis of the sequence of operations (K _fi E), a priori with respect to the dynamics of the change in the error signal ε (t), and is adjusted by the values of the integral estimates of the normalized control errors obtained in the previous sampling period. Moreover, for all ∈ (t) ∈ [-Δ, Δ] and t> 0, an inequality of the form T _i > τ _i always holds, except for those times for which ε (t) = 0 or | ε (t) | = Δ. At these times, T _i = τ _i . Thus, the proposed method of regulation and device for its implementation exclude the situation, causing the imposition of formed control actions. Consequently, situations leading to over-regulation in known pulse-relay control methods are eliminated. In addition, according to the proposed method of automatic control, the formation of the polarity of the control actions is carried out continuously for each T _i , for example, as a sign of the difference between the current value ε (t) of the mismatch amplitude in this period and its value ε (T _i-1 ) at the end of the previous period T _i-1 . So, in the proposed implementation, ε (T _i-1 ) is obtained at the output of the sample-storage block 12 and fed to the first input of the adder 17, to the second inverse input of which ε (t) is received - the current value of the amplitude of the error signal. The output of the adder 17 receives the signal V (t) = ε (t) - ε (T _i-1 ), which is fed to the input of the relay element 22. Therefore, for all T _i , respectively, τ _i , the change in the variable V is continuously monitored (t), which corresponds to continuous tracking of the sign change, the rate of change of the regulation error. In addition, it is possible by selecting the value (ζ) of the hysteresis zone of the relay element 22 (for example,

0

) ensure the memorization of the sign of V (t) at the moments of the end of the previous sampling interval. And this is at times when

= 0, completely eliminates the loss of information about the size of the mismatch, which helps to increase the accuracy of regulation in both dynamic and static modes of working out program-setting influences. Therefore, in comparison with the prototype, the effect of improving the accuracy of working out program-setting influences is achieved mainly due to the fact that the number of quantized levels in the deadband of the three-position control is determined during the control process based on the discretization of the time during which the control error is in the deadband, at intervals in accordance with the value of the integral error of regulation for the previous interval (period) of regulation. The number of sampling intervals is limited only by the inertia of the applied element base. Moreover, pulse effects are formed at each of these intervals, the duration of each of which is determined by the value of the integral control error, and the polarity is based on continuous monitoring of the sign of the rate of change of the control error, taking into account the sign of this difference in the previous sampling interval. In addition, the implementation of control devices is possible based on the use of a minimum number of variable parameters, for example, based on the choice of a normalizing divider as the only or main setting parameter. You can combine the setting of the transmission coefficient of the normalizing divider with the setting of the deadband of the three-position control. As a result of such a combination, all other parameters of the control device are associated with the installation of one parameter - the transfer coefficient of the normalizing divider. In this case, the degree of dependence of changes in each of the parameters can be separately established both before switching on the control device, and directly during the development of program-setting actions.

Применение предлагаемых способа автоматического регулирования и системы позволит повысить точность отработки программно-задающих воздействий при одновременном сокращении трудоемкости настройки систем регулирования на конкретный технологический процесс вследствие того, что основные параметры формируемых импульсных воздействий в зоне нечувствительности трехпозиционного регулирования определяются и корректируются в процессе регулирования в соответствии со значениями основных интегральных оценок, определяющих качество отработки программно-задающих воздействий. The application of the proposed automatic control method and system will improve the accuracy of working out program-setting influences while reducing the complexity of adjusting control systems to a specific technological process due to the fact that the main parameters of the generated pulsed actions in the dead zone of three-position control are determined and adjusted in the process of regulation in accordance with the values basic integral estimates that determine the quality of waste and program-defining effects.

Claims

1. The method of automatic control, which consists in forming a control signal of constant amplitude on the object when the value of the mismatch signal is greater than the dead zone of the three-position continuous control and the pulse sequence from the amplitude of the error signal when its value is less than the value of the dead zone of the three-position control, characterized in that the duration of the period of the pulse exposure on the control object is formed equal to the sum of the durations of the reference s drove the value of which is not less than the magnitude of inertia of the actuator control object and not more than 1 _{_{/ (K f * F max)}} , where K _f - a constant coefficient, F _max - maximum frequency error signal changes, and the correction signal, the magnitude of which is equal to the integral value changes in the normalized mismatch signal in the previous period, while the duration of the pulse action on the control object is formed as the integral value of the square of the normalized mismatch signal in the previous m period of the pulse action on the control object, and the polarity of each pulse action is formed on the basis of continuous monitoring of the sign of the difference between the current error signal and its value at the end of the previous period and remembering the sign of this difference at the end of the previous period of the pulse effect on the control object.

2. An automatic control system containing a comparison unit, the first input of which is the input of the system, the second input is connected to the output of the object connected by the input to the output of the actuator, and the output is connected to the input of the polarity detector and, through the module definition unit, to the inputs of the first and second relay elements, as well as the pause driver, which contains the first AND element, the output of which is connected to the control input of the key, as well as the first pulse shaper and the trigger, the shaper, connected in series control actions, which contains the second, third, fourth and fifth AND elements, the output of the second of which is connected to the first input of the first OR element, and the second pulse shaper, the input of which is connected to the key output, and the first and second inputs of the second and third elements AND are connected respectively, with the outputs of the polarity detector and the first relay element connected by the output to the first input of the first element And, characterized in that, in order to improve the accuracy of regulation of the system, three blocks are introduced into the pause driver and storage samples, three adders, a reference voltage source, and a second OR element, a third and fourth relay elements, the output of the last of which is connected to the input of the actuator, and the first and second inputs to the outputs of the first and second elements, are introduced into the driver of the control actions OR, the second inputs of which are connected respectively to the outputs of the fourth and fifth elements AND, the first inputs of which are connected to the output of the second pulse shaper, the second inputs - with the output of the third relay element, the first the input of the second OR element is connected to the output of the third AND element, and the first and second outputs of the trigger are connected respectively to the first and second control inputs of the sample-storage units, the outputs of which are connected to the first inputs of the corresponding adders, the second inputs of the first and second of which are connected to the source output reference voltage, the second input of the third adder is connected to the output of the comparison unit connected to the information input of the third sampling-storage unit, information inputs of the first and second block the storage samples are connected respectively to the outputs of the module definition unit and the quadrator, the input of which is connected to the output of the comparison unit, the output of the first adder is connected to the input of the first pulse shaper connected by the output to the third input of the first element And, the second input of which is connected to the output of the first relay element, and the outputs of the second and third adders are connected respectively to the information input of the key and the input of the third relay element.