RU2066471C1

RU2066471C1 - Adaptive balance for controlled excitation

Info

Publication number: RU2066471C1
Authority: RU
Inventors: В.П. Авдеев; С.М. Кулаков; Л.И. Криволапова
Original assignee: Сибирская государственная горно-металлургическая академия
Priority date: 1990-08-13
Filing date: 1990-08-13
Publication date: 1996-09-10

Abstract

FIELD: self- organizing control devices. SUBSTANCE: device has unit for calculation of equivalent excitation, scaling elements, adders, low- pass filters, extrapolation unit, which contains real forcing circuits. In addition device has scaling units, comparison gates, models of regulation channel without delay, two regulators, adapting unit, switching unit for control channels. EFFECT: increased reliability, decreased losses on control. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области самонастраивающихся систем управления и может быть использовано в системах управления техническими объектами в контурах компенсации контролируемых возмущений. The invention relates to the field of self-adjusting control systems and can be used in control systems of technical objects in the compensation loops of controlled disturbances.

Известен прогнозирующий регулятор (1) для компенсации контролируемых возмущений, содержащий последовательно включенные первый блок сравнения, первый фильтр низкой частоты, обратную модель объекта без запаздывания, второй блок сравнения, третий блок сравнения, второй фильтр низкой частоты, первый экстраполятор, первый сумматор, исполнительный блок, третий фильтр низкой частоты и первый блок задержки, выход которого подключен ко второму входу второго блока сравнения, последовательно соединенные четвертый фильтр низкой частоты, первый масштабирующий блок, второй блок задержки, подключенный своим выходом к второму входу третьего блока сравнения, последовательно соединенные вторые экстраполяторы, четвертые блоки сравнения, вторые масштабирующие блоки, выходы которых подключены к входам второго сумматора, входы вторых экстраполяторов соединены с выходом второго фильтра низкой частоты, а выход второго сумматора соединен с одним из входов первого сумматора, последовательно соединенные пятый блок сравнения, инерционное звено первого порядка, третий масштабирующий блок выхода которого соединен с одним из входов второго блока суммирования, шестой блок сравнения, подключенный своими входами к выходу третьего фильтра низкой частоты и выходу первого масштабирующего блока, который соединен также с одним из входов первого сумматора, третьи блоки задержки, входы которых соединены с выходом шестого блока сравнения, выход последнего из третьих блоков задержки подключен к входу пятого блока сравнения, выходы остальных к входам четвертых блоков сравнения, за исключением первого из них, вход которого соединен с выходом пятого блока сравнения, второй вход пятого блока сравнения соединен с выходом третьего блока сравнения, последовательно включенные четвертые блоки задержки, седьмые блоки сравнения и первые блоки адаптации, выход первого из которых соединен с дополнительным входом первого экстраполятора, выходы остальных с дополнительными выходами вторых экстраполяторов, вторые входы седьмых блоков сравнения соединены с выходом второго фильтра низкой частоты, вход первого из четвертых блоков задержки с выходом первого экстраполятора, входы остальных четвертых блоков задержки с выходами вторых экстраполяторов, выход первого блока задержки соединен также через восьмой блок сравнения и второй блок адаптации с дополнительным входом первого масштабирующего блока, второй вход восьмого блока сравнения подключен к выходу втоpого блока сравнения. Known predictive controller (1) for compensating for controlled disturbances, comprising a series-connected first comparison unit, a first low-pass filter, an inverse model of the object without delay, a second comparison unit, a third comparison unit, a second low-pass filter, a first extrapolator, a first adder, an executive unit , the third low-pass filter and the first delay unit, the output of which is connected to the second input of the second comparison unit, the fourth low-pass filter connected in series, the first m a scaling unit, a second delay unit connected by its output to the second input of the third comparison unit, second extrapolators connected in series, fourth comparison units, second scaling units whose outputs are connected to the inputs of the second adder, the inputs of the second extrapolators are connected to the output of the second low-pass filter, and the output of the second adder is connected to one of the inputs of the first adder, the fifth comparison unit, the inertial link of the first order, the third scaling unit in the output of which is connected to one of the inputs of the second summing unit, the sixth comparison unit, connected by its inputs to the output of the third low-pass filter and the output of the first scaling unit, which is also connected to one of the inputs of the first adder, third delay units, the inputs of which are connected to the output of the sixth comparison unit, the output of the last of the third delay units is connected to the input of the fifth comparison unit, the rest of the outputs to the inputs of the fourth comparison units, with the exception of the first one, the input of which is connected to during the fifth comparison block, the second input of the fifth comparison block is connected to the output of the third comparison block, the fourth delay blocks, the seventh comparison blocks and the first adaptation blocks are connected in series, the output of the first of which is connected to the additional input of the first extrapolator, the rest outputs with additional outputs of the second extrapolators, the second inputs of the seventh comparison blocks are connected to the output of the second low-pass filter, the input of the first of the fourth delay blocks with the output of the first extrapolator, the inputs of cial fourth delay units to the outputs of the second extrapolator, a first unit delay output is also connected through eighth comparison unit and a second adaptation unit with the additional input of the first scaling unit, the second input of the eighth comparison unit connected to the output of comparator unit vto.poy.

Недостатком известного прогнозирующего регулятора является невысокая точность компенсации контролируемых возмущений в условиях нестационарности возмущений и наличия импульсных помех. A disadvantage of the known predictive controller is the low accuracy of the compensation of controlled disturbances under conditions of non-stationary disturbances and the presence of pulsed interference.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является адаптивный прогнозирующий регулятор для компенсации контролируемых возмущений (2), содержащий последовательно соединенные фильтр низкой частоты, обратную модель объекта без запаздывания и первый блок сравнения, последовательно соединенные экстраполятор, блок задержки, второй блок сравнения и блок адаптации, выход которого соединен с первым входом экстраполятора, вторым входом подключенного ко второму входу второго блока сравнения, первые масштабирующие блоки, выходы которых связаны с первыми входами первого сумматора, второй масштабириующий блок, исполнительный блок и последовательно соединенные третий масштабирующий блок и второй сумматор, прямую модель объекта без запаздывания, интегратор с обнулением и блок синхронизации, вход прямой модели без запаздывания связан с выходом первого сумматора, а выход прямой модели без запаздывания связан с информационным входом фильтра низкой частоты, выход которого подключен ко входу третьего масштабирующего блока, вход экстраполятора соединен с выходом первого блока сравнения, а выход экстраполятора соединен со вторым входом второго сумматора, выход которого через последовательно соединенные второй масштабирующий блок и исполнительный блок связан с информационным входом интегратора с обнулением и вторым входом первого сумматора, второй вход первого блока сравнения подключен к выходу интегратора с обнулением, а выход блока синхронизации с управляющими входами фильтра низкой частоты и интегратора с обнулением. Closest to the claimed device in technical essence is an adaptive predictive controller for compensating for controlled disturbances (2), comprising a low-pass filter connected in series, an inverse object model without delay and a first comparison unit, an extrapolator, a delay unit, a second comparison unit and an adaptation unit connected in series the output of which is connected to the first input of the extrapolator, the second input connected to the second input of the second comparison unit, the first scaling unit and, the outputs of which are connected with the first inputs of the first adder, the second scaling unit, the executive unit and the third scaling unit and the second adder connected in series, the direct model of the object without delay, the integrator with zeroing and the synchronization block, the input of the direct model without delay is connected with the output of the first adder and the output of the direct model without delay is connected to the information input of the low-pass filter, the output of which is connected to the input of the third scaling unit, the extrapolator input is connected to the course of the first comparison unit, and the extrapolator output is connected to the second input of the second adder, the output of which is connected through the second scaling unit and the executive unit in series with the information input of the integrator with zeroing and the second input of the first adder, the second input of the first comparison unit is connected to the integrator output with zeroing , and the output of the synchronization unit with the control inputs of the low-pass filter and integrator with zeroing.

Работает известный адаптивный прогнозирующий регулятор для компенсации контролируемых возмущений следующим образом. The well-known adaptive predictive controller operates to compensate for controlled disturbances as follows.

Функционирование объекта представлено в виде последовательности технологических циклов с известной длительностью. В течение текущего технологического цикла сигналы о контролируемых возмущениях поступают на масштабирующие элементы, умножаются на масштабные коэффициенты. Тем самым приводятся к масштабу сигналов об управляющих воздействиях. Далее приведенные сигналы суммируются между собой и с сигналами о фактически реализованных управляющих воздействиях, а затем поступают на вход прямой модели объекта без запаздывания. Выход этой модели характеризует изменение ошибки компенсации контролируемых возмущений. Далее выходной сигнал прямой модели усредняется в рамках текущего технологического цикла. По завершению цикла с помощью обратной модели объекта без запаздывания формируется сигнал о суммарной корректировке управляющего воздействия, который вычитается из суммарного на данном технологическом цикле сигнала о фактически реализованном управлении. В результате с запаздыванием определяется требуемое (идеальное) суммарное управляющее воздействие, своевременная реализация которого в среднем скомпенсировала бы контролируемые возмущения. Найденное идеальное суммарное управляющее воздействие экстраполируется на будущий технологический цикл. Средние на прошедшем технологическом цикле ошибки компенсации контролируемых возмущений подавляются путем прямого пересчета в управляющее воздействие с помощью масштабирующего блока. Обе составляющие управления суммируются, а затем расчленяются на заранее заданное число импульсов управления, реализуемых в пределах будущего технологического цикла. The functioning of the object is presented in the form of a sequence of technological cycles with a known duration. During the current technological cycle, signals of controlled disturbances arrive at the scaling elements and are multiplied by scale factors. Thus, the scale of signals about control actions is reduced. Further, the cited signals are summed up with each other and with signals about actually implemented control actions, and then they are input to the direct model of the object without delay. The output of this model characterizes the change in the compensation error of controlled disturbances. Further, the output signal of the direct model is averaged within the current technological cycle. Upon completion of the cycle, using the inverse model of the object without delay, a signal is generated about the total adjustment of the control action, which is subtracted from the total signal about the actually implemented control on this technological cycle. As a result, the required (ideal) total control action is determined with delay, the timely implementation of which on average would compensate for the controlled disturbances. The found ideal total control action is extrapolated to the future technological cycle. The average at the last technological cycle errors of compensation of controlled disturbances are suppressed by direct conversion to a control action using a scaling unit. Both control components are summed up, and then divided into a predetermined number of control pulses implemented within the future technological cycle.

Недостатком известного адаптивного прогнозирующего регулятора для компенсации контролируемых возмущений является невысокая надежность из-за отсутствия резервного канала регулирования и повышенные затраты на компенсацию контролируемых возмущений, так как в алгоритме формирования компенсирующего воздействия не учитываются затраты на оперативное регулирование. A disadvantage of the known adaptive predictive controller for compensating for controlled disturbances is the low reliability due to the lack of a backup control channel and the increased costs of compensating for controlled disturbances, since the operational regulation costs are not taken into account in the algorithm for generating a compensating effect.

Задачей изобретения является создание адаптивного компенсатора контролируемых возмущений повышенной надежности, обеспечивающего уменьшение затрат на управление. The objective of the invention is the creation of an adaptive compensator of controlled disturbances of increased reliability, which reduces control costs.

Сущность изобретения заключается в том, что в известный адаптивный прогнозирующий регулятор для компенсации контролируемых возмущений, содержащий первые масштабирующие элементы, входы которых соединены с первыми входами устройства, выходы первых масштабирующих элементов подключены к входам первого сумматора, первый фильтр низкой частоты, первый элемент сравнения, второй сумматор, первое звено задержки, второй элемент сравнения, первую модель канала регулирования без запаздывания, введено n последовательно соединенных реальных форсирующих звеньев, (n+1) вторых масштабирующих элементов, первый регулятор, n последовательно соединенных звеньев задержки, (n+1) третьих масштабирующих элементов, третий элемент сравнения, вторую модель канала регулирования без запаздывания, второй регулятор, третий сумматор, второе и третье звенья задержки, первый и второй умножители, второй и третий фильтры низкой частоты, делитель, четвертый элемент сравнения, третий умножитель, четвертый сумматор, последовательно соединенные первый компаратор, первый ключ и пятый сумматор, последовательно соединенные второй ключ, второй коммутатор, первый элемент "НЕ" и третий ключ, второй элемент "НЕ", четвертый ключ, выход первого сумматора, соединен с входом первого фильтра низкой частоты, выход которого подключен ко входу первого из (n+1) вторых масштабирующих элементов, ко входу первого из n реальных форсирующих звеньев, к первому входу первого элемента сравнения, к входу первого из n звеньев задержки, к (n+1)-ому входу последнего из (n+1) третьих масштабирующих элементов, выходы первого, второго, n-го реального форсирующего звена соответственно соединены со входами второго, третьего, (n+1)-го вторых масштабирующих элементов, выходы которых соответственно соединены с первыми (n+1)-ми входами второго сумматора, выход которого через первое звено задержки соединен с первым входом второго элемента сравнения, а также с вторыми входами первого и второго элементов сравнения и с первыми входами второго и четвертого ключей, выход первого элемента сравнения через последовательно соединенные первую модель канала регулирования без запаздывания, первый регулятор подключен к (n+2)-ому входу второго сумматора, выход второго элемента сравнения соединен с входом второго звена задержки и с первым входом третьего умножителя, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, выходы первого, второго, n-го звеньев задержки соответственно соединены со входами n-го, (n-1)-го, первого третьих масштабирующих элементов, выход n-го звена задержки соединен с первым входом третьего элемента сравнения, выход которого через последовательно соединенные вторую модель канала регулирования без запаздывания и второй регулятор подключен к (n+2)-ому входу третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента сравнения, с входом третьего звена задержки, с первым входом четвертого элемента сравнения и с вторым входом четвертого сумматора, выходы третьих масштабирующих элементов соответственно соединены с первым, вторым, (n+1)-м входами третьего сумматора, выход второго звена задержки соединен с первым и вторым входами первого умножителя и с первым входами второго умножителя, выход первого умножителя через второй фильтр низкой частоты соединен с первым входом делителя, выход которого соединен с вторым входом третьего умножителя, выход третьего звена задержки соединен с вторым входом четвертого элемента сравнения, выход которого соединен с вторым входом второго умножителя, выход которого через третий фильтр низкой частоты соединен с вторым входом делителя, выход четвертого сумматора подключен к первому входу первого компаратора, а также ко второму входу первого ключа, второй и третий входы первого компаратора являются вторыми входами устройства, выход первого компаратора соединен с входом второго элемента "НЕ", выход которого соединен со вторым входом второго ключа, второй и третий входы второго компаратора являются третьими входами устройства, выход второго компаратора соединен со вторым входом четвертого ключа, выход которого соединен со вторым входом пятого сумматора, выход третьего ключа соединен с третьим входом пятого сумматора, выход которого является выходом устройства, второй вход третьего ключа является четвертым входом устройства. The essence of the invention lies in the fact that in the known adaptive predictive controller for compensating controlled disturbances, containing the first scaling elements, the inputs of which are connected to the first inputs of the device, the outputs of the first scaling elements are connected to the inputs of the first adder, the first low-pass filter, the first comparison element, the second adder, the first delay link, the second comparison element, the first model of the control channel without delay, introduced n series-connected real force links, (n + 1) second scaling elements, the first regulator, n series-connected delay links, (n + 1) third scaling elements, the third comparison element, the second model of the control channel without delay, the second regulator, the third adder, the second and third delay links, first and second multipliers, second and third low-pass filters, divider, fourth comparison element, third multiplier, fourth adder, the first comparator, the first key and the fifth adder connected in series, sequentially о connected the second key, the second switch, the first element "NOT" and the third key, the second element "NOT", the fourth key, the output of the first adder, connected to the input of the first low-pass filter, the output of which is connected to the input of the first of (n + 1) second scaling elements, to the input of the first of n real boost links, to the first input of the first comparison element, to the input of the first of n delay links, to the (n + 1) -th input of the last of (n + 1) third scaling elements, the outputs of the first , of the second, nth real boost link, respectively connected to the inputs of the second, third, (n + 1) -th second scaling elements, the outputs of which are respectively connected to the first (n + 1) -th inputs of the second adder, the output of which through the first delay link is connected to the first input of the second comparison element, and also with the second inputs of the first and second comparison elements and with the first inputs of the second and fourth keys, the output of the first comparison element through series-connected the first model of the control channel without delay, the first controller is connected to the (n + 2) -th input of the second of the second adder, the output of the second comparison element is connected to the input of the second delay link and to the first input of the third multiplier, the output of which is connected to the first input of the fourth adder, the outputs of the first, second, n-th delay links are respectively connected to the inputs of the nth, (n- 1) of the first, third third scaling elements, the output of the nth delay link is connected to the first input of the third comparison element, the output of which is connected through the second model of the control channel without delay and the second controller is connected to (n + 2 ) -th input of the third adder, the output of which is connected to the second input of the third comparison element, with the input of the third delay link, with the first input of the fourth comparison element and with the second input of the fourth adder, the outputs of the third scaling elements are respectively connected to the first, second, (n + 1) by the inputs of the third adder, the output of the second delay link is connected to the first and second inputs of the first multiplier and to the first inputs of the second multiplier, the output of the first multiplier through the second low-pass filter is connected to the first input ohm divider, the output of which is connected to the second input of the third multiplier, the output of the third delay link is connected to the second input of the fourth comparison element, the output of which is connected to the second input of the second multiplier, the output of which through the third low-pass filter is connected to the second input of the divider, the output of the fourth adder is connected to the first input of the first comparator, as well as to the second input of the first key, the second and third inputs of the first comparator are the second inputs of the device, the output of the first comparator is connected to the input m of the second element "NOT", the output of which is connected to the second input of the second key, the second and third inputs of the second comparator are the third inputs of the device, the output of the second comparator is connected to the second input of the fourth key, the output of which is connected to the second input of the fifth adder, the output of the third key is connected with the third input of the fifth adder, the output of which is the output of the device, the second input of the third key is the fourth input of the device.

Предлагаемое устройство позволяет получить надежное устройство, предназначенное для решения задачи экономной компенсации входных контролируемых возмущений инерционных объектов управления, обладающих конечной памятью (например, для доменных печей). The proposed device allows to obtain a reliable device designed to solve the problem of economical compensation of input controlled disturbances of inertial control objects with finite memory (for example, for blast furnaces).

В рассматриваемом случае требующая решения задача формулируется следующим образом. In the case under consideration, a problem requiring a solution is formulated as follows.

Дано: 1. Модель инерционного объекта регулирования

где К_o, T_o, t_o соответственно коэффициент усиления, постоянная времени, запаздывание в канале регулирования объекта управления;

оценка эквивалентного возмущения, выраженного в масштабе регулирующего воздействия,
{ω_l(t), l=1,...,L} контролируемые возмущения,
k_ol l 1, L} коэффициенты приведения контролируемых возмущений к масштабу регулирующего воздействия;
y(t) отклонение от заданного значения регулируемой переменной объекта управления.Given: 1. Model of the inertial control object

where K _o , T _o , t _o respectively gain, time constant, delay in the control channel of the control object;

assessment of equivalent disturbance expressed in terms of the regulatory impact,
{ω _l (t), l = 1, ..., L} controlled perturbations,
k _ol l 1, L} reduction coefficients of controlled disturbances to the scale of the regulatory action;
y (t) deviation from the set value of the controlled variable of the control object.

2. Модель измерений возмущений
ω_l(t) = ω $\binom{D}{l}$ (t)+N(t),
ω_l(t) измеренное значение возмущения,
ω $\binom{D}{l}$ (t) действительное значение возмущения,
N(t) помехи измерений, при этом отношение дисперсии помехи измерения к дисперсии действительного значения возмущения составляет: 0,2-1,0.2. Model of disturbance measurements
ω _l (t) = ω $\binom{D}{l}$ (t) + N (t),
ω _l (t) measured disturbance value,
ω $\binom{D}{l}$ (t) the actual value of the perturbation,
N (t) interference measurements, while the ratio of the variance of the measurement interference to the variance of the actual value of the disturbance is: 0.2-1.0.

3. Ограничения на диапазон и скорость изменения регулирующих воздействий U_min ≅ U(t) ≅ U_max,

где U_min, U_max соответственно минимальное и максимальное допустимое значение регулирующего воздействия.3. Limitations on the range and rate of change of regulatory actions U _min ≅ U (t) ≅ U _max ,

where U _min , U _max respectively the minimum and maximum permissible value of the regulatory action.

Предполагается, что характеристики исполнительного механизма удовлетворяют данным ограничениям и регулирующие воздействия реализуются точно. It is assumed that the characteristics of the actuator satisfy these constraints and regulatory actions are implemented accurately.

4. Критерий Q оптимальности регулирования

где t_н, t_к начальный и конечный моменты времени на интервале оптимизации.4. Q criterion of optimal regulation

where t _n , t _{to the} initial and final points in time on the optimization interval.

5. Известны теоретические алгоритмы решения рассматриваемой задачи компенсации возмущений: алгоритмы теории инвариантности (Справочник по теории автоматического управления) под ред. А.А.Красовского. М. Наука, 1987 г. - 712 с.); алгоритмы теории регулирования с упреждающей компенсацией возмущений (Красовский А. А. Буков В.Н. Шендрик В.С. Универсальные алгоритмы оптимального управления непрерывными процессами. М. Наука, 1977. 271 с.); алгоритмы восстановительно-прогнозирующего регулирования (Авдеев В.П. Карташов В. Я. Мышляев Л.П. Ершов А.А. Восстановительно-прогнозирующие системы управления. Кемерово: КГУ, 1984. 89 с.). 5. There are known theoretical algorithms for solving the considered perturbation compensation problem: algorithms of the theory of invariance (Handbook of automatic control theory), ed. A.A. Krasovsky. M. Nauka, 1987 - 712 p.); algorithms of control theory with proactive disturbance compensation (Krasovsky A. A. Bukov VN Shendrik VS Universal algorithms for optimal control of continuous processes. M. Nauka, 1977. 271 p.); algorithms for reconstructive-predictive control (Avdeev V.P. Kartashov V. Ya. Myshlyaev L.P. Ershov A.A. Restorative-predictive control systems. Kemerovo: KSU, 1984. 89 pp.).

Требуется: определить оптимальное регулирующее воздействие U(t) на интервале (t_н, t_к), соответствующее минимуму критерия и удовлетворяющее заданным ограничениям.Required: to determine the optimal regulatory effect U (t) on the interval (t _n , t _k ) corresponding to the minimum of the criterion and satisfying the given restrictions.

Привлекательной стороной алгоритмов теории инвариантности, обеспечивающих полную или частичную компенсацию, является сравнительная простота их: компенсирующее воздействие рассчитывается лишь по текущей информации о возмущениях и может быть достигнута полная компенсация возмущений, независимо от стоимости этой компенсации. Однако полная или частичная компенсация возмущений может оказаться невозможной в случае, когда условия абсолютной инвариантности нереализуемы или компенсирующее воздействие выходит за пределы ограничений и неприемлемой, когда стоимость управления входит в критерий оптимальности и такого рода компенсация и "стоит" слишком дорого. The attractive side of invariance theory algorithms that provide full or partial compensation is their comparative simplicity: the compensating effect is calculated only from current information on perturbations and full compensation of perturbations can be achieved, regardless of the cost of this compensation. However, full or partial compensation of disturbances may not be possible when the conditions of absolute invariance are unrealizable or the compensating effect goes beyond the limits and is unacceptable when the control cost is included in the optimality criterion and this kind of compensation is too expensive.

Пример решения задачи стабилизации основности шихты доменного процесса. Суть задачи: для нормального протекания доменного процесса (т.е. обеспечения теплового и шлакового режима) необходимо, чтобы на интервале технологического цикла основность шихты, определяемая отношением масс основных и кислых окислов, содержащихся в доменной шихте, была постоянной. В реальных условиях работы доменной печи наблюдается существенный текущий разбаланс основных и кислых окислов, возникающий из-за колебаний химического состава компонент шихты, ошибок дозирования их, достоверно контролируемых. В результате под влиянием возмущений основность в каждой порции шихты, подаваемой в доменную печь, существенно изменяется и эти изменения имеют высокочастотный характер. Для стабилизации основности шихты по алгоритмам теории инвариантности в качестве регулирующего воздействия, которые, следовательно, тоже будут иметь высокочастотный характер, для компенсации отклонений основных окислов необходим известняк, а для компенсации отклонений кислых окислов должен быть использован кварцит, который в практике регулирования доменного процесса в качестве регулирующего воздействия не используется. Таким образом, регулирование по алгоритмам теории инвариантности плохо согласуется с логикой работы опытных технологов, с оправданным стремлением к экономическому ведению доменного процесса с обеспечением практически требуемой, а не идеальной точности. Так как на практике за критерий эффективности реализации заданной основности шихты принимается минимум удельного расхода известняка, необходимого для компенсации только медленно меняющейся составляющей возмущений, вызывающей существенные изменения теплового, шлакового режима доменного процесса. Высокочастотная же составляющая возмущений будет погашена доменной печью, характеризующейся большей инерционностью. An example of solving the problem of stabilizing the basicity of a batch of a domain process. The essence of the problem: for the normal course of the blast furnace process (i.e., to ensure thermal and slag conditions), it is necessary that the basicity of the charge, determined by the ratio of the masses of the basic and acidic oxides contained in the blast furnace, be constant over the interval of the technological cycle. Under real operating conditions of a blast furnace, a substantial current imbalance of basic and acidic oxides is observed, which arises due to fluctuations in the chemical composition of the components of the charge, metering errors that are reliably controlled. As a result, under the influence of perturbations, the basicity in each portion of the charge fed to the blast furnace changes significantly and these changes have a high-frequency character. To stabilize the basicity of the charge according to the algorithms of the theory of invariance, limestone is required as a regulatory action, which, consequently, will also have a high-frequency character, to compensate for the deviations of the basic oxides, and to compensate for the deviations of acidic oxides, quartzite should be used, which in practice regulates the domain process as regulatory impact is not used. Thus, the regulation by the algorithms of the theory of invariance does not agree well with the logic of the work of experienced technologists, with a justified desire for the economic conduct of the domain process with the provision of practically required, rather than ideal accuracy. Since in practice, the criterion of the effectiveness of the implementation of the given basicity of the mixture is taken as the minimum specific consumption of limestone, necessary to compensate for only the slowly changing component of disturbances, causing significant changes in the thermal, slag regime of the blast furnace process. The high-frequency component of the disturbances will be extinguished by a blast furnace, characterized by greater inertia.

Следовательно, алгоритмы теории инвариантности имеют ограниченные возможности и могут привести даже к худшему решению, с точки зрения экономии ресурсов управления. Consequently, algorithms of the theory of invariance have limited capabilities and can even lead to a worse solution, in terms of saving management resources.

Предлагаемое устройство реализует алгоритм компенсации контролируемых возмущений, представляющий собой аппроксимацию известных теоретических алгоритмов эффективной компенсации, описанных в названных и других публикациях. Непосредственная реализация теоретических алгоритмов очень затруднена из-за слабой их помехозащищенности и повышенной сложности. The proposed device implements an algorithm for compensating controlled disturbances, which is an approximation of the known theoretical algorithms for effective compensation described in the above and other publications. The direct implementation of theoretical algorithms is very difficult due to their weak noise immunity and increased complexity.

Алгоритмы теории регулирования с упреждающей компенсацией возмущений и алгоритмы восстановительно-прогнозирующего регулирования построены исходя из предположения о прогнозируемости возмущений. Опираясь на эти алгоритмы, в предлагаемом устройстве удалось осуществить параллельное функционирование двух каналов выработки компенсирующих воздействий. В каждом канале реализуется оптимальный (с точки зрения минимизации затрат на управление и достижение необходимой точности регулирования) алгоритм упреждающей компенсации контролируемых возмущений (А.А.Красовский, Б.Н.Буков, В.С.Шендрик. Универсальные алгоритмы оптимального управления непрерывными процессами. М. Наука, 1977. с. 154-158.). Суть экономной упреждающей компенсации контролируемых возмущений заключается в том, что рассчитанное по рассматриваемому алгоритму оптимальное компенсирующее воздействие для текущего момента времени направлено на компенсацию как текущих контролируемых возмущений, так и будущих контролируемых возмущений. Исходной предпосылкой алгоритма является наличие точных значений будущих контролируемых возмущений на интервале оптимизации, например, на интервале памяти замкнутой системы управления. В алгоритме будущие значения контролируемых возмущений свертываются в виде суммы с весовыми коэффициентами, экспоненциально убывающими в будущее и тем самым учитывающими уменьшающееся влияние контролируемых возмущений, более отдаленных в будущее относительно текущего момента времени. Учет таким образом будущих контролируемых возмущающих воздействий при определении оперативного компенсирующего воздействия способствует уменьшению затрат на управление. Algorithms of the theory of regulation with proactive compensation of perturbations and algorithms of recovery-predictive regulation are constructed on the basis of the assumption of predictability of perturbations. Based on these algorithms, in the proposed device, it was possible to carry out the parallel functioning of two channels for generating compensating effects. Each channel implements the optimal (from the point of view of minimizing control costs and achieving the necessary control accuracy) algorithm of proactive compensation of controlled disturbances (A. A. Krasovsky, B. N. Bukov, V. S. Shendrik. Universal algorithms for optimal control of continuous processes. M. Nauka, 1977.S. 154-158.). The essence of economical proactive compensation of controlled disturbances is that the optimal compensating effect calculated by the considered algorithm for the current time is aimed at compensating both current controlled disturbances and future controlled disturbances. The initial premise of the algorithm is the presence of exact values of future controlled disturbances in the optimization interval, for example, in the memory interval of a closed control system. In the algorithm, the future values of the controlled disturbances are convolved as a sum with weight coefficients that exponentially decrease in the future and thereby take into account the decreasing influence of the controlled disturbances that are more distant to the future relative to the current time moment. Consideration of future controlled disturbances in this way in determining the operational compensatory effect helps to reduce management costs.

Параллельное функционирование двух каналов выработки компенсирующих воздействий обусловлено тем, что в реальных условиях отсутствует точная информация о будущих значениях контролируемых возмущений. В такой ситуации экономное упреждающее компенсирующее воздействие может быть получено либо, используя в алгоритме оценки эстраполированных значений контролируемых возмущений, либо, экстраполируя полученные ретроспективно-образцовые компенсирующие воздействия. Для этих целей в устройство введены блок экстраполяторов и блок задержек. Первому способу получения экономного компенсирующего воздействия присущи ошибки экстраполяции, второму - запаздывание в определении компенсирующего воздействия. Объединение двух решений в результирующем компенсирующем воздействии уменьшает недостатки, характерные для каждого способа в отдельности. The parallel functioning of the two channels for generating compensating effects is due to the fact that in real conditions there is no accurate information about the future values of the controlled disturbances. In such a situation, an economical anticipatory compensating effect can be obtained either using the algorithm for estimating the estrapolated values of controlled disturbances or extrapolating the obtained retrospectively exemplary compensating effects. For these purposes, an extrapolator block and a delay block are introduced into the device. The first method for obtaining an economical compensating effect is characterized by extrapolation errors, and the second is the delay in determining the compensating effect. The combination of the two solutions in the resulting compensating effect reduces the disadvantages characteristic of each method separately.

С целью уменьшения ошибок экстраполяции, тем самым уточняя результирующее компенсирующее воздействие, в устройство введен блок адаптации, в котором адаптируемый коэффициент алгоритма определения результирующего компенсирующего воздействия настраивается, исходя из условия равенства задержанного результирующего компенсирующего воздействия ретроспективно-образцовому компенсирующему воздействию. Оба воздействия приведены к одному и тому же моменту времени. In order to reduce extrapolation errors, thereby clarifying the resulting compensating effect, an adaptation block has been introduced into the device, in which the adaptive coefficient of the algorithm for determining the resulting compensating effect is adjusted based on the condition of equality of the delayed resulting compensating effect to the retrospectively compensating effect. Both effects are reduced to the same point in time.

Надежность устройства повышается за счет "горячего" резервирования одного управляющего канала другим. Для этого в устройстве предусмотрено два канала выработки компенсирующих воздействий. При отсутствии неисправностей (отказов) оба канала функционируют совместно. Причем первый канал является корректирующим, а второй канал (получения и экстраполяции ретроспективно-образцового компенсирующего воздействия) является основным. При отказе одного из каналов выработки компенсирующих воздействий другой продолжает функционировать, правда, с пониженной точностью регулирования. При отказе обоих каналов на выходе устройства формируется сигнал, соответствующий среднему уровню регулирующего воздействия. С помощью блока переключения управляющих каналов, анализирующего на соответствии заданному диапазону регулирующих воздействий выходной сигнал каждого управляющего канала, формируется выходной сигнал адаптивного компенсатора контролируемых возмущений. The reliability of the device is increased due to the "hot" reservation of one control channel by another. For this, the device has two channels for generating compensating effects. In the absence of malfunctions (failures), both channels function together. Moreover, the first channel is corrective, and the second channel (receiving and extrapolating a retrospectively compensating effect) is the main one. In the event of failure of one of the channels for generating compensating effects, the other continues to function, although with a reduced accuracy of regulation. If both channels fail, a signal is generated at the device output that corresponds to the average level of regulatory influence. Using the control channel switching unit, which analyzes the output signal of each control channel according to a given range of control actions, the output signal of the adaptive compensator of controlled disturbances is generated.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого компенсатора. The drawing shows a block diagram of the proposed compensator.

Адаптивный компенсатор контролируемых возмущений содержит блок 1 расчета эквивалентного возмущения, состоящий из первых масштабирующих элементов 2, 3, первого сумматора 4, первого фильтра 5 низкой частоты, блок 6 экстраполяции, выполненный в виде последовательно соединенных n реальных формирующих звеньев 6₁ ^oC6_n, первый масштабирующий блок, включающий (n+1) вторых масштабирующих элементов 7₁, 7₂, 7_n+1, второй сумматор 8, первый элемент 9 сравнения, первую модель 10 канала регулирования без учета запаздывания, первый регулятор 11, первое звено 12 задержки, второй элемент 13 сравнения, блок 14 задержки, включающий n звеньев 14₁, 14₂, 14_n задержки, второй масштабирующий блок 15, включающий (n+1) третьих масштабирующих элементов 15₁, 15₂,15_n+1, третий сумматор 16, третий элемент 17 сравнения, вторую модель 19 канала регулирования без запаздывания, второй регулятор 19, блок 20 адаптации, включающий второе звено 21 задержки, первый умножитель 22, второй фильтр 23 низкой частоты, делитель 24, третье звено 25 задержки, четвертый элемент 26 сравнения, второй умножитель 27, третий фильтр 28 низкой частоты, третий умножитель 29, четвертый сумматор 30, первые входы 31 устройства, блок 32 переключения каналов выработки компенсирующих воздействий, содержащий первый компаратор 33, второй элемент "НЕ" 34, второй ключ 35, второй компаратор 36, четвертый ключ 37, первый элемент "НЕ" 38, третий ключ 39, пятый сумматор 40, первый ключ 41, вторые входы 42 устройства, третьи входы 43 устройства, четвертый вход 44 устройства, выход устройства 45.The adaptive compensator of controlled perturbations contains an equivalent perturbation calculation unit 1, consisting of the first scaling elements 2, 3, the first adder 4, the first low-pass filter 5, the extrapolation unit 6, made in the form of n series forming links 6 ₁ ^o C6 _n connected in series, the first scaling unit including (n + 1) second scaling elements 7 ₁ , 7 ₂ , 7 _{n + 1} , second adder 8, first comparison element 9, first control channel model 10 without delay, first regulator 11, first link 12 back arms, the second comparison element 13, the delay unit 14, including n delay links 14 ₁ , 14 ₂ , 14 _n , the second scaling unit 15, including (n + 1) third scaling elements 15 ₁ , 15 ₂ , 15 _{n + 1} , the third an adder 16, a third comparison element 17, a second control channel model 19 without delay, a second regulator 19, an adaptation unit 20 including a second delay link 21, a first multiplier 22, a second low pass filter 23, a divider 24, a third delay link 25, a fourth element 26 comparisons, second multiplier 27, third low-pass filter 28, third multiply al 29, the fourth adder 30, the first inputs 31 of the device, the block 32 switching channels for generating compensating effects, containing the first comparator 33, the second element "NOT" 34, the second key 35, the second comparator 36, the fourth key 37, the first element "NOT" 38 , third key 39, fifth adder 40, first key 41, second device inputs 42, third device inputs 43, fourth device input 44, device output 45.

Первый управляющий канал включает блок 6 экстраполяции, первый масштабирующий блок 7, второй сумматор 8, первый элемент 9 сравнения, первую модель 10 канала регулирования без запаздывания, первый регулятор 11. The first control channel includes an extrapolation unit 6, a first scaling unit 7, a second adder 8, a first comparison element 9, a first control channel model 10 without delay, a first regulator 11.

Второй управляющий канал включает блок 14 задержки, второй масштабирующий блок 15, третий сумматор 16, третий элемент 17 сравнения вторую модель 18 канала регулирования без учета запаздывания, второй регулятор 19. The second control channel includes a delay unit 14, a second scaling unit 15, a third adder 16, a third comparison element 17, a second model 18 of the control channel without delay, the second regulator 19.

На чертеже обозначено:
ω₁(t), ω₂(t) сигналы о контролируемых возмущениях в t-ый момент времени,
u^I(t) сигнал о компенсирующем воздействии по первому управляющему каналу,
u^II(t) сигнал о компенсирующем воздействии по второму управляющему каналу,
u(t) сигнал о результирующем компенсирующем воздействии,
u_min, u_max входные напряжения первого и второго компараторов,
u_ср(t) входное напряжение третьего ключа,

сигнал о эквивалентном возмущении.The drawing indicates:
ω ₁ (t), ω ₂ (t) signals about controlled disturbances at the t-th moment of time,
u ^I (t) signal about the compensating effect on the first control channel,
u ^II (t) signal about the compensating effect on the second control channel,
u (t) signal about the resulting compensating effect,
u _min , u _max input voltage of the first and second comparators,
u _cf (t) the input voltage of the third key,

signal of equivalent disturbance.

Устройство работает следующим образом
На первичные входы 31 устройства, соединенные с входами l-первых (на чертеже l 2) масштабирующих элементов 2, 3 поступают сигналы о контролируемых возмущениях w₁(t), ω₂(t), далее в масштабирующих элементах сигналы умножаются на заданные масштабные коэффициенты k_ol и в результате чего приводятся к масштабу сигнала об управляющем воздействии. Значения масштабных коэффициентов, представляющих собой коэффициенты пересчета соответствующего возмущения ω₂(t) в равносильное по конечному эффекту изменение регулирующего воздействия, определяются в соответствии с формулой k_ol= k_ωl/K_o, в которой k_ωl коэффициент передачи передачи объекта управления по каналу "ω_l(t _→ y(t)"; К_o коэффициент передачи объекта управления по каналу "u(t) _→ y(t)". Выходные сигналы масштабирующих элементов суммируются в первом сумматоре 4, в результате формируется сигнал эквивалентного возмущения, равный

который в первом фильтре 5 низкой частоты сглаживается с целью выделения вызывающей существенные изменения регулируемой переменной объекта управления медленно меняющейся составляющей возмущения, которая должна быть скомпенсирована.The device operates as follows
The primary inputs 31 of the device connected to the inputs of the l-first (in the drawing l 2) scaling elements 2, 3 receive signals about controlled disturbances w ₁ (t), ω ₂ (t), then in the scaling elements the signals are multiplied by the specified scale factors k _ol and, as a result, are reduced to the scale of the control signal. The values of the scale factors, which are the conversion factors of the corresponding disturbance ω ₂ (t) into a change in the control action equivalent in the final effect, are determined in accordance with the formula k _ol = k _ωl / K _o , in which k _{ωl is} the transmission coefficient of the transmission of the control object over the channel " ω _l (t _ → y (t) "; K _o the transmission coefficient of the control object on the channel" u (t) _ → y (t) ". The output signals of the scaling elements are summed in the first adder 4, as a result, an equivalent disturbance signal is generated, equal

which is smoothed in the first low-pass filter 5 in order to isolate the slowly varying component of the disturbance that causes significant changes in the controlled variable of the control object, which must be compensated.

Выходной сигнал

блока расчета эквивалентного возмущения поступает на входы первого и второго каналов выработки компенсирующих воздействий.Output signal

the equivalent disturbance calculation unit is supplied to the inputs of the first and second channels for generating compensating effects.

В первом канале сигнал

поступает на первый вход первого элемента 9 сравнения, на первый вход первого масштабирующего блока 7, на вход блока 6, состоящего из n последовательно соединенных реальных форсирующих звеньев, каждое из которых реализует передаточную функцию вида

где δ_t интервал экстраполяции; δ_ф параметр реального форсирующего звена. Число реальных формирующих звеньев n определяется по выражению: n = T_п/δ_t.In the first channel, the signal

goes to the first input of the first comparison element 9, to the first input of the first scaling unit 7, to the input of block 6, consisting of n series-connected real forcing links, each of which implements a transfer function of the form

where δ _{t is} the extrapolation interval; δ _f parameter of the real boosting link. The number of real forming links n is determined by the expression: n = T _p / δ _t .

Входной сигнал каждого реального формирующего звена экстраполируется на интервал времени, равный δ_t, т.е. на выходе первого реального формирующего звена 6₁ имеет

, на выходе второго реального формирующего звена 6₂ имеет

. на выходе n-го реального формирующего звена 6 имеем сигнал, равный

. Таким образом, входной сигнал блока 6 экстраполируется на интервал памяти системы Т_п.The input signal of each real forming link is extrapolated for a time interval equal to δ _t , i.e. at the output of the first real forming link 6 ₁ has

, at the output of the second real forming link 6 ₂ has

. at the output of the nth real forming link 6 we have a signal equal to

. Thus, the input signal of block 6 is extrapolated to the system memory interval T _p .

Экстраполированные сигналы

,

, а также сигнал

поступают на входы соответствующих вторых масштабирующих элементов первого масштабирующего блока 7 и умножаются в нем на весовые коэффициенты k₇(1), k₇(2), k₇(n+1), которые зависят от динамической характеристики канала регулирования Т_o и в совокупности воспроизводят весовую функцию, экспоненциально убывающую в будущее от текущего момента t до (t+T_п), то есть k₇(1) > k₇(2) > k₇(3) >, > k₇(n+1).Extrapolated signals

,

as well as a signal

arrive at the inputs of the corresponding second scaling elements of the first scaling unit 7 and are multiplied in it by weights k ₇ (1), k ₇ (2), k ₇ (n + 1), which depend on the dynamic characteristics of the control channel T _o and in the aggregate reproduce a weight function that exponentially decreases in the future from the current moment t to (t + T _p ), that is, k ₇ (1)> k ₇ (2)> k ₇ (3)>,> k ₇ (n + 1).

Численные значения коэффициентов каждого масштабирующего элемента (7₁ ^oC 7_n+1) первого масштабирующего блока 7 вычисляются по выражению

где (m+1) порядковый номер масштабирующего элемента первого масштабирующего блока 7; T_п интервал динамической памяти системы, Т_п ≈ 2^oC3T_o. Так, например, для масштабирующего элемента 7₁m принимает значение, равное нулю, а значение коэффициента k₇(1) определяется по формуле:

для масштабирующего элемента 7₂ m=1,

и так далее до масштабирующего элемента 7_n+1, для которого m=n и значение коэффициента k₇(n+1) вычисляется по формуле:

.The numerical values of the coefficients of each scaling element (7 ₁ ^o C 7 _{n + 1} ) of the first scaling unit 7 are calculated by the expression

where (m + 1) is the sequence number of the scaling element of the first scaling unit 7; T _{p the} interval of the dynamic memory of the system, T _p ≈ 2 ^o C3T _o . So, for example, for the scaling element 7 ₁ m takes a value equal to zero, and the value of the coefficient k ₇ (1) is determined by the formula:

for the scaling element 7 ₂ m = 1,

and so on to the scaling element 7 _{n + 1} , for which m = n and the coefficient value k ₇ (n + 1) is calculated by the formula:

.

Такая весовая функция позволяет уменьшить искажающее влияние ошибок экстраполяции на компенсирующее воздействие u^I(t) первого управляющего канала и минимизировать значение приведенного выше критерия Q.Such a weight function allows to reduce the distorting effect of extrapolation errors on the compensating effect u ^I (t) of the first control channel and to minimize the value of the above criterion Q.

Первый элемент 9 сравнения формирует сигнал, равный

и соответствующий нескомпенсированному эквивалентному возмущению, причем сигнал u^I(t) выходной сигнал первого управляющего канала. С выхода элемента 9 сравнения полученный сигнал

поступает на вход первой модели 10 канала регулирования без запаздывания, которая представляет собой инерционное звено первого порядка

.The first comparison element 9 generates a signal equal to

and corresponding to an uncompensated equivalent perturbation, the signal u ^I (t) output signal of the first control channel. From the output of element 9 comparison received signal

arrives at the input of the first model 10 of the control channel without delay, which is a first-order inertial link

.

В отличие от заданной в постановке задачи модели объекта управления модель 10 канала регулирования не содержит запаздывание, что позволяет с упреждением по отношению к реакции объекта управления определить ожидаемую ошибку регулирования dy(t) и своевременно скорректировать формируемое в первом управляющем канале компенсирующее воздействие, а, следовательно, и обеспечить требуемую точность регулирования. Далее выходной сигнал модели 10 канала регулирования без запаздывания δy(t) (ошибка регулирования) поступает на вход первого ПИ регулятора 11, выходной сигнал которого формируется в соответствии с алгоритмом

,
где K_n, T_n параметры регулятора.In contrast to the control object model specified in the problem statement, the control channel model 10 does not contain a delay, which allows one to determine the expected control error dy (t) with respect to the control object reaction and timely correct the compensating effect generated in the first control channel, and, consequently , and provide the required accuracy of regulation. Next, the output signal of model 10 of the control channel without delay δy (t) (control error) is fed to the input of the first PI controller 11, the output signal of which is generated in accordance with the algorithm

,
where K _n , T _n controller parameters.

Выходные сигналы первого масштабирующего блока 7 и первого регулятора 11 поступают на входы второго сумматора 8, на выходе которого формируется сигнал компенсирующего воздействия u_I(t) первого управляющего канала.The output signals of the first scaling unit 7 and the first controller 11 are fed to the inputs of the second adder 8, at the output of which a signal of the compensating effect u _I (t) of the first control channel is generated.

Во втором канале регулирования выходной сигнал

фильтра 5 низкой частоты поступает на вход блока 14 задержки и на (n+1)-ый вход второго масштабирующего блока 15 и умножается в нем на весовой коэффициент.In the second control channel, the output signal

the low-pass filter 5 is fed to the input of the delay unit 14 and to the (n + 1) -th input of the second scaling unit 15 and is multiplied in it by the weight coefficient.

Блок 14 задержки состоящий из n-последовательно соединенных звеньев задержки, каждое из которых реализует передаточную функцию

. Таким образом, входной сигнал

задерживается первым звеном 14₁ задержки на интервал времени, равный d_t, вторым звеном 14₂ задержки на время 2•δ_t, n-ым звеном 14_n задержки на интервал времени, равный n•δ_t= T_п-памяти системы, Задержанные сигналы

с выходов звеньев 14₁, 14₂, 14_n задержки, соответственно соединенных с n-ым, с (n-1)-ым, с первым входом второго масштабирующего блока 15, поступают на входы соответствующих третьих масштабирующих элементов 15_n, 15_n-1, 15₁ и умножаются на весовые коэффициенты k₁₅(1), k₁₅(2), k₁₅(n+1). Значения весовых коэффициентов в совокупности воспроизводят экспоненциально убывающую в будущее весовую функцию и вычисляются по формулам приведенным для расчета весовых коэффициентов k₇(1), k₇(2), k₇(n+1) вторых масштабирующих элементов 7₁ ^oC7_n+1, т.е. k₁₅(1) k₇(1), k₁₅(2) k₇(2), k₁₅(n+1) k₇(n+1). Далее выходные сигналы второго масштабирующего блока 15 поступают на соответствующие (n+1)-ые входы третьего сумматора 16.Delay unit 14 consisting of n-series connected delay links, each of which implements a transfer function

. Thus, the input signal

delayed by the first link 14 ₁ delay for a time interval equal to d _t , the second link 14 ₂ delays for a time 2 • δ _t , the n-th link 14 _n delay for a time interval equal to n • δ _t = T _p -memory of the system signals

from the outputs of links 14 ₁ , 14 ₂ , 14 _{n, the} delays, respectively connected to the nth, with the (n-1) th, with the first input of the second scaling unit 15, go to the inputs of the corresponding third scaling elements 15 _n , 15 _{n- 1} , 15 ₁ and are multiplied by weights k ₁₅ (1), k ₁₅ (2), k ₁₅ (n + 1). The values of the weight coefficients in the aggregate reproduce an exponentially decreasing weight function in the future and are calculated by the formulas given for calculating the weight coefficients k ₇ (1), k ₇ (2), k ₇ (n + 1) of the second scaling elements 7 ₁ ^o C7 _{n + 1} , i.e. k ₁₅ (1) k ₇ (1), k ₁₅ (2) k ₇ (2), k ₁₅ (n + 1) k ₇ (n + 1). Next, the output signals of the second scaling unit 15 are supplied to the corresponding (n + 1) -th inputs of the third adder 16.

Выходной сигнал звена 14_n задержки поступает на первый вход третьего элемента 17 сравнения, на второй вход которого поступает выходной сигнал U^II(t-T_п) третьего сумматора 16. Выходной сигнал третьего элемента 17 сравнения представляет собой нескомпенсированное эквивалентное возмущение, влияние которого на выходную переменную канала регулирования определяется с помощью модели 18 канала регулирования без запаздывания. Выходной сигнал модели 18 δy(t-T_п) канала регулирования без запаздывания поступает на второй ПИ-регулятор 19 (пропорционально-интегральный), в котором формируется компенсирующее воздействие в соответствии с формулой

С выхода второго ПИ-регулятора 19 сигнал поступает на (n+2)-ой вход третьего сумматора 16. В третьем сумматоре 16 формируется компенсирующее воздействие U_II(t-T_n) второго управляющего канала.The output signal of the delay link 14 _{n is} supplied to the first input of the third comparison element 17, the second input of which receives the output signal U ^II (tT _p ) of the third adder 16. The output signal of the third comparison element 17 is an uncompensated equivalent disturbance, whose effect on the channel output variable control is determined using the model 18 of the control channel without delay. The output signal of model 18 δy (tT _p ) of the control channel without delay arrives at the second PI controller 19 (proportional-integral), in which a compensating effect is formed in accordance with the formula

From the output of the second PI controller 19, the signal is fed to the (n + 2) -th input of the third adder 16. In the third adder 16, a compensating effect U _II (tT _n ) of the second control channel is generated.

Таким образом, по каждому управляющему каналу получено компенсирующее воздействие, которое в случае нарушения функционирования отдельных элементов или блоков того или иного управляющего канала может быть использовано как основное рабочее компенсирующее воздействие и подаваться на исполнительный орган контуров компенсации контролируемых возмущений. Thus, for each control channel, a compensating effect is obtained, which in case of a malfunction of individual elements or blocks of one or another control channel can be used as the main working compensating effect and applied to the executive body of the compensation circuits of controlled disturbances.

В нормальном (безотказном) режиме основное компенсирующее воздействие u(t) формируется с использованием решений обоих каналов, а именно: восстановленное образцовое компенсирующее воздействие u^II(t-T_п) экстраполируется на интервал времени (t-T_п, t) по правилу u^II(t):u^II(t-T_п) и затем корректируется с учетом приращения δu^I(t) = u^I(t)-u^I(t-T_п) компенсирующих воздействий по первому каналу, косвенно характеризующего изменившиеся свойства контролируемых возмущений, т.е.In the normal (failure-free) mode, the main compensating effect u (t) is formed using the solutions of both channels, namely: the restored model compensating effect u ^II (tT _p ) is extrapolated to the time interval (tT _p , t) according to the rule u ^II (t) : u ^II (tT _p ) and then corrected for the increment δu ^I (t) = u ^I (t) -u ^I (tT _p ) of compensating effects along the first channel, which indirectly characterizes the changed properties of the controlled disturbances, i.e.

u(t) u^II(t-T_п) + k(t) [u^I(t) u^I(t-T_п)]
где k(t) адаптируемый коэффициент, который рассчитывается в блоке 20 адаптации в соответствии с формулой
k(t): k(t-T_п),

К_o, T_п параметры фильтров 23, 28 низкой частоты; Q - переменная интегрирования.u (t) u ^II (tT _n ) + k (t) [u ^I (t) u ^I (tT _n )]
where k (t) is an adaptable coefficient, which is calculated in the adaptation block 20 in accordance with the formula
k (t): k (tT _n ),

To _o , T _{p the} parameters of the filters 23, 28 low frequency; Q is an integration variable.

С этой целью с выхода второго сумматора 8 сигнал u_I(t) поступает на вход первого звена 12 задержки, в котором задерживается на интервал времени, равный Т_п, на второй вход второго элемента 13 сравнения, на второй вход первого элемента 9 сравнения и на первые информационные входы второго 25 и четвертого 37 ключей.To this end, from the output of the second adder 8, the signal u _I (t) is fed to the input of the first delay link 12, which is delayed by a time interval equal to T _p , to the second input of the second comparison element 13, to the second input of the first comparison element 9, and the first information inputs of the second 25 and fourth 37 keys.

Выходной сигнал третьего сумматора 16 u^II(t-T_п) поступает на второй вход третьего элемента 17 сравнения, на вход третьего звена 25 задержки, на первый вход четвертого элемента 26 сравнения, на второй вход четвертого сумматора 30, выход которого соединен с первым входом первого компаратора.The output signal of the third adder 16 u ^II (tT _p ) is fed to the second input of the third comparison element 17, to the input of the third delay link 25, to the first input of the fourth comparison element 26, to the second input of the fourth adder 30, the output of which is connected to the first input of the first comparator .

Далее выходной сигнал δu^I(t) второго элемента 13 сравнения поступает на первый вход третьего умножителя 29 и на вход второго звена 21 задержки блока 20 адаптации и задерживается на интервал времени, равный T_п. Выходной сигнал звена 21 задержки поступает на первый и второй вход первого умножителя 22, а также на первый вход второго умножителя 27, на второй вход которого поступает выходной сигнал четвертого элемента 26 сравнения δu^II(t-T_п), равный разности сигнала u^II(t-T_п) и сигнала u_II(t-2T_п), поступившего на второй вход четвертого элемента 26 сравнения выходного сигнала третьего звена 25 задержки, т.е. δu^II(t-T_п) = u^II(t-T_п)-u^II(t-2T_п).Next, the output signal δu ^I (t) of the second comparison element 13 is supplied to the first input of the third multiplier 29 and to the input of the second delay link 21 of the adaptation unit 20 and is delayed by a time interval equal to T _p . The output signal of the delay link 21 is supplied to the first and second input of the first multiplier 22, as well as to the first input of the second multiplier 27, the second input of which receives the output signal of the fourth element 26 of the comparison δu ^II (tT _p ), equal to the signal difference u ^II (tT _p ) and the signal u _II (t-2T _p ) received at the second input of the fourth element 26 comparing the output signal of the third delay link 25, i.e. δu ^II (tT _p ) = u ^II (tT _p ) -u ^II (t-2T _p ).

Выходные сигналы умножителей 22 и 27 поступают соответственно на входы фильтров 23 и 28 низкой частоты, с выходов которых сглаженные сигналы поступают на соответствующие входы делителя 24. Выходной сигнал 24 представляет собой оценку коэффициента k(t-T_п) и поступает далее на второй вход третьего умножителя 29. С выхода умножителя 29 сигнал поступает на первый вход четвертого сумматора 30, в котором формируется результирующее компенсирующее воздействие u(t). Выходной сигнал четвертого сумматора 30 поступает на первый вход первого компаратора и второй (информационный) вход первого ключа блока 32 переключения. Блок 32 переключения реализует следующий алгоритм формирования выходного сигнала u_вых(t) адаптивного компенсатора контролируемых возмущений

где u(t) выходной сигнал четвертого сумматора 30, несущий информацию о результирующем компенсирующем воздействии; u^I(t) выходной сигнал второго сумматора, несущий информацию о сформированном в первом канале компенсатора регулирующем воздействии; u_min, u_max входные напряжения первого и второго компараторов, соответствующие минимальному и максимальному значениям регулирующего воздействия; u_ср(t) сигнал, несущий информацию о заданном значении регулирующего воздействия, соответствующего середине интервала [u_min, u_max]
Первый компаратор 33, сравнивая сигнал u(t) с u_min и u_max, поданными на второй и третий входы 42 первого компаратора, формирует на своем выходе единичный управляющий сигнал при выполнении условия: u_min ≅ u(t) ≅ u_max или нулевой сигнал, если названное условие не выполняется. В первом случае (условие выполняется) сигнал u(t) через открытый первый ключ 41 поступает на первый вход пятого сумматора 40, на выходе 45 которого формируется выходной сигнал устройства.The output signals of the multipliers 22 and 27 are respectively supplied to the inputs of the low-pass filters 23 and 28, from the outputs of which the smoothed signals are fed to the corresponding inputs of the divider 24. The output signal 24 is an estimate of the coefficient k (tT _p ) and then goes to the second input of the third multiplier 29 . From the output of the multiplier 29, the signal is supplied to the first input of the fourth adder 30, in which the resulting compensating effect u (t) is formed. The output signal of the fourth adder 30 is supplied to the first input of the first comparator and the second (information) input of the first key of the switching unit 32. The switching unit 32 implements the following algorithm for generating the output signal u _o (t) of the adaptive compensator of controlled disturbances

where u (t) is the output signal of the fourth adder 30, which carries information about the resulting compensating effect; u ^I (t) the output signal of the second adder, carrying information about the regulatory action generated in the first channel of the compensator; u _min , u _{max the} input voltage of the first and second comparators corresponding to the minimum and maximum values of the regulatory action; u _cf (t) a signal carrying information about a given value of the regulatory action corresponding to the middle of the interval [u _min , u _max ]
The first comparator 33, comparing the signal u (t) with u _min and u _max supplied to the second and third inputs 42 of the first comparator, generates a single control signal at its output when the condition: u _min ≅ u (t) ≅ u _max or zero signal if the named condition is not fulfilled. In the first case (the condition is satisfied), the signal u (t) through the open first key 41 is supplied to the first input of the fifth adder 40, at the output of which 45 the output signal of the device is generated.

Второй ключ 35 открывается при поступлении на его второй управляющий вход выходного сигнала второго элемента "НЕ" 34, на вход которого поступает управляющий сигнал с выхода первого компаратора 33. Второй компаратор 36 сравнивает выходной сигнал открытого второго ключа с сигналами u_min, u_max, поданными на второй и третий входы 43 второго компаратора 36. Выходной управляющий сигнал второго компаратора 36 поступает на второй управляющий вход четвертого ключа 37 и на вход первого элемента "НЕ" 38, выходной сигнал которого поступает на первый управляющий вход третьего ключа 39, на второй информационный вход 44 которого подается сигнала u_cр(t). Выходные сигналы четвертого 38 и третьего 39 ключей подаются на второй и третий входы пятого сумматора 40 соответственно.The second key 35 opens when the second signal of the second element 34 arrives at its second control input, the input of which receives a control signal from the output of the first comparator 33. The second comparator 36 compares the output signal of the open second key with the signals u _min , u _max the second and third inputs 43 of the second comparator 36. The output control signal of the second comparator 36 is fed to the second control input of the fourth key 37 and to the input of the first element "NOT" 38, the output signal of which is fed to the first control the input of the third key 39, to the second information input 44 of which the signal u _cp (t) is supplied. The output signals of the fourth 38 and third 39 keys are supplied to the second and third inputs of the fifth adder 40, respectively.

По сравнению с прототипом предлагаемого устройства позволяет снизить затраты на регулирование на 20^oC25% за счет упреждающей компенсации контролируемых возмущений, а также достигнуть в 2 раза более высокой надежности за счет дублирования регулирующих каналов. Как показали результаты моделирования применительно к доменному процессу, устройство позволяет снизить удельный расход кокса на 1,0^oC1,2 кг на тонну чугуна.Compared with the prototype of the proposed device can reduce the cost of regulation by 20 ^o C25% due to proactive compensation of controlled disturbances, as well as to achieve 2 times higher reliability due to duplication of control channels. As shown by the simulation results in relation to the blast furnace process, the device allows to reduce the specific consumption of coke by 1.0 ^o C1.2 kg per ton of cast iron.

Claims

Adaptive compensator of controlled disturbances containing the first scaling elements, the inputs of which are connected to the inputs of the device, and the outputs are connected to the inputs of the first adder, the first low-pass filter, the first comparison element, the first model of the control channel without delay, the second adder, the first delay link, the second element comparison, characterized in that it contains n series-connected real forcing links, (n + 1) second scaling elements, the first controller, n are connected in series x delay links, (n + 1) third scaling elements, the third comparison element, the second model of the control channel without delay, the second regulator, the third adder, the second and third delay links, the first and second multipliers, the second and third low-pass filters, divider, the fourth comparison element, the third multiplier, the fourth adder, the first comparator connected in series, the first key and the fifth adder, the second key connected in series, the second comparator, the first element NOT and the third key, the second element NOT, even grated key, the output of the first adder is connected to the input of the first low-pass filter, the output of which is connected to the input of the first of (n + 1) second scaling elements, to the input of the first of n real boost links, to the first input of the first comparison element, to the input of the first of n series-connected delay links, to the (n + 1) -th input of the last of (n + 1) third scaling elements, the outputs of the first, second, n-th real boost links are respectively connected to the inputs of the second, third, (n + 1) second scaling element c, the outputs of which are respectively connected to the first (n + 1) -th inputs of the second adder, the output of which through the first delay link is connected to the first input of the second comparison element, to the second inputs of the first and second comparison elements and to the first inputs of the second and fourth keys, the output of the first comparison element through series-connected the first model of the control channel without delay and the first controller is connected to the (n + 2) -th input of the second adder, the output of the second comparison element is connected to the input of the second link LCD and with the first input of the third multiplier, the output of which is connected to the first input of the fourth adder, the outputs of the first, second, nth series-connected delay links are respectively connected to the inputs of the nth, (n-1) th, first third scaling elements, the output of the nth delay link is connected to the first input of the third comparison element, the output of which is connected through the second model of the control channel without delay and the second controller is connected to the (n + 2) -th input of the third adder, the output of which is connected to by the input of the third comparison element, with the input of the third delay element, with the first input of the fourth comparison element and with the second input of the fourth adder, the outputs of the third scaling elements are respectively connected to the first, second, (n + 1) -th inputs of the third adder, the output of the second link delay connected to the first and second inputs of the first multiplier and to the first input of the second multiplier, the output of the first multiplier through the second low-pass filter is connected to the first input of the divider, the output of which is connected to the second input of the third of the multiplier, the output of the third delay link is connected to the second input of the fourth comparison element, the output of which is connected to the second input of the second multiplier, the output of which through the third low-pass filter is connected to the second input of the divider, the output of the fourth adder is connected to the first input of the first comparator, and also the second input of the first key, the second and third inputs of the first comparator are the corresponding inputs of the device, the output of the first comparator is connected to the input of the second element NOT, the output of which is connected to the second input of the second key, the second and third inputs of the second comparator are the corresponding inputs of the device, the output of the second comparator is connected to the second input of the fourth key, the output of which is connected to the second input of the fifth adder, the output of the third key is connected to the third input of the fifth adder, the output of which is the output of the device , the second input of the third key is the corresponding input of the device.