RU2120654C1

RU2120654C1 - Pid control regulator with constrained output signals

Info

Publication number: RU2120654C1
Application number: RU98101674A
Authority: RU
Inventors: А.А. Говоров; А.В. Баженов; С.А. Говоров
Original assignee: Тульский государственный университет
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1998-02-03
Publication date: 1998-10-20

Abstract

FIELD: automatic control of manufacturing processes. SUBSTANCE: device has parallel circuit of integrator and differentiator, as well as amplifier, which outputs are connected to inputs of adder which output is connected to non-linear clipper and input of first element relay. In addition device has parameter switch, three OR gates and second element relay, which input is connected to output of integrator, which first and second control inputs are connected to outputs of respectively first and second OR gates. Inputs of first OR gate are connected to first outputs of first and second element relays. Inputs of second OR gate are connected to second outputs of first and second element relays. Inputs of third OR gate are connected to first and second outputs of first element relay. Output of third OR gate is connected through parameter switch to input for alternation of parameters of differentiator. EFFECT: increased precision of regulation. 2 dwg

Description

Изобретение относится к автоматическому регулированию, а именно к пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД) устройствам управления с ограничениями выходных сигналов и защитой их от насыщения, и может быть использовано при автоматизации различных технологических процессов. The invention relates to automatic control, namely to proportional-integral-differential (PID) control devices with limited output signals and protecting them from saturation, and can be used in the automation of various technological processes.

Известны ПИД-регуляторы, содержащие усилители, интегратор, дифференциатор, сумматор, релейные и нелинейные элементы, например, ПД/ПИД-регулятор с системой ограничения дифференцирования [патент ПНР N 73281, кл. G 05 B 11/42, 1975] , в котором сигнал, приводящий в действие схему ограничения интегрирования, выдается лишь тогда, когда сигнал дифференцирования близок к нулю. Known PID controllers containing amplifiers, an integrator, a differentiator, an adder, relay and nonlinear elements, for example, PD / PID controller with a system for limiting differentiation [patent PN N 73281, cl. G 05 B 11/42, 1975], in which a signal driving the integration restriction circuit is issued only when the differentiation signal is close to zero.

Однако такие регуляторы обладают сложной конструкцией и не обеспечивают установку необходимого соотношения между изменениями выходных сигналов интегратора и дифференциатора в процессе ограничения выходного сигнала всего регулятора, что снижает точность процесса регулирования. However, such controllers have a complex design and do not provide the necessary correlation between changes in the output signals of the integrator and differentiator in the process of limiting the output signal of the entire controller, which reduces the accuracy of the control process.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ПИД-регулятор, содержащий параллельно соединенные интегратор и дифференциатор, а также усилитель, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого соединен с нелинейным ограничителем и входом релейного элемента [авт. свид. СССР N 696410, кл. G 05 B 11/36, БИ, 1979, N 41]. The closest in technical essence to the proposed one is a PID controller containing a parallel connected integrator and differentiator, as well as an amplifier, the outputs of which are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to a nonlinear limiter and the input of the relay element [ed. testimonial. USSR N 696410, class G 05 B 11/36, BI, 1979, N 41].

Однако в известном регуляторе содержатся дополнительные сумматоры и нелинейный блок, с помощью которых при выходе сигнала регулятора за установленные пределы прекращается процесс интегрирования. Кроме того, когда выходной сигнал регулятора достигает одного из пределов ограничения, предотвращается дальнейшее увеличение выходного сигнала дифференциатора. В этом случае выходной сигнал дифференциатора, являющийся составной частью выходного сигнала регулятора и вызывающий срабатывание схемы ограничения интегрирования, приводит к нежелательному изменению интегральной составляющей. Это явление весьма неблагоприятно, так как ведет к значительному ухудшению качества регулирования. However, the known controller contains additional adders and a nonlinear block, with which the integration process is terminated when the controller signal exceeds the set limits. In addition, when the controller output reaches one of the limits, a further increase in the output of the differentiator is prevented. In this case, the output signal of the differentiator, which is an integral part of the output signal of the controller and causes the integration circuit to trigger, leads to an undesirable change in the integral component. This phenomenon is very unfavorable, as it leads to a significant deterioration in the quality of regulation.

Для повышения качества автоматической системы регулирования (АСР) с ограниченными управляющими воздействиями необходимо задавать нужное соотношение между изменениями выходных сигналов интегратора и дифференциатора в процессе возвращения выходного сигнала регулятора в заданные пределы. Кроме того, при отходе исполнительного механизма АСР от его крайнего положения в системе управления не должно быть излишнего упреждающего воздействия. Требуется таким образом организовать защиту от насыщения динамических составляющих закона регулирования и выходного сигнала регулятора в целом, чтобы качество управления также увеличивалось. To improve the quality of an automatic control system (ACS) with limited control actions, it is necessary to set the desired ratio between changes in the output signals of the integrator and the differentiator in the process of returning the output of the controller to the specified limits. In addition, when the ACP actuator moves away from its extreme position in the control system, there should not be excessive proactive influence. Thus, it is required to organize protection against saturation of the dynamic components of the control law and the output signal of the controller as a whole, so that the quality of control also increases.

В предлагаемом ПИД-регуляторе, содержащем параллельно соединенные интегратор и дифференциатор, а также усилитель, выходы которых подключены в входам сумматора, выход которого соединен с нелинейным ограничителем и входом первого релейного элемента, дополнительно установлены переключатель параметров, три элемента ИЛИ и второй релейный элемент, вход которого соединен с выходом интегратора, первый и второй управляющие входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов ИЛИ, входы первого элемента ИЛИ соединены с первыми выходами первого и второго релейных элементов, входы второго элемента ИЛИ - с вторыми выходами первого и второго релейных элементов, а входы третьего элемента ИЛИ соединены с первым и вторым выходами первого релейного элемента, выход третьего элемента ИЛИ через переключатель параметров подключен к входу изменения параметров дифференциатора. In the proposed PID controller, containing an integrator and a differentiator connected in parallel, as well as an amplifier, the outputs of which are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to a nonlinear limiter and the input of the first relay element, an additional parameter switch, three OR elements and a second relay element, an input are installed which is connected to the output of the integrator, the first and second control inputs of which are connected to the outputs of the first and second OR elements, respectively, the inputs of the first OR element are connected with the first outputs of the first and second relay elements, the inputs of the second OR element with the second outputs of the first and second relay elements, and the inputs of the third OR element are connected to the first and second outputs of the first relay element, the output of the third OR element through the parameter switch is connected to the parameter change input differentiator.

На фиг. 1 представлена блок-схема регулятора; на фиг. 2 - его временные диаграммы работы при отключенном дифференциаторе (постоянная времени дифференцирования T_д равна нулю) и при длительно действующем положительном входном сигнале (ошибка регулирования), когда выходные сигналы интегратора и регулятора достигают верхних пределов изменения P_B, P_B + Δ_B. При длительно действующем отрицательном входном сигнале, когда выходные сигналы достигают нижних пределов изменения P_H, P_H - Δ_H, временные диаграммы выглядят аналогично и будут симметричными относительно оси времени t.In FIG. 1 is a block diagram of a controller; in FIG. 2 - its timing diagrams of operation when the differentiator is off (the differentiation time constant T _d is zero) and with a long-acting positive input signal (control error) when the output signals of the integrator and controller reach the upper limits of variation of P _B , P _B + Δ _B. With a long-acting negative input signal, when the output signals reach the lower limits of variation of P _H , P _H - Δ _H , the time diagrams look similar and will be symmetrical with respect to the time axis t.

ПИД-регулятор содержит усилитель 1 (пропорциональная часть регулятора), интегратор 2, дифференциатор 3, сумматор 4, нелинейный ограничитель 5, первый и второй релейные элементы 6, 7, первый, второй и третий элементы ИЛИ 8-10 и переключатель 11 параметров дифференциатора (его постоянной времени T_д). Переключатель параметров 11 может представлять собой, например, переключающее реле, которое коммутирует два резистора в RC-цепи, на базе которой обычно реализуется дифференцирующее звено.The PID controller contains an amplifier 1 (proportional part of the controller), an integrator 2, a differentiator 3, an adder 4, a nonlinear limiter 5, the first and second relay elements 6, 7, the first, second, and third elements OR 8-10 and the switch 11 of the differentiator parameters ( its time constant T _d ). The parameter selector 11 may be, for example, a switching relay that switches two resistors in an RC circuit, on the basis of which a differentiating element is usually implemented.

Вход ε регулятора (ошибка регулирования) соединен с входом усилителя 1 и основными входами интегратора 2 и дифференциатора 3. Выходы блоков 1, 2, 3 подключены к входам сумматора 4, выход U которого соединен с входом нелинейного ограничителя 5 и входом первого релейного элемента 6, первый вход P₁ которого соединен с первыми входами первого и третьего элементов ИЛИ 8, 10. Второй вход третьего элемента ИЛИ 10 подключен к второму выходу P₂ первого релейного элемента 6 и первому входу второго элемента ИЛИ 9, другой вход которого подключен ко второму выходу P_К2 второго релейного элемента 7, вход которого соединен с выходом интегратора 2, первый P_И1 и второй P_И2 управляющие входы которого подключены к выходам соответственно первого 8 и второго 9 элементов ИЛИ. Первый выход P_К1 второго релейного элемента 7 соединен с другим входом первого элемента ИЛИ 8. Выход третьего элемента ИЛИ 10 соединен с входом переключателя параметров 11, выход которого соединен с входом изменения параметров T_д дифференциатора 3. Выход нелинейного ограничителя 5 подключен к выходному каналу регулятора Y. Настройка верхнего P_В и нижнего P_Н пределов изменения выходного сигнала U₁ интегратора 2 и выходного сигнала Y регулятора производится через задающие входы блоков 5, 7 от первого и второго задающих каналов P_В, P_Н. Настройка верхнего и нижнего пределов изменения выходного сигнала U сумматора 4 производится через задающие входы блока 6 от третьего и четвертого задающих каналов P_B + Δ_B и P_H - Δ_H. Пределы изменения выходного сигнала U сумматора 4 расширены по сравнению с пределами изменения выходных сигналов U₁ интегратора и Y регулятора, то есть Δ_B > 0 и Δ_H > 0.
Регулятор работает следующим образом.The input ε of the controller (control error) is connected to the input of the amplifier 1 and the main inputs of the integrator 2 and the differentiator 3. The outputs of blocks 1, 2, 3 are connected to the inputs of the adder 4, the output U of which is connected to the input of the nonlinear limiter 5 and the input of the first relay element 6, the first input P _{1 of} which is connected to the first inputs of the first and third elements OR 8, 10. The second input of the third element OR 10 is connected to the second output P _{2 of the} first relay element 6 and the first input of the second element OR 9, the other input of which is connected to the second output P _{K2 of the} second relay element 7, the input of which is connected to the output of the integrator 2, the first P _AND1 and the second P _And2 whose control inputs are connected to the outputs of the first 8 and second 9 OR elements, respectively. The first output P _{K1 of the} second relay element 7 is connected to another input of the first element OR 8. The output of the third element OR 10 is connected to the input of the parameter switch 11, the output of which is connected to the input of the parameter change T _{d of the} differentiator 3. The output of the nonlinear limiter 5 is connected to the output channel of the controller Y. The setting of the upper P _B and lower P _N limits for changing the output signal U _{1 of the} integrator 2 and the output signal Y of the controller is made through the input inputs of blocks 5, 7 from the first and second reference channels P _B , P _N. The upper and lower limits for changing the output signal U of the adder 4 are configured through the input inputs of block 6 from the third and fourth driving channels P _B + Δ _B and P _H - Δ _H. The limits of the output signal U of the adder 4 are expanded compared with the limits of the output signals U _{1 of the} integrator and the controller Y, that is, Δ _B > 0 and Δ _H > 0.
The regulator operates as follows.

Входным сигналом регулятора является сигнал рассогласования ε между заданным и текущим значениями регулируемого параметра. Входной сигнал ε поступает одновременно на входы усилителя 1 (пропорциональное звено), интегратора 2 и дифференциатора 3, выходные сигналы которых подаются на входы сумматора 4 и образуют выходной сигнал U, который в линейном режиме является алгебраической суммой пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих закона регулирования. При этом выходной сигнал U сумматора 4 находится в заданных пределах (P_H - Δ_H , P_B + Δ_B), расширенных по сравнению с заданными пределами (P_Н, P_В) изменения выходных сигналов U₁ интегратора и Y регулятора, которые также находятся внутри своих заданных пределов (P_Н, P_В). Логические сигналы P₁, P₂ на выходах первого и P_К1, P_К2 на выходах второго релейных элементов 6, 7 равны нулю. Следовательно, равны нулю сигналы на выходах всех трех элементов ИЛИ, а значит отсутствуют сигналы на входе переключателя 11 параметров дифференциатора и на обоих управляющих входах P_И1, P_И2 интегратора. Интегратор 2 и дифференциатор 3 реализуют обычные стандартные операции интегрирования и дифференцирования входного сигнала ε регулятора с заданными значениями постоянных времени T_И и T_Д.The input of the controller is a mismatch signal ε between the set and current values of the adjustable parameter. The input signal ε is supplied simultaneously to the inputs of amplifier 1 (proportional link), integrator 2 and differentiator 3, the output signals of which are fed to the inputs of adder 4 and form the output signal U, which in linear mode is the algebraic sum of the proportional, integral, and differential components of the control law. The output signal U of the adder 4 is within the specified limits (P _H - Δ _H , P _B + Δ _B ), expanded compared with the specified limits (P _N , P _B ) changes in the output signals U _{1 of the} integrator and Y of the controller, which also are within their predetermined limits (P _N , P _B ). Logical signals P ₁ , P ₂ at the outputs of the first and P _K1 , P _K2 at the outputs of the second relay elements 6, 7 are equal to zero. Therefore, the signals at the outputs of all three OR elements are equal to zero, which means that there are no signals at the input of the switch 11 of the differentiator parameters and at both control inputs P _I1 , P _{AND2 of the} integrator. The integrator 2 and the differentiator 3 implement the usual standard operations of integration and differentiation of the input signal ε of the controller with the specified values of the time constants T _AND and T _D.

Выходной сигнал Y регулятора повторяет выходной сигнал U сумматора 4, если U находится в заданных пределах (P_Н, P_В), и

если сигнал U вышел за заданные пределы (P_Н, P_В).The output signal Y of the controller repeats the output signal U of the adder 4, if U is within the specified limits (P _N , P _B ), and

if the signal U has gone beyond the specified limits (P _N , P _B ).

Уровни ограничения выходных сигналов регулятора Y и интегратора U₁ определяются уровнями сигналов, поступающих из задающих каналов P_В и P_Н . Расширенные уровни ограничения выходного сигнала U сумматора 4 определяются уровнями сигналов, поступающих из задающих каналов P_B + Δ_B и P_H - Δ_H, где Δ_B > 0 и Δ_H > 0. Регулятор реализует линейный ПИД-закон управления - см. фиг. 2, отрезки времени t ≤ t₁ и t ≥ t₇.The levels of limitation of the output signals of the controller Y and the integrator U _{1 are} determined by the levels of the signals coming from the master channels P _B and P _N. The extended output signal restriction levels U of adder 4 are determined by the signal levels coming from the master channels P _B + Δ _B and P _H - Δ _H , where Δ _B > 0 and Δ _H > 0. The controller implements the linear PID control law - see FIG. . 2, time intervals t ≤ t ₁ and t ≥ t ₇ .

Когда выходной сигнал U₁ интегратора 2, изменяясь, становится больше верхнего предела P_В, на выходе P_К1 второго релейного элемента 7 появляется логический сигнал "единица" (т.е. P_К1 = "1"), которая через первый элемент ИЛИ 8 поступает на первый управляющий вход P_И1 интегратора 2. Сигнал P_И1 = "1" дает команду на принудительное уменьшение с заданной скоростью выходного сигнала U₁ интегратора 2 до верхнего граничного уровня P_В, т.е. возвращает U₁ в заданные пределы (P_Н, P_В). Такая ситуация возникает в предлагаемом ПИД-регуляторе при небольших, но длительно действующих ошибках регулирования ε при Kε ≤ Δ_B, где K - коэффициент передачи усилителя 1 (пропорциональной части) - см. фиг. 2, отрезок времени t₁ - t₄.When the output signal U _{1 of the} integrator 2, changing, becomes greater than the upper limit P _B , the output logic P _{K1 of the} second relay element 7 appears the logical signal "unit" (ie P _K1 = "1"), which through the first element OR 8 arrives at the first control input P _{And 1 of the} integrator 2. The signal P _And 1 = "1" gives the command to force decrease with a given speed the output signal U _{1 of the} integrator 2 to the upper boundary level P _B , i.e. returns U ₁ to the given limits (P _H , P _B ). Such a situation arises in the proposed PID controller with small, but long-acting control errors ε for Kε ≤ Δ _B , where K is the gain of the amplifier 1 (proportional part) - see Fig. 2, the length of time t ₁ - t ₄ .

Аналогично при выходе сигнала U₁ за нижний предел P_Н на выходе P_К2 релейного элемента 7 появляется логическая "единица", которая через второй элемент ИЛИ 9 поступает на второй управляющий вход P_И2 интегратора, что приводит к "принудительному" увеличению с заданной скоростью выходного сигнала U₁ интегратора и возвращению его в заданные пределы (P_Н, P_В). Такая ситуация возникает при небольших (по модулю), но также длительно действующих ошибках регулирования ε при |Kε| ≤ Δ_H и Kε < 0.
Когда выходной сигнал U сумматора 4, изменяясь, становится больше верхнего расширенного предела P_B + Δ_B, на выходе P₁ первого релейного элемента 6 появляется логический сигнал "единица", которая через первый элемент ИЛИ 8 поступает на первый управляющий вход P_И1 интегратора и через третий элемент ИЛИ 10 и переключатель параметров 11 - на вход изменения параметров T_д дифференциатора 3. В дифференциаторе устанавливается малая постоянная времени дифференцирования T_Д1, близкая к нулю, в результате чего дифференциальная составляющая U₂ выходного сигнала ПИД-регулятора будет быстро уменьшаться до нуля, способствуя уменьшению выходного сигнала U сумматора 4 до верхнего расширенного граничного уровня P_B + Δ_B. Одновременно с этим по команде P_И1 = 1 происходит уменьшение интегральной составляющей U₁ выходного сигнала ПИД-регулятора. Совокупное действие этих эффектов уменьшения U₁ и U₂ уменьшает выходной сигнал U сумматора 4 до верхнего граничного уровня P_B + Δ_B, т.е. возвращает его в заданные расширенные пределы (P_H - Δ_H , P_B + Δ_B). На фиг. 2 (отрезок времени t₄ - t₇) показаны диаграммы работы ПИД-регулятора при отключенном дифференциаторе 3 (время T_Д ≡ 0) и при больших ошибках регулирования (Kε > Δ_B), где для удержания выходного сигнала U сумматора 4 на верхнем расширенном граничном уровне P_B + Δ_B выходной сигнал U₁ интегратора уменьшается на величину ΔU₁ = Kε - Δ_B.
Аналогично при выходе сигнала U сумматора 4 за нижний расширенный предел P_H - Δ_H, на выходе P₂ первого релейного элемента 6 появляется логическая "единица", которая через второй элемент ИЛИ 9 поступает на второй управляющий вход P_И2 интегратора и через третий элемент ИЛИ 10 и переключатель параметров 11 - на вход изменения параметров T_д дифференциатора 3. В дифференциаторе также устанавливается малая постоянная времени T_Д1, близкая к нулю, в результате чего дифференциальная составляющая U₂ выходного сигнала ПИД-регулятора будет быстро увеличиваться до нуля (уменьшаться по абсолютной величине), способствуя увеличению выходного сигнала U сумматора 4 до нижнего расширенного граничного уровня P_H - Δ_H. Одновременно с этим по команде P_И2 = 1 происходит увеличение интегральной составляющей U₁ выходного сигнала ПИД-регулятора. Совокупное действие этих эффектов увеличения U₁ и U₂ увеличивает выходной сигнал U сумматора 4 до нижнего расширенного граничного уровня P_H - Δ_H, т.е. возвращает его в заданные расширенные пределы (P_H - Δ_H , P_B + Δ_B).
Исследования предлагаемого ПИД-регулятора совместно с моделью объекта управления показывают, что в процессе возвращения выходного сигнала регулятора в заданные пределы дифференциальную составляющую U₂ следует изменять в 5-10 раз быстрее, чем интегральную составляющую U₁. Это соотношение устанавливают с помощью выбора значения малой постоянной времени дифференциатора T_Д1 и выбором скоростей принудительного увеличения и уменьшения интегральной составляющей по соответствующим командам P_И1 и P_И2.Similarly, when the signal U ₁ goes beyond the lower limit P _Н , a logical “unit” appears at the output P _{K2 of the} relay element 7, which, through the second element OR 9, enters the second control input P _{I2 of the} integrator, which leads to a “forced” increase with the specified output speed the signal U ₁ integrator and returning it to the specified limits (P _N , P _In ). Such a situation arises with small (modulo), but also long-acting control errors ε with | Kε | ≤ Δ _H and Kε <0.
When the output signal U of the adder 4, changing, becomes greater than the upper extended limit P _B + Δ _B , the output logic P _{1 of the} first relay element 6 receives a logic signal "unit", which through the first element OR 8 is fed to the first control input P _{AND 1 of the} integrator and through the third element OR 10 and the parameter switch 11 - to the input of the change in the parameters T _{d of the} differentiator 3. In the differentiator, a small differentiation time constant T _D1 is set close to zero, as a result of which the differential component U _{2 of the} output si the signal of the PID controller will rapidly decrease to zero, helping to reduce the output signal U of the adder 4 to the upper extended boundary level P _B + Δ _B. At the same time, by the command P _И1 = 1, the integral component U _{1 of the} output signal of the PID controller decreases. The combined effect of these reduction effects U ₁ and U ₂ reduces the output signal U of the adder 4 to the upper boundary level P _B + Δ _B , i.e. returns it to the specified extended limits (P _H - Δ _H , P _B + Δ _B ). In FIG. 2 (time interval t ₄ - t ₇ ) shows the PID controller operation diagrams when differentiator 3 is off (time T _Д ≡ 0) and for large control errors (Kε> Δ _B ), where, to hold the output signal U of the adder 4 on the upper extended boundary level P _B + Δ _{B the} output signal U _{1 of the} integrator is reduced by ΔU ₁ = Kε - Δ _B.
Similarly, when the signal U of the adder 4 goes beyond the lower extended limit P _H - Δ _H , a logical "unit" appears at the output P _{2 of the} first relay element 6, which through the second element OR 9 goes to the second control input P _{I2 of the} integrator and through the third element OR 10 and a switch parameters 11 - change in the parameter input T _d differentiator 3. The differentiator also set low the time constant T _D1 is close to zero, whereby the differential component U ₂ PID controller output is increasing rapidly tsya to zero (decrease in absolute value), contributing to an increase in the output signal U of the adder 4 to the extended lower boundary level P _{_H} - Δ _H. At the same time, by the command P _И2 = 1, the integral component U _{1 of the} output signal of the PID controller increases. The combined effect of these effects of increasing U ₁ and U ₂ increases the output signal U of the adder 4 to the lower extended boundary level P _H - Δ _H , i.e. returns it to the specified extended limits (P _H - Δ _H , P _B + Δ _B ).
Studies of the proposed PID controller in conjunction with the model of the control object show that in the process of returning the controller output signal to predetermined limits, the differential component U ₂ should be changed 5-10 times faster than the integral component U ₁ . This ratio is established by choosing the value of the small time constant of the differentiator T _D1 and choosing the speed of forced increase and decrease of the integral component according to the corresponding commands P _AND1 and P _AND2 .

Расширение заданных пределов изменения (P_H - Δ_H , P_B + Δ_B) выходного сигнала U сумматора по сравнению с заданными пределами изменеия (P_Н, P_В) выходного сигнала Y регулятора позволяет устранить излишнее упреждающее воздействие в системе управления при отходе исполнительного механизма от его крайних положений, соответствующих сигналам P_Н и P_В на выходе Y регулятора. Кроме того, все изменения выходного сигнала U сумматора 4 в процессе его ограничения на границах расширенного диапазона не проходят на выход регулятора через нелинейный ограничитель 5 и не могут воздействовать на регулируемый параметр. Поэтому предлагаемый регулятор обеспечивает существенное улучшение динамических характеристик систем регулирования технологических параметров.The extension of the specified limits of change (P _H - Δ _H , P _B + Δ _B ) of the output signal U of the adder compared to the specified limits of change (P _N , P _B ) of the output signal Y of the controller eliminates unnecessary preemptive action in the control system when the actuator moves away from its extreme positions corresponding to the signals P _N and P _B at the output of the Y regulator. In addition, all changes in the output signal U of the adder 4 during its limitation at the boundaries of the extended range do not pass to the output of the controller through the nonlinear limiter 5 and cannot affect the adjustable parameter. Therefore, the proposed controller provides a significant improvement in the dynamic characteristics of the control systems of technological parameters.

По сравнению с известными, предлагаемый регулятор имеет более простую конструкцию и наряду с согласованными ограничениями выходных сигналов регулятора обеспечивает дополнительно защиту от насыщения динамических составляющих закона управления, что улучшает динамику процессов регулирования вследствие реализации регулятора с "антинасыщением". При этом простыми средствами обеспечивается оптимальное соотношение между приращениями интегральной и дифференциальной составляющих закона регулирования в процессе ограничения (сброса) выходного сигнала регулятора, что способствует повышению точности регулятора. Compared with the known ones, the proposed controller has a simpler design and, along with the agreed limitations of the controller output signals, provides additional protection against saturation of the dynamic components of the control law, which improves the dynamics of the regulation processes due to the implementation of the controller with "anti-saturation". In this case, by simple means, the optimal ratio between the increments of the integral and differential components of the control law is provided during the limitation (reset) of the controller output signal, which helps to increase the controller accuracy.

Предлагаемый ПИД-регулятор с ограничениями выходных сигналов и защитой их от насыщения можно выполнить на элементах цифровой и микропроцессорной техники, и даже на элементах и модулях промышленной пневмоавтоматики его реализация не вызывает затруднений. The proposed PID controller with restrictions on the output signals and protecting them from saturation can be performed on elements of digital and microprocessor technology, and even on elements and modules of industrial pneumatic automation, its implementation does not cause difficulties.

Claims

A proportional-integral-differential controller with output signal limitations, containing an integrator and a differentiator connected in parallel, as well as an amplifier, the outputs of which are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to a nonlinear limiter and the input of the first relay element, characterized in that it further comprises a parameter switch , three OR elements and a second relay element, the input of which is connected to the output of the integrator, the first and second control inputs of which are connected to the outputs with Responsibly the first and second OR elements, the inputs of the first OR element are connected to the first outputs of the first and second relay elements, the inputs of the second OR element are connected to the second outputs of the first and second relay elements, and the outputs of the third OR element are connected to the first and second outputs of the first relay element, the output of the third OR element through the parameter switch is connected to the input of the change of differentiator parameters.