RU2161326C1

RU2161326C1 - Variable-structure regulator

Info

Publication number: RU2161326C1
Application number: RU2000107490A
Authority: RU
Inventors: А.А. Говоров; Е.В. Кузьмичев; А.А. Лавров
Original assignee: Тульский государственный университет
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2000-12-27

Abstract

FIELD: automatic control equipment, namely, variable-structure systems, possibly for automatization of different manufacturing processes. SUBSTANCE: regulator is designed for controlling objects with variable parameters and delay changed in wide ranges upon acting of significant disturbance-stimulations during manufacturing process. Regulator may have digital and microprocessor devices and also pneumoautomatic modules. EFFECT: enhanced quality of regulation due to enlarged functional possibilities, noise immunity, stability and accuracy of regulator. 2 cl, 3 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к технике автоматического регулирования, а именно к устройствам с переменной структурой, и может быть использовано при автоматизации различных технологических процессов. The invention relates to techniques for automatic control, namely, devices with a variable structure, and can be used in the automation of various technological processes.

Известны регуляторы с переменной структурой (РПС), содержащие блок переключения, блок предварения, регулирующий блок, логический блок и блок сигнализации с зоной нечувствительности, например, пневматический регулятор с переменной структурой (авт. свид. СССР N 718834, М. Кл² G 05 B 11/58 и G 05 B 13/00, Бюл. изобр. N 8, 1980), в котором изменяются лишь постоянная времени блока предварения и величина зоны нечувствительности блока сигнализации.Known regulators with variable structure (RPS), containing a switching unit, a pre-block, a control unit, a logic unit and an alarm unit with a dead zone, for example, a pneumatic controller with a variable structure (ed. Certificate of the USSR N 718834, M. C ² G 05 B 11/58 and G 05 B 13/00, Bull. Inventory N 8, 1980), in which only the time constant of the advance unit and the deadband of the alarm unit are changed.

Однако поэтому известный регулятор не обладает достаточной помехозащищенностью, устойчивостью и точностью работы при управлении объектами с переменными параметрами и запаздыванием, изменяющимися в широких пределах и при действии значительных возмущений технологического процесса. However, therefore, the known controller does not have sufficient noise immunity, stability and accuracy when controlling objects with variable parameters and lag, varying over a wide range and under the influence of significant process disturbances.

Кроме того, известны регуляторы с переменной структурой, содержащие элемент сравнения, регулирующий блок, блок переключения и блок логики, состоящий из двух блоков предварения и двух блоков релейной сигнализации, например, пневматический регулятор с переменной структурой (авт. свид. СССР N 851337, М. Кл³ G 05 B 11/58, Бюл. изобр. N 28, 1981), в котором переключаются лишь параметры дифференциальной составляющей закона регулирования.In addition, controllers with a variable structure are known, containing a comparison element, a control unit, a switching unit, and a logic unit consisting of two preliminary units and two relay alarm units, for example, a pneumatic controller with a variable structure (ed. Certificate of the USSR N 851337, M Cl ³ G 05 B 11/58, Bull. Inventory N 28, 1981), in which only the parameters of the differential component of the regulation law are switched.

Поэтому этот известный регулятор также не обеспечивает достаточного качества (помехозащищенности, устойчивости и точности работы) при управлении объектами с переменными параметрами и запаздыванием, изменяющимися в широких пределах и при действии значительных возмущений технологического процесса. Therefore, this well-known controller also does not provide sufficient quality (noise immunity, stability and accuracy of operation) when controlling objects with variable parameters and delay, which vary widely and when significant process disturbances occur.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является регулятор с переменной структурой, содержащий блок переключения, первый и второй блоки релейной сигнализации, каждый из которых содержит сигнализаторы верхнего и нижнего отклонений, логический блок, состоящий из логических элементов: первого, второго и третьего элементов ИЛИ, первого и второго элементов И, элемента ИЛИ-НЕ, первого и второго элементов "Запрет", а также регулирующий блок, вход которого подключен к выходу элемента сравнения и входам первого и второго блоков предварения, выходы которых подключены соответственно к входам первого и второго блоков релейной сигнализации, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых подключены к входам элемента ИЛИ-НЕ, вход первого элемента "Запрет" соединен с выходом первого элемента ИЛИ, запрещающий вход - с выходом второго элемента ИЛИ, вход второго элемента "Запрет" соединен с выходом второго элемента ИЛИ, запрещающий вход - с выходом первого элемента ИЛИ, входы первого элемента И соединены с выходами сигнализаторов верхнего отклонения, входы второго элемента И соединены с выходами сигнализаторов нижнего отклонения, выходы первого и второго элементов И подключены к входам третьего элемента ИЛИ (авт. свид. СССР N 748345, М. Кл². G 05 B 11/58 и G 05 B 13/00, Бюл. изобр. N 26, 1980).The closest in technical essence to the proposed one is a controller with a variable structure, comprising a switching unit, first and second blocks of relay signaling, each of which contains signaling devices of the upper and lower deviations, a logical unit consisting of logical elements: the first, second and third elements OR, the first and second elements AND, the OR-NOT element, the first and second elements "Prohibition", as well as the control unit, the input of which is connected to the output of the comparison element and the inputs of the first and second blocks p redirections, the outputs of which are connected respectively to the inputs of the first and second relay signaling units, the outputs of which are connected respectively to the inputs of the first and second OR elements, the outputs of which are connected to the inputs of the OR-NOT element, the input of the first "Deny" element is connected to the output of the first OR element, prohibitory input - with the output of the second OR element, the input of the second "Prohibition" element is connected to the output of the second OR element, the prohibiting input - with the output of the first OR element, the inputs of the first AND element are connected to the signal outputs Ator upper deflection inputs of the second AND gate connected to the outputs of the lower deflection sensors, outputs of first and second AND gates are connected to the inputs of a third OR gate (auth. testimonial. USSR N 748345, M. Cl. ² . G 05 B 11/58 and G 05 B 13/00, Bull. fig. N 26, 1980).

Однако в этом известном регуляторе изменяются только параметры регулирующего блока (закона регулирования) и остаются постоянными (без изменения) постоянные времени блоков предварения и величины зон нечувствительности в блоках релейной сигнализации, что не позволяет изменять наклон линий переключения параметров и ширину соответствующих зон нечувствительности на фазовой плоскости автоматической системы регулирования (АСР), то есть нет возможности изменять закон переключения параметров регулирующего блока в соответствии с изменяющимися условиями работы объекта управления. Это снижает качество регулирования технологических параметров, а также сужает функциональные возможности регулятора. However, in this known controller, only the parameters of the control unit (regulation law) are changed and the time constants of the pre-blocks and dead zones in the relay alarm units remain constant (without changing), which does not allow changing the slope of the parameter switching lines and the width of the corresponding dead zones on the phase plane automatic control system (ACP), that is, there is no way to change the law of switching the parameters of the regulatory unit in accordance with the operating conditions of the control object. This reduces the quality of regulation of technological parameters, and also reduces the functionality of the regulator.

В предлагаемом регуляторе с переменной структурой, содержащем элемент сравнения, связанный с ним регулирующий блок и подключенный к нему задающими параметры закона управления выходами блок переключения настроек, первый и второй блоки предварения, входы которых соединены с выходом элемента сравнения, а выходы подключены соответственно к входам первого и второго блоков релейной сигнализации, каждый из которых содержит сигнализаторы верхнего и нижнего отклонений, и логический блок, состоящий из первого, второго, третьего, четвертого элементов ИЛИ, первого, второго, третьего, четвертого элементов И, элемента ИЛИ-НЕ и первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого элементов "Запрет", входы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с выходами первого и второго блоков релейной сигнализации, а их выходы подключены к входам элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к прямому входу седьмого элемента "Запрет", прямые входы первого и второго элементов "Запрет" соединены соответственно с выходами первого и второго элементов ИЛИ, а их запрещающие входы - с выходами соответственно второго и первого элементов ИЛИ, выходы первого и второго элементов "Запрет" подключены к прямым входам соответственно шестого и пятого одноименных элементов, входы первого и второго элементов И подключены к выходам сигнализаторов соответственно верхнего и нижнего отклонений первого и второго блоков релейной сигнализации, а их выходы соединены с входами третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к прямому входу четвертого элемента "Запрет", первые входы третьего и четвертого элементов И соединены с сигнализаторами верхнего отклонения соответственно первого и второго блоков релейной сигнализации, а вторые - с сигнализаторами нижнего отклонения соответственно второго и первого блоков релейной сигнализации, выходы третьего и четвертого элементов И подключены к входам четвертого элемента ИЛИ, выход которого соединен с прямым входом третьего элемента "Запрет", первый, второй, третий, четвертый и пятый основные входы блока переключения настроек соединены соответственно с выходами седьмого, шестого, пятого, четвертого и третьего элементов "Запрет" в логическом блоке, дополнительный вход блока переключения настроек соединен непосредственно с задающим логическим каналом, который также подключен к запрещающим входам третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого элементов "Запрет", соответствующие выходы блока переключения настроек соединены с параметрическими входами первого и второго блоков предварения, а также первого и второго блоков релейной сигнализации, блок переключения настроек содержит семь динамических блоков и семь переключателей шести аналоговых параметров настройки каждый, шесть задающих логических входов каждого переключателя соединены с соответствующими шестью задающими логическими входами других переключателей и шестью входами блока переключения настроек, выходы переключателей через соответствующие динамические блоки подключены к соответствующим семи выходам блока переключения настроек. In the proposed controller with a variable structure containing a comparison element, a control unit connected to it and a setting switching unit, first and second pre-blocks, the inputs of which are connected to the output of the comparison element and the outputs are connected respectively to the inputs of the first and the second relay alarm blocks, each of which contains signaling devices of the upper and lower deviations, and a logical block consisting of the first, second, third, fourth ele ORs, the first, second, third, fourth AND elements, the OR-NOT element and the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh "Ban" elements, the inputs of the first and second OR elements are connected respectively to the outputs of the first and second blocks relay alarms, and their outputs are connected to the inputs of the OR-NOT element, the output of which is connected to the direct input of the seventh element "Prohibition", the direct inputs of the first and second elements "Prohibition" are connected respectively to the outputs of the first and second elements OR, and their prohibition - with the outputs of the second and first OR elements, respectively, the outputs of the first and second “Prohibition” elements are connected to the direct inputs of the sixth and fifth elements of the same name, the inputs of the first and second AND elements are connected to the outputs of the signaling devices of the upper and lower deviations of the first and second relay signaling units , and their outputs are connected to the inputs of the third OR element, the output of which is connected to the direct input of the fourth element "Prohibition", the first inputs of the third and fourth elements AND are connected to by the analyzers of the upper deviation of the first and second relay signaling units, respectively, and the second with the signaling devices of the lower deviation of the second and first relaying units, respectively, the outputs of the third and fourth AND elements are connected to the inputs of the fourth OR element, the output of which is connected to the direct input of the third "Inhibition" element , the first, second, third, fourth and fifth main inputs of the settings switching unit are connected respectively to the outputs of the seventh, sixth, fifth, fourth and third elements "Prohibition" in the logic block, the additional input of the settings switch block is connected directly to the master logic channel, which is also connected to the inhibit inputs of the third, fourth, fifth, sixth and seventh elements "Prohibition", the corresponding outputs of the settings switch block are connected to the parametric inputs of the first and the second pre-blocks, as well as the first and second relay signaling blocks, the settings switching block contains seven dynamic blocks and seven switches of six analog parameters Each setting, six driving logic inputs of each switch are connected to the corresponding six driving logic inputs of other switches and six inputs of the settings switching unit, the outputs of the switches through the corresponding dynamic blocks are connected to the corresponding seven outputs of the settings switching unit.

На фиг. 1 представлена блок-схема регулятора с переменной структурой; на фиг. 2 представлена схема блока переключения настроек; на фиг. 3 - разбиение фазовой плоскости АСР на области логическим устройством регулятора. In FIG. 1 is a block diagram of a variable structure controller; in FIG. 2 is a diagram of a settings switching unit; in FIG. 3 - splitting the phase plane of the ACP into the area of the logical device of the regulator.

Предлагаемый регулятор содержит элемент сравнения 1, регулирующий блок (РБ) 2 для реализации стандартного ПИД-закона, блок переключения настроек (БПН) 3, два блока предварения 4, 5 (БП1 и БП2), два блока релейной сигнализации 6, 7 (БРС1 и БРС2) и логическое устройство 8, которое, в свою очередь, содержит логические элементы ИЛИ 9-12, элементы И 13 - 16, элемент ИЛИ-НЕ 17 и элементы "Запрет" 18 - 24, кроме того, БПН содержит семь переключателей шести аналоговых параметров настройки каждый 25-31, а также семь динамических блоков 32-38 (ДБ1 - ДБ7). The proposed controller contains a comparison element 1, a control unit (RB) 2 for implementing the standard PID law, a settings switching unit (BPN) 3, two pre-blocks 4, 5 (BP1 and BP2), two relay signaling units 6, 7 (BRS1 and BRS2) and a logical device 8, which, in turn, contains logical elements OR 9-12, elements AND 13-16, element OR NOT 17 and elements "Prohibition" 18-24, in addition, the BPN contains seven six analog switches settings each 25-31, as well as seven dynamic blocks 32-38 (DB1 - DB7).

Каждый из двух блоков релейной сигнализации 6 и 7 содержит сигнализаторы нижнего и верхнего отклонений выходного сигнала, подключенного к нему блока предварения 4 или 5 за нижнюю и соответственно верхнюю границы зон нечувствительности (Δ^′ в БРС1 и Δ^″ в БРС2), значения которых устанавливаются блоком БПН3.Each of the two relay signaling units 6 and 7 contains signaling devices for the lower and upper deviations of the output signal, the pre-warning unit 4 or 5 connected to it for the lower and upper boundaries of the dead zones (Δ ^′ in BRS1 and Δ ^″ in BRS2), the values of which are set by the block BPN3.

Выход ε элемента сравнения 1 (ошибка регулирования или сигнал рассогласования ε) соединен с сигнальными входами регулирующего блока РБ 2 и блоков предварения: первого БП1 (блок 4) и второго БП2 (блок 5), сигналы с выходов которых поступают соответственно на входы первого 6 и второго 7 блоков релейной сигнализации БРС. На входы первого 9 и второго 10 элементов ИЛИ подаются логические сигналы соответственно S₁, S₂ и S₃, S₄ от сигнализаторов нижнего и верхнего отклонений соответственно первого 6 и второго 7 блоков релейной сигнализации БРС, а выходы первого 9 и второго 10 элементов ИЛИ подключены к входам элемента ИЛИ-НЕ 17, выход которого соединен с прямым входом седьмого элемента "Запрет" 24. На прямые входы первого 18 и второго 19 элементов "Запрет" поданы сигналы с выходов соответственно первого 9 и второго 10 элементов ИЛИ, а на их запрещающие входы - с выходов соответственно второго 10 и первого 9 элементов ИЛИ, сигналы с выходов первого 18 и второго 19 элементов "Запрет" поданы на прямые входы соответственно шестого 23 и пятого 22 одноименных элементов. На входы первого 13 и второго 14 элементов И подаются сигналы S₂, S₄ и S₁, S₃ соответственно с выходов сигнализаторов верхнего и нижнего отклонения первого 6 и второго 7 блоков релейной сигнализации БРС, а выходы первого 13 и второго 14 элементов И подключены к входам третьего элемента ИЛИ 11, выход которого подключен к прямому входу четвертого элемента "Запрет" 21. На первые входы третьего 15 и четвертого 16 элементов И поданы сигналы S₂ и S₄ соответственно с выходов сигнализаторов верхнего отклонения первого 6 и второго 7 блоков релейной сигнализации, а на вторые - соответственно S₃ и S₁ с выходов сигнализаторов нижнего отклонения второго 7 и первого 6 блоков релейной сигнализации БРС, выходы третьего 15 и четвертого 16 элементов И подключены к входам четвертого элемента ИЛИ 12, сигнал с выхода которого подан на прямой вход третьего элемента "Запрет" 20. На первый - пятый основные входы блока переключения настроек БПН 3 подаются сигналы C₁-C₅ с выходов соответственно седьмого - третьего элементов "Запрет" 24-20 в логическом блоке 8, на дополнительный вход блока переключения настроек БПН 3 непосредственно подан сигнал P₀ с задающего логического канала, который также подается на запрещающие входы третьего - седьмого элементов "Запрет" 20 - 24. Выходы блока переключения настроек T', T'' и Δ^′,Δ^″ соединены соответственно с параметрическими входами первого 4 и второго 5 блоков предварения, а также первого 6 и второго 7 блоков релейной сигнализации.The output ε of the comparison element 1 (control error or mismatch signal ε) is connected to the signal inputs of the control unit RB 2 and the pre-blocks: the first BP1 (block 4) and the second BP2 (block 5), the signals from the outputs of which are respectively fed to the inputs of the first 6 and second 7 blocks of relay signaling BRS. The inputs of the first 9 and second 10 OR elements are supplied with logical signals S ₁ , S ₂ and S ₃ , S _4, respectively, from the signaling devices of the lower and upper deviations of the first 6 and second 7 relay signaling units of the BRS, respectively, and the outputs of the first 9 and second 10 OR elements connected to the inputs of the element OR NOT 17, the output of which is connected to the direct input of the seventh element "Prohibition" 24. The direct inputs of the first 18 and second 19 elements of the "Prohibition" signals from the outputs of the first 9 and second 10 elements OR, respectively, and on them prohibiting inputs - from outputs respectively Of the second 10 and first 9 OR elements, the signals from the outputs of the first 18 and second 19 “Prohibition” elements are fed to the direct inputs of the sixth 23 and fifth 22 of the same elements, respectively. The inputs of the first 13 and second 14 AND elements are supplied with signals S ₂ , S ₄ and S ₁ , S ₃ respectively from the outputs of the signaling devices of the upper and lower deviations of the first 6 and second 7 relay signaling units of the BRS, and the outputs of the first 13 and second 14 elements AND are connected to the inputs of the third element OR 11, the output of which is connected to the direct input of the fourth element "Prohibition" 21. The first inputs of the third 15 and fourth 16 elements And signals S ₂ and S _4, respectively, from the outputs of the signaling devices of the upper deviation of the first 6 and second 7 relay blocks alarm and on the second - S ₃ and S ₁ , respectively, from the outputs of the lower deviation signaling devices of the second 7 and first 6 relay signaling units of the BRS, the outputs of the third 15 and fourth 16 AND elements are connected to the inputs of the fourth element OR 12, the signal from the output of which is fed to the direct input of the third element "Prohibition" 20. The first - fifth main inputs of the switching unit of the BPN 3 settings receive signals C ₁ -C ₅ from the outputs of the seventh - third elements of the "Prohibition" 24-20 in logic block 8, to the additional input of the switching unit of the BPN 3 settings direct enno P ₀ signal is applied to the driving of a logical channel, which is also supplied to the inhibit input of the third - the seventh element "Prohibition" 20 - 24. Outputs settings switching unit T ', T''and^Δ', Δ ^"parametric inputs are connected respectively with the first 4 and the second 5 pre-blocks, as well as the first 6 and second 7 relay signaling units.

Регулятор работает следующим образом. The regulator operates as follows.

На входы элемента сравнения 1 поступают сигнал задания Y₃ и текущее значение регулируемого параметра Y, а на его выходе образуется сигнал рассогласования ε. На выходе первого блока предварения 4 формируется сигнал

на выходе второго блока предварения 5 - сигнал

блоки релейной сигнализации 6 и 7 формируют следующие логические сигналы:

где обычно Δ^″ > Δ^′ > 0, T'' > T'; Δ^′ и Δ^″ - значения зон нечувствительности блоков релейной сигнализации 6, 7; T' и T'' - постоянные времени блоков предварения 4, 5; ε - сигнал рассогласования;

производная по времени сигнала рассогласования.The inputs of the reference element 1 receive the reference signal Y ₃ and the current value of the adjustable parameter Y, and a mismatch signal ε is generated at its output. At the output of the first pre-block 4, a signal is generated

at the output of the second pre-block 5 - signal

blocks of relay signaling 6 and 7 form the following logical signals:

where usually Δ ^″ > Δ ^′ > 0, T ''> T '; Δ ^′ and Δ ^″ are the values of the dead zones of the relay signaling units 6, 7; T 'and T''are the time constants of the pre-blocks 4, 5; ε is the error signal;

time derivative of the error signal.

Логические выходные сигналы БРС1 и БРС2 S₁, S₂, S₃, S₄ поступают на входы логического блока 8 и вызывают появление на выходах логического блока сигналов, соответствующих логической "1" при следующих условиях:
C₁ = "1" при

что соответствует области I на фиг. 3;
C₂ = "1" при

что соответствует области II на фиг. 3;
C₃ = "1" при

что соответствует области III на фиг. 3;
C₄ = "1" при

что соответствует на фиг. 3 области IV, в которой выходные сигналы обоих блоков предварения имеют одинаковые знаки;
C₅ ="1" при

что соответствует на фиг. 3 области V, в которой выходные сигналы обоих блоков предварения имеют разные знаки;
C₀ = "1" при P₀=1, что соответствует принудительной установке параметров настройки K₀, T_И0, T_Д0, T'₀, T''₀,

независимо от значений остальных логических сигналов C₁-C₅.The logical output signals BRS1 and BRS2 S ₁ , S ₂ , S ₃ , S ₄ are fed to the inputs of the logical block 8 and cause the outputs of the logical block of signals corresponding to the logical "1" under the following conditions:
C ₁ = "1" at

which corresponds to region I in FIG. 3;
C ₂ = "1" at

which corresponds to region II in FIG. 3;
C ₃ = "1" at

which corresponds to region III in FIG. 3;
C ₄ = "1" at

which corresponds to FIG. 3 region IV, in which the output signals of both pre-blocks have the same signs;
C ₅ = "1" at

which corresponds to FIG. 3 region V, in which the output signals of both pre-blocks have different signs;
C ₀ = "1" at P ₀ = 1, which corresponds to the forced installation of the settings K ₀ , T _И0 , T _Д0 , T ' ₀ , T'' ₀ ,

regardless of the values of the remaining logic signals C ₁ -C ₅ .

Следует отметить, что две и более логические "1" на выходах логического устройства появиться не могут. Логический блок 8 связан с блоком переключения настроек 3 логическими сигналами C₀, C₁, C₂, C₃, C₄, C₅, характеризующими положение рабочей точки процесса на фазовой плоскости (см. фиг. 3), так, C₁= "1" соответствует области I на фиг. 3, C₂= "1" - области II на фиг. 3 и так далее. При C₀= "1", независимо от значений других логических сигналов, БПН 3 устанавливает значения параметров настройки K₀, T_И0, T_Д0, T'₀, T''₀,

Блок переключения настроек БПН 3 в зависимости от значений логических сигналов на его входах устанавливает в регулирующем блоке 2 различные значения параметров настройки каждой составляющей ПИД-закона регулирования, а также постоянные времени блоков предварения 4, 5 и величины зон нечувствительности блоков релейной сигнализации 6, 7 (табл. 1).It should be noted that two or more logical “1s” cannot appear at the outputs of a logical device. Logic block 8 is connected to the settings switching unit 3 by logical signals C ₀ , C ₁ , C ₂ , C ₃ , C ₄ , C ₅ characterizing the position of the process operating point on the phase plane (see Fig. 3), so, C ₁ = “1” corresponds to region I in FIG. 3, C ₂ = "1" - region II in FIG. 3 and so on. When C ₀ = "1", regardless of the values of other logical signals, BPN 3 sets the values of the settings K ₀ , T _AND0 , T _D0 , T ' ₀ , T'' ₀ ,

The BPN 3 settings switching unit, depending on the values of the logical signals at its inputs, sets various values of the settings for each component of the PID control law, as well as the time constants of the pre-blocks 4, 5 and the deadband zones of the relay signaling units 6, 7 (in the control unit 2) table 1).

Довольно эффективным оказался следующий упрощенный алгоритм работы блока параметров настройки БПН (табл. 2) и соответственно регулятора:

где K₁, T_И1, (T_Д1 = 0) - настройки ПИ-регулятора с малыми коэффициентами передачи для нормального режима (область I);
K₂, T_И2, T_Д3 - умеренные настройки ПИД-закона регулирования, соответственно пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих;
K₄, T_И4, T_Д4 - форсированные настройки ПИД-закона регулирования;
K₀, T_И0, T_Д0 - принудительно устанавливаемые сигналом C₀ настройки регулятора;
p - оператор Лапласа;
K₄ > K₂ > K₁, T_И4 < T_И2 < T_И1, T_Д4 > T_Д3;
в скобках указаны номера областей на фиг. 3.The following simplified algorithm for the operation of the block of settings for the BPN (Table 2) and, accordingly, the regulator turned out to be quite effective:

where K ₁ , T _И1 , (T _Д1 = 0) are the settings of the PI controller with small transmission coefficients for the normal mode (region I);
K ₂ , T _I2 , T _D3 - moderate settings of the PID control law, respectively, of the proportional, integral and differential components;
K ₄ , T _I4 , T _D4 - forced settings of the PID control law;
K ₀ , T _И0 , T _Д0 - controller settings forced by signal C ₀ ;
p is the Laplace operator;
₄ K> K _2> K _1, T _I4 <T _I2 <T _I1, T _D4> T _D3;
in parentheses are the area numbers in FIG. 3.

В табл. 2 по сути приведен алгоритм работы БПН и всего регулятора, причем условия переключения БПН полностью соответствуют табл. 1. Параметры блоков предварения БП и релейной сигнализации БРС переключаются только на двух уровнях. In the table. 2 essentially shows the operation algorithm of the BPN and the entire controller, and the switching conditions of the BPN completely correspond to Table. 1. The parameters of the pre-supply units for the BP and relay signaling of the BRS are switched only at two levels.

Если текущие значения рассогласования и его производной малы по абсолютной величине, то есть сигналы на выходах блоков предварения 4, 5 находятся внутри установленных зон нечувствительности в блоках релейной сигнализации 6, 7, что соответствует области I на фиг. 3, то на первом выходе C₁ логического блока 8 сигнал равен логической "1", который поступает на первый вход блока переключения настроек БПН 3, отключающего в регулирующем блоке РБ 2 дифференциальную составляющую закона регулирования (T_Д1 = 0). Оставшиеся пропорциональная (K₁) и интегральная (T_И1) составляющие с малыми коэффициентами передачи (время интегрирования T_И1 велико, поэтому коэффициент передачи интегратора K_И1 мал) обеспечивают высокую степень помехозащищенности и устойчивости работы системы регулирования АСР. Блок переключения настроек БПН 3 устанавливает также малые постоянные времени T'₁ и T''₁ в блоках предварения 4, 5 и малые величины зон нечувствительности

в блоках релейной сигнализации 6, 7.If the current values of the mismatch and its derivative are small in absolute value, that is, the signals at the outputs of the pre-blocks 4, 5 are inside the set dead zones in the relay signal blocks 6, 7, which corresponds to region I in FIG. 3, then at the first output C _{1 of the} logical block 8, the signal is equal to the logical "1", which is fed to the first input of the switching unit BPN 3, which disables the differential component of the control law in the control unit RB 2 (T _D1 = 0). The remaining proportional (K ₁ ) and integral (T _И1 ) components with small transmission coefficients (the integration time T _{И1 is} long, therefore the gear ratio of the integrator K _{И1 is} small) provide a high degree of noise immunity and stability of the ASR control system. The BPN 3 settings switching unit also sets small time constants T ' ₁ and T'' ₁ in the pre-blocks 4, 5 and small values of dead zones

in relay alarm units 6, 7.

Аналогично действие устройства и в остальных случаях, но со своими параметрами настройки для каждой из пяти областей на фиг. 3. Если сигнал на выходе какого-либо блока предварения 4 или 5 выйдет из установленной для него зоны нечувствительности, срабатывает соответствующий блок релейной сигнализации 6 или 7, что соответствует области II или III на фиг. 3, блок переключающих реле 4 выдает сигнал на втором C₂ или третьем C₃ выходе, блок переключения настроек 3 установит в регулирующем блоке 2 соответствующий закон регулирования: если C₂ = "1", то отключена только дифференциальная составляющая закона (T_Д2 = 0), а во вторых блоках предварения 5 и релейной сигнализации 7 установлены большие постоянная времени T''₂ > T''₁ и зона нечувствительности

если же C₃ = "1", то отключается интегральная составляющая ( T_ИЗ _→ ∞, то есть K_И3 = 0), в первом блоке предварения 4 установлена меньшая постоянная времени T'₂ < T'₁, а в первом блоке релейной сигнализации 6 установлена большая зона нечувствительности

Если регулируемая величина ε удаляется от задания Y₃ или приближается к нему с очень большой скоростью (область IV на фиг. 3), в блоках релейной сигнализации 6, 7 срабатывают сигнализаторы отклонений одного типа (оба верхнего или оба нижнего). Логический блок 8 выдает сигнал C₄ = "1" на четвертом выходе, а блок переключения настроек 3 по этому сигналу устанавливает форсированные настройки ПИД-закона регулирования: K₄ > K₂, T_И4 < T_И2, T_Д4 > T_Д3, в первом блоке предварения 4 устанавливает меньшую постоянную времени T'₂ < T'₁, во втором блоке предварения 5 - большую постоянную времени T''₂ > T''₁, а в блоках релейной сигнализации 6, 7 устанавливает большие значения зон нечувствительности

Если регулируемая величина ε приближается к заданию со степенью затухания, заключенной в интервале (1/T'', 1/T', в блоках релейной сигнализации 6, 7 срабатывают сигнализаторы отклонений разного типа (область V на фиг. 3), то логический блок 8 выдаст сигнал C₀ = "1", а блок переключения настроек 3 оставит в законе регулирования только пропорциональную составляющую K₅ = K₂ ≠ 0, T_И5 _→ ∞ (K_И5 = 0) и T_Д5 = 0 (чтобы не было больших скачков по управлению при выходе в эту область из смежных областей II и III), а в блоках предварения 4, 5 и релейной сигнализации 6, 7 устанавливаются начальные значения параметров: T'₁, T''₁ и

Независимо от того, в какой из областей фазовой плоскости АСР (фиг. 3) находится рабочая точка, при подаче управляющего логического сигнала P₀ = "1", а следовательно, и C₀ = "1", блок переключения настроек 3 устанавливает следующие параметры настройки регулятора: K₀, T_И0, T_Д0, T'₀, T''₀,

По сравнению с известными, предлагаемый регулятор обладает лучшей помехозащищенностью автоматической системы регулирования (так как при малых значениях

работает ПИ-регулятор с малыми коэффициентами передачи: K₁, T_И1, а T_Д1 = 0); повышает степень устойчивости системы при наличии запаздывания в объекте (за счет изменения постоянных времени блоков предварения, изменения ширины зон нечувствительности в блоках релейной сигнализации и смены структуры регулятора с упреждением не в тот момент, когда

а заранее, в момент, когда

причем T'' > T' и Δ^″ > 0); увеличивает точность работы системы (так как форсированные параметры настроек закона регулирования устанавливаются в моменты, когда регулируемая величина удаляется от задания или приближается к нему с большой скоростью); повышает срок службы исполнительного механизма (так как скачки по управлению в моменты переключения структуры регулятора незначительны).The action of the device is similar in other cases, but with its own settings for each of the five areas in FIG. 3. If the signal at the output of any pre-block 4 or 5 leaves the dead band set for it, the corresponding relay signal block 6 or 7 is triggered, which corresponds to region II or III in FIG. 3, the block of switching relays 4 gives a signal at the second C ₂ or third C ₃ output, the block of switching settings 3 sets the corresponding regulation law in the control block 2: if C ₂ = "1", only the differential component of the law is disabled (T _D2 = 0 ), and in the second pre-blocks 5 and relay alarm 7 large time constant T '' ₂ > T '' ₁ and dead zone are set

if C ₃ = "1", then the integral component is turned off (T _{FR FROM} → → ∞, that is, K _{И 3} = 0), the first time block 4 has a smaller time constant T ' ₂ <T' ₁ , and in the first block the relay alarm 6 large deadband set

If the adjustable value of ε moves away from task Y ₃ or approaches it at a very high speed (region IV in Fig. 3), deviation alarms of the same type (both upper or both lower) are triggered in relay blocks 6, 7. The logic unit 8 outputs C ₄ = "1" signal at the fourth output, and the block configuration switch 3 on this signal sets the forced setting PID law regulation: K _4> K _2, T _I4 <T _I2, T _D4> T _D3 in the first pre-block 4 sets a smaller time constant T ' ₂ <T' ₁ , in the second pre-block 5 sets a large time constant T '' ₂ > T '' ₁ , and in the relay signaling units 6, 7 sets large deadband values

If the adjustable value of ε approaches the reference with the degree of attenuation enclosed in the interval (1 / T '', 1 / T ', in the alarm relay blocks 6, 7 deviation signaling devices of different types are activated (region V in Fig. 3), then the logic block 8 will give a signal C ₀ = "1", and the settings switching unit 3 will leave in the regulation law only the proportional component K ₅ = K ₂ ≠ 0, T _И5 _ → ∞ (K _И5 = 0) and T _Д5 = 0 (so that there is no large jumps in control when entering this area from adjacent areas II and III), and in the pre-blocks 4, 5 and relay alarm 6, 7 set The initial values of the parameters are given: T ' ₁ , T'' ₁ and

Regardless of which region of the ACP phase plane (Fig. 3) the operating point is located, when a control logic signal P ₀ = "1", and therefore C ₀ = "1", is supplied, the settings switching unit 3 sets the following parameters controller settings: K ₀ , T _И0 , T _Д0 , T ' ₀ , T'' ₀ ,

Compared with the known ones, the proposed controller has better noise immunity of the automatic control system (since at low values

the PI controller works with small transmission coefficients: K ₁ , T _И1 , and T _Д1 = 0); increases the degree of stability of the system when there is a delay in the object (by changing the time constants of the pre-blocks, changing the width of the dead zones in the relay signaling units and changing the structure of the controller with a lead not at the moment when

but in advance, at the moment when

moreover, T ″> T ′ and Δ ^″ >0); increases the accuracy of the system (since the forced settings of the regulation law are set at times when the adjustable value moves away from the task or approaches it at a high speed); increases the service life of the actuator (since jumps in control at the moments of switching the structure of the controller are insignificant).

Дополнительное повышение качества регулирования достигается за счет изменения параметров блоков релейной сигнализации и блоков предварения. Рекомендуется в форсированном режиме (область IV на фиг. 3) увеличить большую постоянную времени T'' блока предварения БП2 и уменьшить меньшую постоянную времени Т' блока предварения БП1, а зоны нечувствительности в обоих блоках релейной сигнализации увеличивать. An additional improvement in the quality of regulation is achieved by changing the parameters of the relay alarm units and pre-blocks. It is recommended in forced mode (region IV in Fig. 3) to increase the large time constant T '' of the pre-supply unit BP2 and reduce the lower time constant T '' of the pre-supply unit BP1, and increase the dead zones in both relay alarm units.

Кроме того, за счет добавления блока переключения настроек 3 значительно увеличиваются функциональные возможности устройства, что позволяет получать на его базе (как частные случаи) практически все известные алгоритмы обычных (линейных) регуляторов и с переменной структурой различных типов. Так например, если все элементы векторов в БПН равны (K₁ = K₂ = ... K₅, T_И1 = T_И2 ... = T_И5, T_Д1 = T_Д2 = ... T_Д5), то реализуется стандартный ПИД-закон регулирования. При отсутствии зон нечувствительности (Δ^′ = Δ^″ = 0) имеем обычный регулятор с переменной структурой (без зон нечувствительности), работающий только в двух режимах: умеренном и форсированном - на фиг. 3 при этом остаются только области IV и V.In addition, by adding the settings switching unit 3, the device’s functionality is significantly increased, which allows it to receive (as special cases) almost all known algorithms of conventional (linear) controllers and with a variable structure of various types. For example, if all the elements in the vectors are equal BPN (K ₁ = K ₂ = ... K _5, T = T _I1 _I2 ... = T _I5, T _D1 = T _D2 = ... T _D5) is realized standard PID control law. In the absence of dead zones (Δ ^′ = Δ ^″ = 0), we have a regular controller with a variable structure (without dead zones), operating only in two modes: moderate and forced — in FIG. 3 in this case, only areas IV and V.

При постоянных K и T_И (K₁ = K₂ = ... K₅, T_И1 = T_И2 ... T_И5) и переключаемой соответствующим образом только постоянной времени дифференцирования получаем известный регулятор с переменной структурой (авт. свид. СССР N 851337, М. Кл³ G 05 B 11/58, Бюл. изобр., 1981, N 28). При равных, но переключаемых постоянных времени блоков предварения (T' = T'' ≠ 0) и также равных, но плавно переключаемых величинах зон нечувствительности блоков релейной сигнализации БРС (Δ^′ = Δ^″ ≠ 0) получаем известный регулятор с переменной структурой (авт. свид. СССР N 718834, М. Кл². G 05 B 11/58 и G 05 B 13/00, Бюл. изобр., 1980, N 8). Наиболее близкий по технической сущности регулятор с переменной структурой получается, если в таблице 1 все элементы каждого из векторов T', T'' и Δ^′,Δ^″ сделать одинаковыми (при этом параметрические входы блоков предварения БП и блоков релейной сигнализации БРС можно отключить от блока переключения настроек БПН), а элементы векторов K, T_И, T_Д подобрать соответствующим образом.With constant K and T _AND (K ₁ = K ₂ = ... K ₅ , T _И1 = T _И2 ... T _И5 ) and only the differentiation time constant switched accordingly, we obtain a well-known controller with a variable structure (ed. Certificate of the USSR N 851337, M. Cl ³ G 05 B 11/58, Bull. Invent., 1981, N 28). Given equal but switched time constants of the pre-blocks (T '= T''≠ 0) and also equal but smoothly switched values of the dead zones of the alarm relay blocks of the BRS (Δ ^′ = Δ ^″ ≠ 0), we obtain a well-known controller with a variable structure (automatic certificate of the USSR N 718834, M. Cl ^2. G 05 B 11/58 and G 05 B 13/00, Bull. Invent., 1980, N 8). The closest in technical essence controller with a variable structure is obtained if in Table 1 all the elements of each of the vectors T ', T''and Δ ^′ , Δ ^{″ are} made the same (in this case, the parametric inputs of the power supply units of the power supply unit and the relay signaling units of the BRS can be disconnected from block switching settings BPN), and the elements of the vectors K, T _And , T _D select accordingly.

Предлагаемый регулятор с переменной структурой и расширенными функциональными возможностями можно выполнить на элементах цифровой и микропроцессорной техники, и даже на элементах и модулях промышленной пневмоавтоматики его реализация не вызывает затруднений. Довольно просто предлагаемый регулятор реализуется на микропроцессорном контроллере типа Ремиконт Р-130 с использованием алгоритма ПЕР (переключение). Причем, на контроллере Р-130 нетрудно реализовать не скачкообразное, а плавное переключение параметров настройки по какому-либо закону или с заданной скоростью изменения, что позволяет вообще избежать скачков по управлению в моменты переключения структуры регулятора. The proposed controller with a variable structure and advanced functionality 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. Quite simply, the proposed controller is implemented on a microprocessor controller such as Remicont R-130 using the PER algorithm (switching). Moreover, on the P-130 controller, it is easy to realize not abrupt, but smooth switching of the settings according to some law or with a given rate of change, which avoids jumps in control at all when switching the controller structure.

Claims

1. A controller with a variable structure, containing a comparison element, a control unit connected to it and connected to it by outputs defining the parameters of the control law, a settings switching unit, first and second pre-blocks, the inputs of which are connected to the output of the comparison element, and the outputs are connected respectively to the inputs of the first and second blocks of relay signaling, each of which contains signaling devices of the upper and lower deviations, and a logical block consisting of the first, second, third elements OR, first, sec of the AND elements, the first, second "Deny" elements and the OR-NOT element, the inputs of the first and second OR elements are connected respectively to the outputs of the first and second relay signaling units, and their outputs are connected to the inputs of the OR-NOT element, direct inputs of the first and second “Prohibition” elements are connected to the outputs of the first and second OR elements, respectively, and their inhibiting inputs are connected to the outputs of the second and first OR elements, respectively, the inputs of the first and second AND elements are connected to the outputs of the signaling devices, respectively, of the upper and lower open Onion of the first and second blocks of relay signaling, and their outputs are connected to the inputs of the third OR element, characterized in that the logic block additionally contains the third and fourth elements AND, the fourth element OR, as well as the third, fourth, fifth, sixth and seventh elements "Prohibition", the first inputs of the third and fourth elements And are connected to the signaling devices of the upper deviation of the first and second relay signaling units, respectively, and the second - to the signaling devices of the lower deviation, respectively, of the second and first bl relay alarm, the outputs of the third and fourth elements AND are connected to the inputs of the fourth OR element, the output of which is connected to the direct input of the third element "Prohibition", the direct input of the fourth element "Prohibition" is connected to the output of the third element OR, direct inputs of the fifth and sixth elements The ban is connected to the outputs of the second and first elements of the Ban, respectively, the direct input of the seventh element of the Ban is connected to the outputs of the element OR NOT, the first, second, third, fourth and fifth main inputs of the switching unit The batteries are connected respectively to the outputs of the seventh, sixth, fifth, fourth and third "Prohibition" elements in the logic unit, the additional input of the settings switching unit is connected directly to the master logic channel, which is also connected to the inhibit inputs of the third, fourth, fifth, sixth and seventh elements "Prohibition", the corresponding outputs of the settings switching unit are connected to the parametric inputs of the first and second pre-blocks, as well as the first and second relay signaling units.

2. The controller according to claim 1, characterized in that the settings switching unit contains seven dynamic units and seven switches of six analog settings each, six driving logic inputs of each switch are connected to the corresponding six driving logic inputs of other switches and six inputs of the settings switching unit, the outputs of the switches through the corresponding dynamic blocks are connected to the corresponding seven outputs of the block switching settings.