RU2302029C1 - Controller with a relay characteristic - Google Patents
Controller with a relay characteristic Download PDFInfo
- Publication number
- RU2302029C1 RU2302029C1 RU2005140835/09A RU2005140835A RU2302029C1 RU 2302029 C1 RU2302029 C1 RU 2302029C1 RU 2005140835/09 A RU2005140835/09 A RU 2005140835/09A RU 2005140835 A RU2005140835 A RU 2005140835A RU 2302029 C1 RU2302029 C1 RU 2302029C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- controller
- output
- signal
- organ
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано для управления динамическими объектами в химической промышленности, теплотехнике, приборостроении.The invention relates to the field of automatic control and can be used to control dynamic objects in the chemical industry, heat engineering, instrumentation.
Регуляторы с релейной характеристикой (релейные регуляторы) широко распространены в технике (см., например, Бесекрский В.А., Попов Е.П. Теория автоматического управления. СПб.: Профессия, 2003. - С.491-501, 533-542). Известны также регуляторы с релейными характеристиками, работающие по принципу "включено-выключено" и имеющие положительный или отрицательный гистерезис (см., например, а.с. СССР № 631864, № 1418648, № 1585778). Наиболее близким по технической сути к заявляемому устройству является регулятор с релейной характеристикой по а.с. СССР № 631864. Опубл. БИ 1978, № 40.Regulators with a relay characteristic (relay regulators) are widely used in engineering (see, for example, Besekrsky V.A., Popov E.P. Theory of automatic control. St. Petersburg: Profession, 2003. - S.491-501, 533-542 ) Also known are regulators with relay characteristics operating on an on-off basis and having positive or negative hysteresis (see, for example, AS USSR No. 631864, No. 1418648, No. 1585778). The closest in technical essence to the claimed device is a regulator with a relay characteristic for A. with. USSR No. 631864. Publ. BI 1978, No. 40.
Регулятор-прототип содержит индикатор экстремумов, нуль-орган, релейный блок и сумматор и является релейным двухпозиционным регулятором с отрицательным гистерезисом, величина которого поставлена в линейную зависимость от амплитуды автоколебаний. Особенность его заключается в том, что переключения регулятора происходят или с опережением (с "недоходом") по отношению к сигналу на втором входе регулятора (сигналу "задания"), или в момент равенства сигналов на первом и втором входах регулятора ("переменной" и "задания"). Моменты переключения определяются настройкой регулятора. Как показывает анализ, инверсное значение комплексного коэффициента усиления этого регулятора, полученное методом гармонической линеаризации, есть луч, выходящий из начала координат во втором квадранте комплексной плоскости, который способен поворачиваться на 90 градусов при изменении настроек регулятора (только во втором квадранте).The prototype controller contains an extreme indicator, a zero-organ, a relay block and an adder and is a two-position relay controller with negative hysteresis, the value of which is linearly dependent on the amplitude of the self-oscillations. Its peculiarity lies in the fact that the controller switches either ahead of time (with "non-profit") with respect to the signal at the second input of the controller (the signal of the "task"), or at the moment of equality of the signals at the first and second inputs of the controller (the "variable" and "tasks"). The switching times are determined by the setting of the controller. As analysis shows, the inverse value of the complex gain of this regulator, obtained by the method of harmonic linearization, is the beam that leaves the origin in the second quadrant of the complex plane, which is able to rotate 90 degrees when changing the settings of the regulator (only in the second quadrant).
Уравнение регулятора (закон управления, реализованный в регуляторе прототипе) имеет видThe controller equation (control law implemented in the prototype controller) has the form
u=В·sign(M),u = B sign (M),
где M=(1-k)XH+kXЭ-X,where M = (1-k) X H + kX e -X,
k - постоянный коэффициент, меньший единицы (0≤k<1),k is a constant coefficient less than one (0≤k <1),
ХЭ - экстремальные значения регулируемой координаты, равные ее максимуму или минимуму,X E - extreme values of the adjustable coordinate, equal to its maximum or minimum,
ХН - задание (заданное номинальное значение регулируемой координаты Х (переменной)),X N - task (specified nominal value of the adjustable coordinate X (variable)),
sign - знаковая функция, равная +1 или -1 в зависимости от знака функции М,sign is a sign function equal to +1 or -1 depending on the sign of the function M,
В - величина управляющего воздействия ("полка" реле).In - the magnitude of the control action ("shelf" of the relay).
При k=0 регулятор-прототип превращается в регулятор типа "идеальное реле", в остальных случаях - это регулятор с отрицательным гистерезисом.At k = 0, the prototype regulator turns into a regulator of the "ideal relay" type, in other cases it is a regulator with negative hysteresis.
Существует также класс двухпозиционных релейных регуляторов с положительным гистерезисом, переключение управления в которых всегда происходит с запаздыванием по отношению к заданному номинальному значению регулируемой координаты, а его динамическая характеристика (инверсное значение комплексного коэффициента усиления со знаком минус) располагается в третьем квадранте комплексной плоскости.There is also a class of on-off relay controllers with positive hysteresis, the control switching in which always occurs with a delay relative to the specified nominal value of the adjustable coordinate, and its dynamic characteristic (inverse value of the complex gain with a minus sign) is located in the third quadrant of the complex plane.
Недостаток регулятора-прототипа (так и релейных регуляторов с положительным гистерезисом) заключается в его неуниверсальности - он не может перенастраиваться, оставаясь в рамках одной конструкции, и обеспечивать реализацию управления как с опережением, так и с запаздыванием переключений относительно задания, что сужает область его применения..The disadvantage of the prototype controller (and relay controllers with positive hysteresis) lies in its non-universality - it cannot be reconfigured, remaining within the same design, and provide control implementation both ahead of time and with delay of switching relative to the task, which narrows the scope of its application ..
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей регулятора, которое заключается в его универсализации, - возможности функционировать как в качестве регулятора с положительным, так и с отрицательным гистерезисом.The technical result of the invention is the expansion of the functionality of the regulator, which consists in its universalization, the ability to function as a regulator with positive or negative hysteresis.
Технический результат достигается тем, что в регулятор с релейной характеристикой, содержащий релейный блок, нуль-орган, сумматор, индикатор экстремумов, выходы которого соединены с входами релейного блока, а выход релейного блока связан с первым входом сумматора, первый вход регулятора подключен к входу индикатора экстремумов и первому входу нуль-органа, а второй вход сумматора подсоединен к второму входу регулятора, дополнительно введен переключатель, первый информационный вход которого соединен с выходом сумматора, второй информационный вход связан с вторым входом регулятора, а управляющий вход - с третьим входом регулятора, первый выход переключателя соединен с первым прямым входом нуль-органа, второй выход переключателя связан со вторым инверсным входом нуль-органа, третий выход переключателя соединен с первым и вторым прямыми входами нуль-органа.The technical result is achieved in that in a controller with a relay characteristic, comprising a relay block, a zero-organ, an adder, an extreme indicator, the outputs of which are connected to the inputs of the relay unit, and the output of the relay unit is connected to the first input of the adder, the first input of the controller is connected to the indicator input extrema and the first input of the zero-organ, and the second input of the adder is connected to the second input of the controller, an additional switch is introduced, the first information input of which is connected to the output of the adder, the second information This input is connected to the second input of the regulator, and the control input is connected to the third input of the regulator, the first output of the switch is connected to the first direct input of the zero organ, the second output of the switch is connected to the second inverse input of the zero organ, the third output of the switch is connected to the first and second direct inputs of the zero-organ.
Регулятор изображен на фиг.1, где представлена его блок-схема; фиг.2 иллюстрирует пример конкретного выполнения регулятора на пневматических элементах УСЭППА,The controller is shown in figure 1, which presents its block diagram; figure 2 illustrates an example of a specific implementation of the controller on the pneumatic elements USEPA,
Регулятор (фиг.1) содержит индикатор экстремумов 1, нуль-орган 2, релейный блок 3, сумматор 4, переключатель 5, повторители-усилители 6, 7 (см. фиг.3), пневмоемкость 8, реле 9, элемент 10 сравнения, элементы 11, 12 запоминания максимума и минимума, реле 13, 14, 15, Х - регулируемая координата, ХН - сигнал задания, U - выход регулятора, Z - дискретный управляющий сигнал "0" или "1", изменяющий состояние переключателя 5.The controller (figure 1) contains an indicator of extrema 1, zero-
Первый вход регулятора (переменная - X) соединен с входами индикатора экстремумов 1 и первым входом (инверсным) нуль-органа 2, а второй вход регулятора ХН связан с первым информационным входом переключателя 5 и вторым входом сумматора 4, выход которого соединен с вторым информационным входом переключателя 5, третий управляющий вход которого связан с третьим входом регулятора (Z), выходы индикатора экстремумов соединены с входами релейного блока 3, выход которого соединен с первым входом сумматора 4, первый выход переключателя соединен с первым прямым входом нуль-органа 2, второй выход переключателя 5 связан со вторым инверсным входом нуль-органа 2, третий выход переключателя 5 соединен с первым и вторым прямыми входами нуль-органа 2. а выход нуль-органа 2 связан с выходом регулятора (U).The first input of the controller (variable - X) is connected to the inputs of the
Подобное соединение элементов позволяет реализовать следующий закон управления:Such a combination of elements allows you to implement the following control law:
где Where
что позволяет в одной конструкции реализовать законы управления как с отрицательным, так и положительным переменным гистерезисом, чем и достигается заявленный технический результат.which allows in one design to implement control laws with both negative and positive variable hysteresis, which achieves the claimed technical result.
Рассмотрим работу отдельных элементов регулятора и устройства в целом.Consider the operation of individual elements of the controller and the device as a whole.
Индикатор 1 экстремумов (А.С. 482757 БИ 1975, № 32) работает следующим образом. При изменении регулируемой координаты, например, в сторону уменьшения, на выходе элемента 11 запоминается сигнал Хмакс при X<(Xмакс+a), где а - величина сдвига, настраиваемая в элементе 11 запоминания, элемент 10 срабатывает и отключает элемент запоминания 11, закрыв верхний контакт реле 9, а выход элемента запоминания 12 через другой контакт реле 9 соединяется с вторым входом элемента 10 сравнения. При дальнейшем уменьшении сигнала выходной сигнал элемента 10 сравнения не изменяется. С увеличением входного сигнала на выходе элемента 12 запоминания запоминается Хмин, элемент 10 сравнения принимает исходное положение, а второй вход элемента 10 сравнения вновь соединяется с выходом элемента 11 запоминания максимума. Повторители 6 и 7 обеспечивают гальваническую развязку сигналов Хмакс, Хмин. Пневмоемкость 8 обеспечивает сохранение сигналов при переключениях реле 9.The indicator of 1 extremes (A. S. 482757 BI 1975, No. 32) works as follows. When changing the adjustable coordinate, for example, in the direction of decreasing, at the output of
Релейный блок 3 (двухконтактное реле) обеспечивает коммутацию Хмакс, Хмин по команде с выхода элемента 10 сравнения на вход сумматора 4. Последний выполнен по схеме дроссельного сумматора. Его выход равен (1-k)XН+kXЭ, где k=d/(d+b), d и b - проводимости дросселей сумматора, ХН и ХЭ - сигналы, действующие на входах сумматора 4.Relay block 3 (two-pin relay) provides switching X max , X min on command from the output of the
Переключатель 5 построен с использованием трех реле 13, 14, 15 и работает следующим образом. Пока сигнал Z=0, на прямой вход нуль-органа 2 через открытые контакты реле 13 и 15 проходит сигнал с выхода сумматора 4. Одновременно этот же сигнал связан с нижней камерой реле 14, отсеченной от сигнала ХН закрытым контактом реле 14. В результате заявляемый регулятор ничем не отличается от регулятора-прототипа (с той лишь разницей, что на его выходе величина управляющего сигнала принимает значение "1" и "0" при изменении знака функции переключения). В нем реализуется закон управления (1) с функцией переключения (2). Если сигнал Z=1, то срабатывают реле 13, 14 и 15. В результате выходной сигнал сумматора 4 теперь через нижний контакт реле 13 соединяется с инверсным входом нуль-органа 2, а сигнал со второго входа регулятора (ХН) через нижние контакты реле 14 и реле 15 подается на прямые входы нуль-органа 2. В результате в регуляторе реализуется управление (1) с функцией переключения (3). Действительно выход нуль-органа теперь определяется алгебраической суммой четырех сигналовThe
М=ХН-((1-k)XН+kXЭ)+ХН-X=(1+k)XН-kXЭ-X.M = X H - ((1-k) X H + kX E ) + X H -X = (1 + k) X H -kX E -X.
Регулятор работает следующим образом при Z=0. В этом случае верхние контакты реле 13, 14 и 15 открыты и на прямой вход нуль-органа коммутируется сигнал с выхода сумматора 4. Нижние контакты реле 14 и 15 закрыты и сигнал задания ХН не имеет доступа ко входам нуль-органа 2.The controller operates as follows at Z = 0. In this case, the upper contacts of the
При изменении сигнала Х (переменной) от нуля в сторону сигнала задания ХН в индикаторе 1 экстремумов запоминается сигнал Хмин=0, который коммутируется через повторитель 6 и реле 3, переключаемое элементом сравнения 10, на первый вход сумматора 4, на втором входе которого действует сигнал ХН. На выходе нуль-органа 2 сигнал "1", так как на его первом (прямом) входе сигнал (1-k)XН, а на втором (инверсном) - Х=0 (фиг.2). Как только регулируемая координата достигнет величины (1-k)XН, выходной сигнал нуль-органа 2 становится равным "0" (происходит первое переключение). Дальнейшее нарастание сигнала регулируемой координаты Х до величины Х=Хмах>XН никаких изменений в регуляторе не производит. В момент появления Хмах выходной сигнал сумматора 4 становится равным величине (1-k)XН+kXмах, который по-прежнему меньше сигнала Х=Хмах (Действительно, если, например, k=0,2, Xmax=0,7, XH=0,5, то после подстановки чисел в уравнение (2) величина М=-0,04). Как только переменная Х достигнет величины сигнала (1-k)XH+kXmax (для приведенных цифр эта величина равна 0,54, что больше величины ХН), происходит вновь переключение нуль-органа 2 (U=1) с опережением по отношению к заданию ХН=0,5. После появления сигнала Х=Хмин<ХН в регуляторе также не происходит никаких изменений. Когда же величина входного сигнала Х достигнет значения (1-k)XН+kXмин, произойдет вновь переключение. (Действительно, если, например, Хмин=0,4, то переключение произойдет при значении сигнала переменной Х=0,48 (вновь с опережением по отношению к сигналу ХН=0,5)).When the signal X (variable) changes from zero to the side of the reference signal X H , the indicator X of the extrema 1 stores the signal X min = 0, which is switched through the
Если же после первого переключения нуль-органа 2 Xмах окажется меньше сигнала ХН, например 0,3 для приведенных выше значений сигналов, то выходной сигнал нуль-органа 2 реверсируется, что легко проверить подстановкой цифровых значений сигналов в выражение (2). В этом случае М=0,16>0, и выходной сигнал нуль-органа 2 вновь становится равным "1". Подобные переключения имеют место при появлении сигнала Хмин>ХН. Далее цикл повторяется. Понятно, что моменты переключения не являются раз навсегда фиксированными - их положение определяется значением коэффициента k и экстремальными значениями переменной X.If, after the first switching of the null-organ 2 X max, the signal X N is less than, for example, 0.3 for the above signal values, the output signal of the null-
Если сигнал Z=1, то срабатывают реле 13, 14, 15 и на прямые входы нуль-органа 2 коммутируются сигналы ХН через открытые нижние контакты реле 14 и 15, а выходной сигнал сумматора 4 через нижний открытый контакт реле 13 - на инверсный вход нуль-органа 2. В результате переключения нуль-органа 2 будут определяться знаком алгебраической суммы сигналов по уравнению (3) и будут происходить всегда с запаздыванием по отношению к ХН. Действительно, если положить конкретные числовые значения сигналов такими же, как в вышеприведенном примере, то первое переключение произойдет при значении переменной Х=(1+k)ХН=0,6, а второе при значении X=(1+k)ХН-Хминk=0,54, то есть с запаздыванием по отношению к сигналу задания ХН.If the signal Z = 1, then relays 13, 14, 15 are activated, and the X N signals are switched to the direct inputs of the zero-
Анализ динамических характеристик такого регулятора методом гармонической линеариации (мы его можем представить при необходимости по запросу экспертизы) показывает, что годограф инверсного коэффициента усиления со знаком минус при изменении коэффициента k и управляющего сигнала Z можно вращать как во втором, так и в третьем квадрантах комплексной плоскости.An analysis of the dynamic characteristics of such a regulator by the harmonic linearization method (we can present it if necessary at the request of an expert) shows that the hodograph of the inverse gain with a minus sign when changing the coefficient k and the control signal Z can be rotated both in the second and third quadrants of the complex plane .
Закон управления (1), реализованный в регуляторе, расширяет области его применения.The control law (1), implemented in the regulator, expands the scope of its application.
Заявляемый регулятор с релейной характеристикой по сравнению с прототипом позволяет в системах управления существенно расширить диапазоны как частоты, так и амплитуды автоколебаний и управлять этими параметрами.The inventive controller with a relay characteristic in comparison with the prototype allows in control systems to significantly expand the ranges of both frequency and amplitude of self-oscillations and to control these parameters.
Возможности такого расширения иллюстрируются результатами цифрового моделирования в среде MCAD. На фиг.3 и 4 представлены процессы изменения выходной координаты объекта с передаточной функцией на входе которого установлен заявляемый регулятор. Первый график фиг.3 получен при Z=0, k=0,95, B=0,5. Второй график фиг.4 получен при Z=1, k=0,15, В=1. Из чертежей видно, что при прочих равных условиях на выходе объекта можно изменять только настройкой коэффициента k и командой Z амплитуду и частоту автоколебаний в десятки раз.The possibilities of this expansion are illustrated by the results of digital modeling in the MCAD environment. Figures 3 and 4 show the processes of changing the output coordinate of an object with a transfer function at the input of which the claimed regulator is installed. The first graph of Fig. 3 was obtained at Z = 0, k = 0.95, B = 0.5. The second graph of figure 4 was obtained at Z = 1, k = 0.15, B = 1. From the drawings it can be seen that, ceteris paribus, the output of the object can only be changed by adjusting the coefficient k and the Z command, the amplitude and frequency of self-oscillations tens of times.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005140835/09A RU2302029C1 (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | Controller with a relay characteristic |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005140835/09A RU2302029C1 (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | Controller with a relay characteristic |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2302029C1 true RU2302029C1 (en) | 2007-06-27 |
Family
ID=38315618
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005140835/09A RU2302029C1 (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | Controller with a relay characteristic |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2302029C1 (en) |
-
2005
- 2005-12-26 RU RU2005140835/09A patent/RU2302029C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR970002063B1 (en) | Sliding mode control system | |
Khaloozadeh et al. | State covariance assignment problem | |
RU2391691C1 (en) | Adaptive relay regulator | |
RU2302029C1 (en) | Controller with a relay characteristic | |
Petráš | Fractional-order nonlinear controllers: Design and implementation notes | |
Szimandl et al. | Sliding mode position control of an electro-pneumatic clutch system | |
Aung et al. | A new parabolic sliding mode filter augmented by a linear low-pass filter and its application to position control | |
Al Janaideh et al. | Inversion-free adaptive control of uncertain systems with shape-memory-alloy actuation | |
RU2359305C2 (en) | Control with relay characteristic | |
Sun et al. | Iterative learning control design for uncertain dynamic systems with delayed states | |
RU2462744C1 (en) | Adaptive linear control | |
Jafari et al. | Stable and transparent teleoperation over communication time-delay: Observer-based input-to-state stable approach | |
Robertson et al. | Multi-level optimization techniques for designing digital input shapers | |
RU2606149C2 (en) | Relay controller with variable structure | |
RU2369893C1 (en) | Adaptive relay regulator | |
Farokhi et al. | A robust control-design method using Bode's ideal transfer function | |
Strano et al. | A non-linear robust control of a multi-purpose earthquake simulator | |
RU2242039C2 (en) | Adjuster with relay characteristic | |
Kannan et al. | Laguerre model based adaptive control of antagonistic shape memory alloy (sma) actuator | |
Sun et al. | Robust and ultrafast response compensator applied to a levitation system | |
Adetu et al. | Effects of varying mass on wave reflections during wave variable teleoperation | |
RU2531865C1 (en) | Adaptive relay regulator | |
Rothwangl | Numerical synthesis of the time optimal nonlinear state controller via mixed integer programming | |
Dashti et al. | Neural—Adaptive control for electro hydraulic servo system | |
CN113917837B (en) | Digital electrohydraulic proportional servo valve command signal conditioning method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081227 |