RU2391691C1 - Адаптивный релейный регулятор - Google Patents
Адаптивный релейный регулятор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2391691C1 RU2391691C1 RU2008152538/09A RU2008152538A RU2391691C1 RU 2391691 C1 RU2391691 C1 RU 2391691C1 RU 2008152538/09 A RU2008152538/09 A RU 2008152538/09A RU 2008152538 A RU2008152538 A RU 2008152538A RU 2391691 C1 RU2391691 C1 RU 2391691C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- signal
- relay
- controller
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано в системах управления технологическими процессами в химической промышленности, теплотехнике. Техническим результатом является повышение точности в установившемся режиме работы. Адаптивный самонастраивающийся релейный регулятор содержит блок обнаружения отклонений входного сигнала от заданной величины зоны нечувствительности, индикатор экстремумов, нуль-орган, задатчики уровней выходного сигнала, переключатель, коммутирующие элементы, блок управления. Отличительная особенность регулятора заключается в возможности срыва автоколебаний в системе с последующим обеспечением заданной статической точности. Пример технической реализации алгоритма представлен с использованием пневматических элементов. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано для управления динамическими объектами в химической промышленности, теплотехнике, приборостроении.
Регуляторы с релейной характеристикой (релейные регуляторы) широко распространены в технике (см., например, Цыпкин Я.З. Релейные автоматические системы. - М.: Наука, 1974. С.44-77). 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 №1418648. Опубл. БИ №31, 1988. Регулятор-прототип содержит индикатор экстремумов, нуль-орган, релейный блок, сумматор, два коммутирующих элемента, блок обнаружения отклонений, два задатчика уровней выходного сигнала.
Регулятор-прототип является релейным двухпозиционным регулятором с отрицательным переменным гистерезисом и зоной нечувствительности, величина гистерезиса в котором поставлена в линейную зависимость от амплитуды автоколебаний. Особенность его заключается в том, что переключения регулятора при его использовании в системе регулирования происходят с опережением (с «недоходом») по отношению к сигналам, определяющим границы зоны нечувствительности, и при соответствующем выборе этих сигналов можно добиться срыва автоколебаний.
Уравнение регулятора (закон управления, реализованный в регуляторе-прототипе) имеет вид:
где M(t)=хН+k·(xэ(t)-хН)-x(t), если x(t)<xH,
M(t)=xB+k·(хэ(t)-хВ)-х(t), если x(t)>хВ,
хН=x0-с, хВ=x0+с - соответственно величины, определяющие нижнюю и верхнюю границы зоны нечувствительности,
x0 - задание (заданное конечное значение регулируемой координаты x(t) (переменной)),
с - половина величины зоны нечувствительности,
k - постоянный коэффициент, меньший единицы (0≤k<1),
xэ(t) - экстремальные значения регулируемой координаты, равные ее максимуму xмакс или минимуму хмин,
Sign - знаковая функция, равная +1 или -1 в зависимости от знака функции M(t),
В - величина управляющего воздействия («полка» реле),
∨ - знак дизъюнкции.
Недостаток регулятора состоит в том, что после срыва автоколебаний регулируемая координата может оказаться в любом месте внутри зоны нечувствительности. В результате точность регулирования в установившемся режиме работы (после срыва автоколебаний) может выходить за рамки допустимых ограничений. Кроме того, в практике конструирования и применения релейных систем управления динамическими объектами с самовыравниванием, а также в тех случаях, когда выходной сигнал регулятора воздействует на исполнительный механизм, управляющий клапаном, работающим по принципу «открыто/закрыто», в системе могут возникать несимметричные относительно x0 автоколебания и статическая ошибка, устранить которую можно смещением управления на некоторую заранее неизвестную величину, которую находят методом последовательных приближений на работающем объекте. При изменении параметров объекта по тем или иным причинам требуется повторная настройка регулятора. Все это снижает точность управления.
Техническим результатом изобретения является повышение точности в установившемся режиме работы.
Технический результат достигается тем, что в регулятор с релейной характеристикой, содержащий два коммутирующих элемента, блок обнаружения отклонений, два задатчика уровней выходного сигнала, релейный блок, нуль-орган, сумматор, индикатор экстремумов, выходы которого соединены с входами релейного блока, первый вход регулятора связан со входом индикатора экстремумов и вторым инверсным входом нуль-органа, первый вход которого соединен с выходом сумматора, первый вход сумматора подсоединен к выходу релейного элемента, а второй вход сумматора связан с сигнальным выходом блока обнаружения отклонений, первый и второй сигнальные входы которого подключены соответственно к первому и второму входам регулятора, а управляющий выход - к управляющему входу второго коммутирующего элемента, выход нуль-органа соединен с управляющим входом первого коммутирующего элемента, первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго задатчиков уровня выходного сигнала, а выход - к первому информационному входу второго коммутирующего элемента, выход которого подключен к выходу регулятора, дополнительно введены третий задатчик уровня выходного сигнала и блок управления, первый, второй и третий информационные входы которого соединены соответственно с выходом третьего задатчика уровня выходного сигнала, с первым и вторым входами регулятора, а выход - со вторым входом второго коммутирующего элемента.
Регулятор изображен на фиг.1, где представлена его блок-схема, и фиг.2, которая иллюстрирует пример конкретного выполнения регулятора на пневматических элементах УСЭППА.
Регулятор содержит (фиг.1) индикатор экстремумов 1, нуль-орган 2, релейный блок 3, сумматор 4, блок 5 обнаружения отклонений, блок управления 6, второй 7 и первый 10 коммутирующие элементы, первый 8, второй 9 и третий 11 задатчики уровней выходного сигнала, x - регулируемая координата, x0 - сигнал задания, u - выход регулятора,
Первый вход регулятора (переменная - x) соединен с входом индикатора экстремумов 1, со вторым входом блока обнаружения отклонений 5, вторым входом блока управления 6 и вторым (инверсным) входом нуль-органа 2, второй вход регулятора x0 связан с первым информационным входом блока 5 и первым входом блока управления 6, информационный выход блока 5 соединен со вторым входом сумматора 4, выход которого соединен с первым входом нуль-органа 2. Выходы индикатора экстремумов соединены со входами релейного блока 3, выход которого соединен с первым входом сумматора 4, выход нуль-органа 2 связан с управляющим входом коммутирующего элемента 10, коммутационные входы которого подключены к выходам задатчиков 8 и 9, а выход - к первому входу второго коммутирующего элемента 7, второй вход которого соединен с выходом блока управления 6. Управляющий выход блока обнаружения отклонений 5 соединен с управляющим входом коммутирующего элемента 7, выход которого связан с выходом регулятора U.
Подобное соединение элементов позволяет реализовать следующий закон управления:
где M(t)=хН+k·(хэ(t)-хН)-x(t), если x(t)<хН,
M(t)=хВ+k·(xэ(t)-хВ)-х(t), если x(t)>хВ,
∨ - знак дизъюнкции,
где В1 - выходной сигнал третьего задатчика, B2(t)=f(x0-x(t)) - сигнал, формируемый в блоке управления как функция ошибки, который может меняться по интегральному закону - в виде (И-закон), или ПИ-закону - , или ПИД - закону, или другому.
k1, k2, k3 - постоянные коэффициенты.
Из выражения (2) видно, что отличие его от уравнения (1) заключается в наличии переменного члена B0(t), автоматическое изменение которого в функции ошибки позволяет устранить статическую ошибку, чем и достигается заявленный технический результат.
Рассмотрим работу отдельных элементов регулятора и устройства в целом по Фиг.2.
Индикатор 1 экстремумов (АС 482757. БИ №32, 1975) работает следующим образом. При изменении регулируемой координаты, например, в сторону уменьшения на выходе элемента 11 запоминается сигнал хмакс при х(t)<(xмакс+а), где а - величина сдвига, настраиваемая в элементе 11 запоминания, элемент 16 срабатывает и отключает элемент запоминания 11, закрыв верхний контакт реле 14, а выход элемента запоминания 18 через другой контакт реле 14 соединяется с вторым входом элемента 16 сравнения. При дальнейшем уменьшении сигнала выходной сигнал элемента 16 сравнения не изменяется. С увеличением входного сигнала на выходе элемента 18 запоминания запоминается xмин, элемент 16 сравнения принимает исходное положение, а второй вход элемента 16 сравнения вновь соединяется с выходом элемента 11 запоминания максимума. Повторители 12 и 13 обеспечивают гальваническую развязку сигналов хмакс, xмин. Пневмоемкость 15 обеспечивает сохранение сигналов при переключениях реле 14.
Релейный блок 3 (двухконтактное реле) обеспечивает коммутацию xмакс, xмин по команде с выхода элемента 16 сравнения на вход сумматора 4. Последний выполнен по схеме дроссельного сумматора. Его выход равен (1-k)·х1+k·хЭ, где k=d/(d+b), d и b - проводимости дросселей сумматора, х1 и хэ - сигналы, действующие на входах сумматора 4.
Блок обнаружения отклонений - устройство, формирующее дискретный сигнал на своем первом выходе, если входной сигнал х становится меньше сигнала хН или больше сигнала хВ, которые определяют нижнюю и верхнюю границы зоны нечувствительности. Он содержит (фиг.2) повторители со сдвигом 17 и 18, входы которых соединены с каналом задания x0, а выходы - со входами элементов 19 и 20. С помощью элементов 17 и 18 задается зона допустимых отклонений соответственно +с и -с относительно задания. При этом, если сигнал x(t) меньше сигнала хН, то срабатывает элемент 20, его выходной сигнал через элемент ИЛИ 23 появляется на первом выходе блока 5 и одновременно переключает реле 22, обеспечивая коммутацию сигнала хН на второй выход блока 5 через усилитель 21. Если x(t)≥xH, элемент 20 принимает исходное состояние, его выходной сигнал переключает реле 22 и на информационном выходе блока 5 появляется сигнал хВ. Если x(t)≥хВ, то срабатывает элемент 19 и его выходной сигнал появляется через элемент ИЛИ 23 на выходе блока 5. Элемент 20 при этом находится в исходном состоянии, и на выход реле 22 проходит по-прежнему сигнал хВ. Если входной сигнал находится в зоне допустимых отклонений, то на выходах элементов 19 и 20 - «0».
Элементы коммутации 10 и 7 - реле, включенные по схеме коммутации двух сигналов. Эти элементы обеспечивают при наличии дискретных управляющих сигналов на выходах блока 5 и нуль-органа 2 коммутацию на выход блока 7 сигнала управления u, который равен выходным сигналам задатчиков 8 или 9, если выход нуль-органа 2 соответственно «1» или «0», а выходной сигнал блока 5 - «1» (в этом случае регулируемый входной сигнал х находится вне зоны нечувствительности). Если же выходной дискретный сигнал блока 5 равен «0» (в этом случае переменная х находится в зоне нечувствительности регулятора), на выход регулятора коммутируется сигнал с выхода блока управления 6.
Блок управления 6 в данном примере технической реализации устройства представляет собой типовую схему интегратора, содержащего усилитель 24, пневмоемкость 27, переменный дроссель 29 и усилитель мощности 25. Кроме того, в блок 6 введен дроссельный сумматор 26 и усилитель мощности 28. Входами блока 6 являются сигнал задания x0, сигнал переменной х и выходной сигнал третьего задатчика 11, который суммируется с выходным сигналом интегратора в сумматоре 26. В результате на выходе блока 6 формируется сигнал, величина которого определяется выражением (3).
Рассмотрим работу регулятора в целом. Пусть входная координата x(t) изменяется от нуля в сторону увеличения. В момент включения срабатывает элемент 20, на выходе которого «1». В результате на информационном выходе блока 5 формируется сигнал хН, который с элемента 18 через открытый выходным сигналом элемента 20 верхний контакт реле 22, усилитель 21 подается на вход сумматора 4, на другом входе которого действует выходной сигнал индикатора экстремумов 1 хэ=хмин=0. Выходной сигнал сумматора 4 соединяется с прямым входом нуль-органа 2. В результате величина выходного сигнала нуль-органа 2 равна «1». Этот сигнал переключает реле 10, и выходной сигнал задатчика 9 через верхние открытые контакты реле 10 и 7 проходит на выход регулятора. Этот сигнал равен +В. Дальнейшее увеличение сигнала переменной x(t) до величины x(t)=(1+k)·хН приводит к переключению нуль-органа 2 и элемента 10, и на выход регулятора проходит сигнал -В с задатчика 8. Как только переменная x(t) достигает нижней границы зоны нечувствительности хН, на сигнальном выходе блока 5 «0», который переключает реле 22 и 7, через нижний открытый контакт которого на выход регулятора проходит сигнал «условный нуль» или «смещение» B0(t) с выхода блока управления 6, а на вход сумматора 4 - сигнал хВ с выхода элемента 17. Разность сигналов, действующих на входе нуль-органа 2 (1+k)·хВ-x(t), остается по-прежнему положительной. Поэтому выходной сигнал нуль-органа 2 не меняется. Когда входной сигнал достигает верхней границы зоны нечувствительности хВ, срабатывает элемент 19, выходной сигнал которого переключает реле 7, и через его открытый нижний контакт на выход регулятора вновь проходит сигнал с задатчика 8. При изменении входного сигнала в сторону уменьшения на выходе индикатора экстремумов запоминается сигнал хмакс, и состояние нуль-органа 2 теперь будет определяться суммой сигналов M(t)=xB+k(xmaкс(t)-xB)-x(t). Когда сигнал M(t) обращается в нуль, срабатывает нуль-орган 2. Его выходной сигнал переключает реле 10, и на выход регулятора проходит сигнал с задатчика 8, который равен -В. Однако выходной сигнал нуль-органа 2 по-прежнему не меняется и остается равным «0», поскольку сигнал M(t)<0. Когда сигнал M(t) становится равным нулю, меняется состояние нуль-органа 2 с «1» на «0», происходит переключение реле 10, и на выход регулятора проходит сигнал с задатчика 9. Сигнал управления становится равным +В. Когда сигнал x(t) становится равным сигналу хВ, срабатывает элемент 19 и переключает реле 7. В результате к выходу регулятора вновь подключается сигнал B0(t) с выхода блока управления 6. Этот сигнал является переменным. Его изменение прекращается в том случае, когда величина разности сигналов, действующих на входах элемента 24, не станет равной нулю.
Далее цикл повторяется.
На Фиг.3, полученной методом цифрового моделирования релейной системы с заявляемым регулятором и объектом с передаточной функцией
приведены графики переходных процессов (переменной, управления и сигнала смещения). Здесь же указаны заданное конечное значение переменной и границы зоны нечувствительности. Алгоритм функционирования релейного регулятора реализует закон (2). Объект управления переводится из заданного начального состояния х(0)=0 в конечное состояние x0=0.5. Настройки и параметры регулятора имели следующие значения: В=0.3, k=0.28, с=0.08, хН=0.42, xB=0.58, k2=0.003, k1·В1=0.25 Нетрудно видеть, что моменты переключения управления точно соответствуют закону (2) и описанию работы устройства. Срыв автоколебаний здесь происходит за одно переключение управления, а в зоне нечувствительности величина сигнала B0(t) «подтягивается» блоком управления к величине, при которой статическая ошибка в системе равна нулю.
Настройка регулятора связана с установками коэффициента k и выходных сигналов источников 8, 9 таким образом, чтобы амплитуда автоколебаний в системе была бы не больше заданной величины зоны нечувствительности, которая задается произвольно. Выходной сигнал источника 11 устанавливается также произвольно. Блок управления настраивается так, чтобы процессы в системе были сходящимися.
Таким образом, заявляемое устройство относится к классу адаптивных самонастраивающихся по временным характеристикам релейным регуляторам, способным функционировать в условиях неопределенности параметров объекта и среды. Блок управления, автоматически изменяющий параметры регулятора, обеспечивает устранение ошибки в установившемся режиме работы.
Claims (1)
- Адаптивный релейный регулятор, содержащий два коммутирующих элемента, блок обнаружения отклонений, два задатчика уровней выходного сигнала, релейный блок, нуль-орган, сумматор, индикатор экстремумов, выходы которого соединены с входами релейного блока, первый вход регулятора связан с входом индикатора экстремумов и вторым инверсным входом нуль-органа, первый вход которого связан с выходом сумматора, первый вход сумматора подсоединен к выходу релейного элемента, а второй вход которого связан с сигнальным выходом блока обнаружения отклонений, первый и второй сигнальные входы которого подключены соответственно к первому и второму входам регулятора, а управляющий выход - к управляющему входу второго коммутирующего элемента, выход нуль-органа соединен с управляющим входом первого коммутирующего элемента, первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго задатчиков уровня выходного сигнала, а выход - к первому информационному входу второго коммутирующего элемента, выход которого подключен к выходу регулятора, дополнительно введены третий задатчик уровня выходного сигнала и блок управления, первый, второй и третий информационные входы которого соединены соответственно с выходом третьего задатчика уровня выходного сигнала, с первым и вторым входами регулятора, а выход - со вторым входом второго коммутирующего элемента.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008152538/09A RU2391691C1 (ru) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | Адаптивный релейный регулятор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008152538/09A RU2391691C1 (ru) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | Адаптивный релейный регулятор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2391691C1 true RU2391691C1 (ru) | 2010-06-10 |
Family
ID=42681665
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008152538/09A RU2391691C1 (ru) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | Адаптивный релейный регулятор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2391691C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2462744C1 (ru) * | 2011-04-14 | 2012-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Адаптивный релейный регулятор |
RU2505847C1 (ru) * | 2012-06-13 | 2014-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" | Самонастраивающееся устройство для устранения статической ошибки в автоматических системах стабилизации динамических объектов |
RU2529871C1 (ru) * | 2013-06-18 | 2014-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр энергетических технологий" | Адаптивный регулятор сварочного тока |
RU2531865C1 (ru) * | 2013-05-07 | 2014-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" | Адаптивный релейный регулятор |
RU2606149C2 (ru) * | 2015-03-30 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" | Релейный регулятор с переменной структурой |
-
2008
- 2008-12-29 RU RU2008152538/09A patent/RU2391691C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2462744C1 (ru) * | 2011-04-14 | 2012-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Адаптивный релейный регулятор |
RU2505847C1 (ru) * | 2012-06-13 | 2014-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" | Самонастраивающееся устройство для устранения статической ошибки в автоматических системах стабилизации динамических объектов |
RU2531865C1 (ru) * | 2013-05-07 | 2014-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" | Адаптивный релейный регулятор |
RU2529871C1 (ru) * | 2013-06-18 | 2014-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр энергетических технологий" | Адаптивный регулятор сварочного тока |
RU2606149C2 (ru) * | 2015-03-30 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" | Релейный регулятор с переменной структурой |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kuhnen et al. | Compensation of complex hysteresis and creep effects in piezoelectrically actuated systems—A new Preisach modeling approach | |
RU2391691C1 (ru) | Адаптивный релейный регулятор | |
Ríos et al. | Fault tolerant control allocation via continuous integral sliding-modes: A HOSM-observer approach | |
RU2393369C2 (ru) | Способ и устройство с обратной связью для электропневматической управляющей системы | |
Bartolini et al. | Adaptation of sliding modes | |
Won et al. | Disturbance observer based backstepping for position control of electro-hydraulic systems | |
Baghestan et al. | Robust force control in a novel electro-hydraulic structure using polytopic uncertainty representation | |
Tahoumi et al. | New robust control schemes based on both linear and sliding mode approaches: Design and application to an electropneumatic actuator | |
CN103713519A (zh) | 比例放大器pid参数自整定控制方法及比例放大器、比例电磁阀 | |
Szimandl et al. | Sliding mode position control of an electro-pneumatic clutch system | |
Anandanatarajan et al. | Design of controller using variable transformations for a nonlinear process with dead time | |
RU2462744C1 (ru) | Адаптивный релейный регулятор | |
RU2359305C2 (ru) | Регулятор с релейной характеристикой | |
Spurgeon et al. | Robust tracking via sliding mode control for elastic joint manipulators | |
RU2284561C1 (ru) | Адаптивный релейный регулятор | |
RU2606149C2 (ru) | Релейный регулятор с переменной структурой | |
JP6922224B2 (ja) | 制御装置、制御方法、制御プログラム | |
Cruz-Zavala et al. | Asymptotic stabilization in fixed time via sliding mode control | |
Han | Robust finite-time backstepping control with a nonlinear disturbance observer for uncertain strict-feedback nonlinear systems | |
RU2571371C2 (ru) | Регулирующее устройство | |
Meena et al. | Backstepping algorithm with sliding mode control for magnetic levitation system | |
Dong et al. | A nonsmooth IMC method for mechanical systems with backlash | |
RU2573731C2 (ru) | Способ работы пропорционально-интегрального регулятора | |
RU2242039C2 (ru) | Регулятор с релейной характеристикой | |
US11960267B2 (en) | Control apparatus, control method, and storage medium |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121230 |