RU2474856C1 - Method for adaptive three-position control - Google Patents

Method for adaptive three-position control Download PDF

Info

Publication number
RU2474856C1
RU2474856C1 RU2012105484/08A RU2012105484A RU2474856C1 RU 2474856 C1 RU2474856 C1 RU 2474856C1 RU 2012105484/08 A RU2012105484/08 A RU 2012105484/08A RU 2012105484 A RU2012105484 A RU 2012105484A RU 2474856 C1 RU2474856 C1 RU 2474856C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
value
controlled variable
period
pulse
pause
Prior art date
Application number
RU2012105484/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Илья Александрович Рыбин
Валерий Залманович Магергут
Александр Степанович Кижук
Богдан Александрович Яхно
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова"
Priority to RU2012105484/08A priority Critical patent/RU2474856C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2474856C1 publication Critical patent/RU2474856C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: one of potential values of control action is applied at extreme positions in order to return the controlled value to dead zone of the controller, and when the controlled value lies within the dead zone, control is carried out using pulse width modulated pulses with adapted duration and period.
EFFECT: improved quality of control by keeping the controlled value in the dead zone of the controller and control is especially efficient for objects with a load which sporadically or slowly varies in a wide range.
7 dwg

Description

Изобретение относится к способам автоматизации, а именно к способу адаптивного трехпозиционного регулирования. Оно может быть использовано при автоматизации работы нагревательных печей, экструдеров и литьевых машин, реакторов, бытовых и промышленных холодильников и иных объектов для позиционного регулирования в них одной технологической величины (температуры, давления и т.п.) путем подачи позиционных управляющих воздействий типа «включено»/«выключено».The invention relates to automation methods, and in particular to a method of adaptive three-position regulation. It can be used to automate the operation of heating furnaces, extruders and injection molding machines, reactors, household and industrial refrigerators and other objects for positional regulation of one technological quantity (temperature, pressure, etc.) in them by applying positional control actions of the “on” type "/"turned off".

Известен способ трехпозиционного регулирования с фиксированными позициями регулятора (см., например, А.А.Кампе-Немм «Автоматическое двухпозиционное регулирование». М.: Наука, 1967, - 160 с.), который не обеспечивает достаточно качественного регулирования.There is a method of three-position regulation with fixed positions of the regulator (see, for example, A. A. Kampe-Nemm “Automatic two-position regulation.” M .: Nauka, 1967, 160 s.), Which does not provide sufficiently high-quality regulation.

Улучшения качества удается добиться путем создания позиционных систем регулирования с использованием регуляторов с адаптирующейся к нагрузке объекта средней позицией регулятора, изменяющейся в сторону работающей крайней позиции аналоговым (см. авт. св. СССР №675399, кл. G05B 11/56, 1979) или дискретным (см. авт. св. СССР №1554628, кл. G05B 11/56, 1989 или авт. св. СССР №1802606, кл. G05B 11/18, 1992) способом.Improvements in quality can be achieved by creating positional control systems using regulators with an average regulator position that adapts to the load of the object, changing towards the operating extreme position analog (see ed. St. USSR No. 675399, class G05B 11/56, 1979) or discrete (see ed. St. USSR No. 1554628, cl. G05B 11/56, 1989 or ed. St. USSR No. 1802606, cl. G05B 11/18, 1992) method.

Характерной особенностью данного класса систем является адаптация средней позиции их регулятора к значениям крайних, причем при дискретном способе реализации подстройки средней позиции к крайней используется либо реверсивный шаговый двигатель (авт. св. №1554628), либо реверсивный счетчик и преобразователь результата счета (кода счетчика) в дискретный сигнал (авт. св. №1802606) на базе цифроаналогового преобразователя (ЦАП).A characteristic feature of this class of systems is the adaptation of the middle position of their regulator to the extreme values, and with the discrete method of adjusting the middle position to the extreme one, either a reversible stepper motor (ed. St. No. 1554628) or a reversible counter and a counting result converter (counter code) are used into a discrete signal (ed. St. No. 1802606) based on a digital-to-analog converter (DAC).

Иначе говоря, в данном классе адаптивных позиционных систем регулирования мощность, подводимая к объекту регулирования при нахождении регулируемой величины в зоне нечувствительности регулятора, т.е. при работе регулятора на средней позиции, определяется уровнем сигнала этой позиции.In other words, in this class of adaptive positional control systems, the power supplied to the control object when the controlled variable is in the deadband of the controller, i.e. when the controller is in the middle position, it is determined by the signal level of this position.

Общим недостатком такого класса адаптивных позиционных систем регулирования является сложность использования сигнала средней позиции, находящегося между значениями сигналов крайних позиций, в специфическом исполнительном устройстве объекта регулирования, например электрическом нагревателе тепловой печи или двигателе компрессорного холодильника, из-за сложности сопряжения регулятора, работающего на средней позиции с ними, так как данные исполнительные устройства удобнее всего использовать в режимах «включено»/«выключено».A common drawback of this class of adaptive positional control systems is the difficulty of using a middle position signal located between the values of the extreme position signals in a specific executive device of the control object, for example, an electric heater of a heat furnace or a compressor cooler engine, due to the complexity of pairing a controller operating in the middle position with them, since these actuators are most convenient to use in the “on” / “off” modes.

Улучшить показатели качества можно, применяя способы регулирования, используемые в изобретениях по патентам РФ №2047210, кл. G05B 11/18, 1995 и №2408913, МПК G05B 11/18, 2010, которые были выбраны как патенты-прототипы. В них используется сигнал средней позиции, равный по уровню сигналам только крайних позиций, который подается импульсами, а адаптация средней позиции трехпозиционного регулятора обеспечивается в первом случае изменением скважности этих сигналов при постоянном периоде их следования, а во втором случае также изменением скважности, но путем изменения периода следования этих импульсов.Quality indicators can be improved by applying the regulatory methods used in the inventions of RF patents No. 2047210, class. G05B 11/18, 1995 and No. 2408913, IPC G05B 11/18, 2010, which were selected as prototype patents. They use the signal of the middle position, equal in level to the signals of only the extreme positions, which is supplied by pulses, and the adaptation of the average position of the three-position controller is provided in the first case by changing the duty cycle of these signals with a constant period of their repetition, and in the second case also by changing the duty cycle, but by changing the repetition period of these pulses.

Недостатком этих способов является фиксированность одного из параметров подаваемых импульсов: либо периода, либо длительности импульсов, что приводит к необходимости расчета и правильного выбора этого параметра для соответствующих изменений нагрузки на объект управления. Также неизменность выбранного параметра в ходе функционировании объекта при больших, по сравнению с расчетными, изменениях нагрузки может приводить к вырождению рассматриваемых способов в обычный неадаптивный двухпозиционный с зоной неоднозначности способ регулирования. Кроме того, реализация этих способов предусматривает адаптацию изменяемых параметров импульсов только с некоторым шагом, что приводит к необходимости выбора шага и связанными с этим проблемами: маленький шаг ведет к большому времени адаптации, а при использовании большого шага адаптированное к нагрузке значение параметра импульса получается более грубо и менее точно.The disadvantage of these methods is the fixation of one of the parameters of the supplied pulses: either the period or the duration of the pulses, which leads to the necessity of calculating and choosing this parameter correctly for the corresponding changes in the load on the control object. Also, the invariability of the selected parameter during the operation of the object with large, compared with the calculated, changes in the load can lead to degeneration of the considered methods in a conventional non-adaptive on-off mode with an ambiguity zone of regulation. In addition, the implementation of these methods provides for the adaptation of the variable parameters of the pulses with only a certain step, which leads to the need to choose the step and the associated problems: a small step leads to a large adaptation time, and when using a large step, the value of the pulse parameter adapted to the load is obtained more roughly and less accurate.

Предложен способ, в котором используется сигнал средней позиции, равный по уровню сигналам только крайних позиций, который подается ШИМ-импульсами, имеющими переменную длительность и паузу. Таким образом, в отличие от патентов-прототипов устраняется недостаток, связанный с фиксированностью одного из параметров импульсов: происходит адаптация как длительности импульсов, так и периода следования импульсов. Кроме этого, устраняется недостаток, связанный с дискретным шагом изменения параметров импульсов в патентах-прототипах.A method is proposed in which a signal of the middle position is used, equal in level to the signals of only the extreme positions, which is supplied by PWM pulses having a variable duration and pause. Thus, in contrast to prototype patents, the disadvantage associated with the fixity of one of the pulse parameters is eliminated: both the pulse duration and the pulse repetition period are adapted. In addition, the disadvantage associated with the discrete step of changing the parameters of the pulses in the prototype patents is eliminated.

Иными словами, если регулируемая величина выходит за пределы зоны нечувствительности регулятора, то для ее возврата в зону применяется одно из управляющих воздействий крайних позиций. С другой стороны, при нахождении регулируемой величины в пределах зоны нечувствительности регулирование осуществляется ШИМ-импульсами. При этом адаптация длительности импульса в текущем периоде осуществляется на основании зависимости достигнутого минимального значения регулируемой величины (или максимального, в случае, если подаваемый импульс приводит к возрастанию регулируемой величины) и продолжительности импульса в предыдущем периоде; адаптация периода импульсов производится путем изменения паузы между ними, расчет которой в текущем периоде производится аналогично на основании зависимости достигнутого максимального значения регулируемой величины (или минимального, в случае, если отсутствие импульса приводит к убыванию регулируемой величины) и продолжительности паузы в предыдущем периоде.In other words, if the adjustable value goes beyond the dead band of the regulator, then one of the control actions of the extreme positions is used to return it to the zone. On the other hand, when the controlled variable is within the dead band, the regulation is carried out by PWM pulses. In this case, the adaptation of the pulse duration in the current period is carried out on the basis of the dependence of the achieved minimum value of the controlled variable (or maximum, if the supplied pulse leads to an increase in the controlled variable) and the pulse duration in the previous period; The pulse period is adapted by changing the pause between them, the calculation of which in the current period is carried out similarly based on the dependence of the achieved maximum value of the controlled variable (or the minimum, if the absence of a pulse leads to a decrease in the controlled variable) and the duration of the pause in the previous period.

Рассмотрим суть способа на примере охлаждаемого объекта, в котором регулирование величины X, например температуры, осуществляется управляющими воздействиями u0 и u1, причем u1 соответствует отбору энергии за счет внутреннего управляющего воздействия, а u0 - притоку энергии за счет внешней среды. В качестве такого объекта можно рассматривать холодильник, для которого X - температура внутри холодильной камеры, u1 - сигнал включения компрессора, u0 - имеет место при отключении компрессора. Для нагреваемых объектов, в которых u1 соответствует притоку энергии, а u0 - оттоку энергии, в предлагаемом способе достаточно изменить тип управляющего воздействия: «выключено» изменить на «включено», а «включено» - на «выключено».Consider the essence of the method by the example of a cooled object, in which the regulation of the value of X, for example, temperature, is carried out by controlling actions u 0 and u 1 , where u 1 corresponds to the selection of energy due to the internal control action, and u 0 to the flow of energy due to the external environment. As such an object, one can consider a refrigerator for which X is the temperature inside the refrigerator, u 1 is the compressor enable signal, u 0 is when the compressor is turned off. For heated objects, in which u 1 corresponds to the influx of energy, and u 0 to the outflow of energy, in the proposed method it is enough to change the type of control action: “off”, change to “on”, and “on” - to “off”.

В начальный период изменения регулируемой величины от одной крайней позиции до другой и обратно к первой регулирование происходит обычным двухпозиционным способом с зоной неоднозначности. Длительность импульса при этом соответствует времени изменения регулируемой величины от верхнего значения зоны регулирования до нижнего, а пауза между импульсами - времени изменения от нижнего значения к верхнему. На последующих периодах происходит реализация адаптации длительности импульсов и их периода за счет изменения пауз между ними, на основании имеющей место связи притока и оттока энергии с поведением регулируемой величины.In the initial period of the change in the controlled variable from one extreme position to the other and back to the first, regulation takes place in the usual on-off manner with an ambiguity zone. The pulse duration in this case corresponds to the time of the change in the controlled variable from the upper value of the control zone to the lower, and the pause between pulses corresponds to the time of the change from the lower value to the upper. In subsequent periods, adaptation of the duration of the pulses and their period occurs due to a change in the pauses between them, based on the relationship between the influx and outflow of energy with the behavior of the controlled variable.

Адаптация производится на основании допущения о линейной зависимости изменения регулируемой величины ΔX от изменения энергии объекта ΔQ:The adaptation is based on the assumption of a linear dependence of the change in the controlled variable ΔX on the change in the energy of the object ΔQ:

Figure 00000001
Figure 00000001

где K - коэффициент пропорциональности. Такая зависимость характерна для тепловых объектов, регулируемой величиной которых является температура (изменение температуры ΔT связано с изменением количества теплоты тела ΔQ через теплоемкость C: ΔQ=CΔT); объектов, в которых происходит регулирование уровня жидкости (изменение объема жидкости ΔV для цилиндрических баков или баков в форме параллелепипеда пропорционально изменению уровня ΔH:ΔV=SΔH, где S - площадь поперечного сечения бака).where K is the coefficient of proportionality. Such a dependence is characteristic of thermal objects whose adjustable value is temperature (a change in temperature ΔT is associated with a change in the amount of body heat ΔQ through heat capacity C: ΔQ = CΔT); objects in which the fluid level is regulated (a change in the fluid volume ΔV for cylindrical or parallelepiped tanks is proportional to a change in the level ΔH: ΔV = SΔH, where S is the cross-sectional area of the tank).

Считая, что приток энергии из внешней среды до момента t0 был примерно равен оттоку энергии, вызванному управляющим воздействием u1, т.е. изменения регулируемой величины были незначительными, можно говорить о том, что изменение энергии объекта управления, вызванное управляющим воздействием u1, за время

Figure 00000002
привело к изменению регулируемой величины на
Figure 00000003
как показано на фиг.1,a.Assuming that the influx of energy from the external environment to the moment t 0 was approximately equal to the outflow of energy caused by the control action u 1 , i.e. the changes in the controlled variable were insignificant, we can say that the change in the energy of the control object caused by the control action u 1 over time
Figure 00000002
led to a change in the controlled variable by
Figure 00000003
as shown in figure 1, a.

Изменение энергии объекта управления связано с изменением притока и оттока энергии в единицу времени:The change in the energy of the control object is associated with a change in the influx and outflow of energy per unit time:

Figure 00000004
Figure 00000004

где N0 - отток энергии в единицу времени, вызванный управляющим воздействием; N1 - приток энергии в единицу времени за счет внешней среды. Дальнейшие расчеты производятся для медленно меняющейся нагрузки объекта, т.е. если N1≈const и N2≈const в течение как минимум двух периодов изменения регулируемой величины.where N 0 is the outflow of energy per unit time caused by the control action; N 1 - the influx of energy per unit time due to the external environment. Further calculations are performed for a slowly changing object load, i.e. if N 1 ≈const and N 2 ≈const for at least two periods of change in the controlled variable.

Согласно (1) количество энергии, отнятое у объекта за время

Figure 00000005
, т.е. в нулевом периоде, когда действует обыкновенное позиционное регулирование с зоной неоднозначности, равно:According to (1), the amount of energy taken from the object during the time
Figure 00000005
, i.e. in the zero period, when ordinary positional regulation with an ambiguity zone is valid, it is equal to:

Figure 00000006
Figure 00000006

Учитывая связь изменения энергии объекта с ее притоком и оттоком (2), из равенства (3) имеем:Given the relationship between the change in the energy of the object with its inflow and outflow (2), from equality (3) we have:

Figure 00000007
Figure 00000007

Аналогично, для следующего, первого, периода регулирования, в котором необходимо произвести изменение регулируемой величины от значения

Figure 00000008
до уровня Xmin за время
Figure 00000009
, можно получить:Similarly, for the next, first, regulation period, in which it is necessary to make a change in the controlled variable from the value
Figure 00000008
to level X min in time
Figure 00000009
, available:

Figure 00000010
Figure 00000010

Выражая K из равенства (4) для нулевого периода и подставляя его в равенство (5) для первого периода, получаем длительность импульса для первого периода регулирования, при которой регулируемая величина под действием управляющего воздействия u1 изменится от уровня

Figure 00000008
, соответствующего началу импульса, до уровня Xmin нижнего значения зоны регулирования:Expressing K from equality (4) for the zero period and substituting it into equality (5) for the first period, we obtain the pulse duration for the first regulation period at which the controlled quantity under the influence of the control action u 1 changes from the level
Figure 00000008
corresponding to the beginning of the pulse to the level X min of the lower value of the regulation zone:

Figure 00000011
Figure 00000011

Адаптация пауз между импульсами происходит по аналогии с адаптацией длительности импульсов. Продолжительность паузы в первом периоде регулирования рассчитывается на основе длительности паузы нулевого периода, а также предшествующего и требуемого изменений регулируемой величины в нулевом и первом периодах регулирования (фиг.1, б):The adaptation of pauses between pulses occurs by analogy with the adaptation of pulse durations. The duration of the pause in the first regulation period is calculated based on the duration of the pause of the zero period, as well as the previous and required changes in the controlled variable in the zero and first regulation periods (Fig. 1, b):

Figure 00000012
Figure 00000012

где

Figure 00000013
- продолжительность паузы в нулевом периоде, когда действует обыкновенное позиционное регулирование с зоной неоднозначности;
Figure 00000014
- адаптированная продолжительность паузы в первом периоде регулирования.Where
Figure 00000013
- the duration of the pause in the zero period, when ordinary positional regulation with an ambiguity zone is valid;
Figure 00000014
- adapted pause duration in the first regulatory period.

Из соотношений (6) и (7) получаем зависимости для определения адаптированных продолжительностей импульса и паузы для i-го периода на основании данных об изменении регулируемой величины в предыдущем (i-1)-м периоде:From relations (6) and (7), we obtain the dependences for determining the adapted pulse and pause durations for the i-th period based on data on the change in the controlled variable in the previous (i-1) -th period:

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

Расчетные зависимости (8) и (9) позволяют учесть различные варианты соотношения начального уровня регулируемой величины, минимального и максимального достигнутого значения регулируемой величины по отношению к минимальной и максимальной границе зоны нечувствительности. Т.е. в отличие от ситуации, представленной на фиг.1, в общем случае, например, может быть

Figure 00000017
и
Figure 00000018
, а
Figure 00000019
и
Figure 00000020
. Также следует учитывать, что поскольку объекты, к которым применяется рассматриваемый способ регулирования, обладают внутренним запаздыванием, время начала и прекращения импульса следует считать соответственно с момента убывания и возрастания регулируемой величины, находящейся в средней позиции диапазона регулирования.The calculated dependences (8) and (9) make it possible to take into account various variants of the ratio of the initial level of the controlled variable, the minimum and maximum achieved values of the controlled variable with respect to the minimum and maximum boundary of the deadband. Those. in contrast to the situation shown in figure 1, in the General case, for example, may be
Figure 00000017
and
Figure 00000018
, but
Figure 00000019
and
Figure 00000020
. It should also be taken into account that since the objects to which the control method under consideration is applied have an internal delay, the start and stop time of the pulse should be considered, respectively, from the moment the adjustable value decreases and increases, which is in the middle position of the control range.

Реализация предлагаемого способа регулирования описана блок-схемой, приведенной на фиг.2. Она содержит блок 1, который расшифровывает блок-схема, приведенная на фиг.3, по получению задания зоны нечувствительности регулятора [Xmin;Xmax] и Xmax, текущего значения регулируемой величины X и задания типа статической характеристики Revers, «прямая» или «обратная». На фиг.4 приведена блок-схема по расшифровке блока 2 - формирование управляющих воздействий в крайних позициях и ШИМ-импульсов в средней позиции. Адаптация длительности импульсов и паузы между ними происходит в случае, если текущий период не является первым (блок 3 фиг.2). Процесс адаптации в соответствии с блоком 4 фиг.2 расшифровывает блок-схема, приведенная на фиг.5, а нахождение величин, необходимых в процессе адаптации (блок 5 фиг.2) расшифровывает блок-схема, приведенная на фиг.6. Согласно блоку 6 на фиг.2, если происходит остановка системы, например, в случае ручного выключения контроллера, входящего в систему управления, с прошитой программой, реализующей предлагаемый адаптивный способ регулирования, работа программы прекращается. Иначе происходит возврат к выполнению блока 1 фиг.2, и процесс управления продолжается.The implementation of the proposed method of regulation is described in the block diagram shown in figure 2. It contains a block 1, which decodes the block diagram shown in figure 3, upon receipt of the job deadband controller [X min ; X max ] and X max , the current value of the controlled variable X and the type of static characteristics Revers, "direct" or "Reverse". Figure 4 shows the block diagram for decoding block 2 - the formation of control actions in extreme positions and PWM pulses in the middle position. The adaptation of the duration of the pulses and the pause between them occurs if the current period is not the first (block 3 of figure 2). The adaptation process in accordance with block 4 of FIG. 2 decodes the block diagram shown in FIG. 5, and finding the values necessary in the adaptation process (block 5 of FIG. 2) decodes the block diagram shown in FIG. 6. According to block 6 in figure 2, if the system stops, for example, in the case of manual shutdown of the controller included in the control system, with a firmware program that implements the proposed adaptive control method, the program stops. Otherwise, there is a return to block 1 of FIG. 2, and the control process continues.

Согласно блок-схеме на фиг.3 в начале задают значение нижней Xmin и верхней Xmax границы зоны нечувствительности регулятора, текущее значение регулируемой величины X и задание «прямой» или «обратной» статической характеристики регулятора Revers (блок 7 фиг.3). Если заданная статическая характеристика является «прямой», логическая переменная Revers устанавливается в значение «ИСТИНА». При этом в соответствии с блоком 8 фиг.3 тип управляющего воздействия u0, также являющийся логической переменной, примет значение «ИСТИНА», а u1 - «ЛОЖЬ». В этом случае, если управляющее воздействие U в текущий момент времени будет равно U=u0, то это будет соответствовать включению исполнительного устройства, a U=u1 - отключению. Для реализации «обратной» статической характеристики регулятора переменная Revers устанавливается в значение «ЛОЖЬ». Тогда управляющее воздействие U=u0 будет соответствовать нахождению исполнительного устройства в режиме «выключено», а U=u1 - «включено». После этого проверяется значение логической переменной onstart (блок 9 фиг.3), и если оно равно «ИСТИНА», что соответствует пуску программы, реализующей трехпозиционный адаптивный способ регулирования, инициируются начальные значения переменных (блок 10 фиг.3), используемые при работе программы.According to the flowchart of FIG. 3, at the beginning, the value of the lower X min and upper X max boundaries of the deadband of the controller, the current value of the controlled variable X and the setting of the “direct” or “inverse” static characteristic of the Revers controller are set (block 7 of FIG. 3). If the specified static characteristic is “direct”, the logical variable Revers is set to the value “TRUE”. Moreover, in accordance with block 8 of Fig. 3, the type of control action u 0 , which is also a logical variable, will take the value "TRUE", and u 1 - "FALSE". In this case, if the control action U at the current moment of time is equal to U = u 0 , then this will correspond to the activation of the actuator, and U = u 1 to the disconnection. To implement the “reverse” static characteristic of the controller, the variable Revers is set to the value “FALSE”. Then the control action U = u 0 will correspond to the actuator being in the “off” mode, and U = u 1 - “on”. After that, the value of the onstart logical variable is checked (block 9 of Fig. 3), and if it is TRUE, which corresponds to the start of a program that implements a three-position adaptive control method, the initial values of the variables (block 10 of Fig. 3) are used, which are used when the program is running .

Блоки 11-18 фиг.4 описывают формирование управляющих воздействий при нахождении регулируемой величины в крайних позициях регулятора. В блоке 11 фиг.4 проверяется, является ли значение регулируемой величины X в текущий момент времени меньшим, чем нижняя граница зоны нечувствительности Xmin, и если да, то согласно блоку 12 фиг.4 для возврата величины X в среднюю позицию применяется управляющее воздействие U, равное U=u0. При этом момент времени fstop прекращения подачи импульса приравнивается значению системного времени TIME в текущий момент (блок 13 фиг.4), а время toff, прошедшее с момента tstop, обнуляется (блок 14 фиг.4). В другом случае, если X>Xmax, что проверяется в блоке 15 фиг.4, происходит возврат величины X в среднюю позицию управляющим воздействием U=u1 (блок 16 фиг.4), момент времени tstart начала подачи импульса приравнивается значению системного времени TIME в текущий момент (блок 17 фиг.4), а время ton, прошедшее с момента tstart, обнуляется (блок 18 фиг.4).Blocks 11-18 of figure 4 describe the formation of control actions when the controlled variable is in the extreme positions of the controller. In block 11 of FIG. 4, it is checked whether the value of the controlled variable X at the current time is smaller than the lower limit of the dead zone X min , and if so, according to the block 12 of FIG. 4, a control action U is applied to return the value X to the middle position equal to U = u 0 . In this case, the time moment f stop of the pulse stop is equal to the value of the TIME system time at the current moment (block 13 of FIG. 4), and the time t off elapsed from the time t stop is reset (block 14 of FIG. 4). In another case, if X> X max , which is checked in block 15 of Fig. 4, the value X is returned to the middle position by the control action U = u 1 (block 16 of Fig. 4), the time moment t start of the momentum start is equal to the value of the system TIME time at the current moment (block 17 of FIG. 4), and the time t on elapsed from time t start is reset (block 18 of FIG. 4).

В блоках 19 и 20 фиг.4 реализуется для случая охлаждаемого объекта управления нахождение момента времени начала подачи импульса fstart, который равен текущему системному времени (блок 20 фиг.4) при выполнения условия, что текущее управляющее воздействие должно быть равно U=u1 и после последнего переключения управляющего воздействия со значения U=u0 назначение U=u1 регулируемая величина не изменялась, т.е. логическая переменная Xchange имеет значение «ЛОЖЬ», или регулируемая величина в текущий момент времени имеет значение, большее чем значение регулируемой величины X01 в момент переключения (блока 19 фиг.4). Аналогично в блоках 21 и 22 фиг.4 описывается нахождение момента времени tstop, соответствующего началу паузы.In blocks 19 and 20 of FIG. 4, it is realized for the case of a cooled control object that the time moment of the start of the pulse supply f start is found , which is equal to the current system time (block 20 of FIG. 4) under the condition that the current control action must be equal to U = u 1 and after the last switching of the control action from the value U = u 0, the purpose of U = u 1 the adjustable value did not change, i.e. the logical variable X change has the value “FALSE”, or the adjustable value at the current time has a value greater than the value of the controlled variable X 01 at the time of switching (block 19 of FIG. 4). Similarly, in blocks 21 and 22 of FIG. 4, the determination of the time t stop corresponding to the start of a pause is described.

Блоки 23-26 фиг.4 описывают прекращение подачи импульса, когда время ton, прошедшее с момента начала импульса, становится больше, чем адаптированная продолжительность импульса timp (блок 23 фиг.4). При этом происходит переключение управляющего воздействия на U=u0, момент времени fstop, соответствующий началу паузы, приравнивается текущему значению системного времени TIME, а время ton обнуляется (блоки 24-26 фиг.4). Аналогично в блоках 27-30 фиг.4 описывается окончание паузы, когда время toff, прошедшее с момента прекращения подачи импульса, становится больше, чем адаптированная продолжительность паузы trelax (блок 27 фиг.4).Blocks 23-26 of FIG. 4 describe the termination of the pulse when the time t on elapsed since the start of the pulse becomes longer than the adapted pulse duration t imp (block 23 of FIG. 4). In this case, the control action is switched to U = u 0 , the moment of time f stop , corresponding to the beginning of the pause, is equal to the current value of the system time TIME, and the time t on is reset (blocks 24-26 of figure 4). Similarly, in blocks 27-30 of FIG. 4, the end of a pause is described when the time t off elapsed from the moment the pulse is stopped becomes longer than the adapted pause duration t relax (block 27 of FIG. 4).

Время ton рассчитывается при условии равенства управляющего воздействия U=u1 (блок 31 фиг.4) как разность между текущим моментом системного времени TIME и моментом времени начала подачи импульса fstart (блок 32 фиг.4), а время toff - как разность между текущим моментом системного времени TIME и моментом времени начала паузы tstop (блок 34 фиг.4) при условии равенства управляющего воздействия U=u0 (блок 33 фиг.4).The time t on is calculated under the condition that the control action is equal to U = u 1 (block 31 of FIG. 4) as the difference between the current time of the system time TIME and the time of the start of the pulse f start (block 32 of FIG. 4), and the time t off - as the difference between the current moment of the TIME system time and the moment of the start time of the pause t stop (block 34 of figure 4), provided that the control action is equal to U = u 0 (block 33 of figure 4).

Блок-схема, приведенная на фиг.5, описывает адаптацию продолжительностей импульсов и пауз на основании соотношений (8) и (9). Адаптация продолжительности импульса timp происходит при смене управляющего воздействия с u0 на u1, т.е. если значение управляющего воздействия в предыдущий момент времени

Figure 00000021
равнялось
Figure 00000022
, а управляющим воздействием в текущий момент времени U является U=u1 (блок 35 фиг.5). При этом рассчитывается продолжительность импульса в предыдущем периоде как разность между моментом времени t10 последнего изменения управляющего воздействия с u1 на u0 и моментом времени
Figure 00000023
начала подачи предыдущего импульса (блок 36 фиг.5). Нахождение адаптированного значения продолжительности импульса на основании соотношения (8) описывается блоком 37 фиг.5, в котором через X01 обозначено значение регулируемой величины X в момент времени t01 последнего изменения управляющего воздействия с u0 на u1. По аналогии в блоках 38-40 фиг.5 описывается адаптация паузы trelax между импульсами при смене управляющего воздействия с u1 на u0.The block diagram shown in FIG. 5 describes the adaptation of the durations of pulses and pauses based on relations (8) and (9). The adaptation of the pulse duration t imp occurs when the control action changes from u 0 to u 1 , i.e. if the value of the control action at the previous time
Figure 00000021
was equal
Figure 00000022
, and the control action at the current moment of time U is U = u 1 (block 35 of FIG. 5). In this case, the pulse duration in the previous period is calculated as the difference between the time t 10 of the last change in the control action from u 1 to u 0 and the time
Figure 00000023
the beginning of the previous pulse (block 36 of figure 5). Finding the adapted value of the pulse duration based on relation (8) is described by block 37 of Fig. 5, in which X 01 denotes the value of the controlled variable X at time t 01 of the last change in the control action from u 0 to u 1 . By analogy, in blocks 38-40 of FIG. 5, adaptation of the pause t relax between pulses is described when the control action is changed from u 1 to u 0 .

Блок-схема, приведенная на фиг.6, описывает нахождение величин, необходимых в процессе управления и адаптации. В блоках 42-45 фиг.6 реализовано присваивание значений переменным

Figure 00000024
, t10, X10 и Xchange при смене управляющего воздействия с u1 на u0 (блок 41 фиг.6). Аналогично, в блоках 47-50 производится присваивание значений переменным
Figure 00000025
, t01, X01 и Xchange при смене управляющего воздействия с u0 на u1 (блок 46 фиг.6). Блоки 51-54 фиг.6 описывают нахождение минимального
Figure 00000026
и максимального
Figure 00000024
достигаемого значения регулируемой величины в процессе функционирования. Блоки 55 и 56 фиг.6 предназначены для подсчета переключений управляющего воздействия ChangeU, что необходимо для определения количества поданных ШИМ-импульсов. В блоке 57 фиг.6 происходит переприсваивание переменной
Figure 00000027
таким образом, что в следующем цикле, реализуемом блок-схемой фиг.2, значение переменной
Figure 00000028
будет равно текущему значению управляющего воздействия U. Блоки 58 и 59 фиг.6 реализуют присваивание значения «ИСТИНА» переменной Xchange (блок 59 фиг.6) при изменении регулируемой величины (блок 58 фиг.6), т.е. в случае если текущее значение регулируемой величины X не равно значению регулируемой величины
Figure 00000029
в предыдущем цикле, реализованном в блок-схеме фиг.2. В блоке 60 фиг.6 реализовано переприсваивание переменной
Figure 00000030
таким образом, что в следующем цикле, реализуемом блок-схемой фиг.2, значение переменной
Figure 00000030
будет равно текущему значению регулируемой величины X. Аналогично в блоках 61 и 62 фиг.6 находятся моменты прекращения
Figure 00000031
и начала
Figure 00000032
подачи предыдущего импульса. Наконец, в блоке 63 фиг.6 переменной onstart присваивается значение «ЛОЖЬ», в соответствии с которым при проверке этой переменной в последующих циклах работы программы инициализация начальных значений переменных (блок 10 фиг.3) не происходит.The block diagram shown in Fig.6, describes the finding of the values necessary in the process of control and adaptation. In blocks 42-45 of Fig.6, the assignment of values to variables is implemented
Figure 00000024
, t 10 , X 10 and X change when changing the control action from u 1 to u 0 (block 41 of FIG. 6). Similarly, in blocks 47-50, values are assigned to variables
Figure 00000025
, t 01 , X 01 and X change when changing the control action from u 0 to u 1 (block 46 of Fig.6). Blocks 51-54 of FIG. 6 describe finding a minimum
Figure 00000026
and maximum
Figure 00000024
the achieved value of the controlled variable during operation. Blocks 55 and 56 of FIG. 6 are intended for counting control switching changes ChangeU, which is necessary to determine the number of PWM pulses applied. In block 57 of FIG. 6, the variable is reassigned
Figure 00000027
so that in the next cycle implemented by the flowchart of figure 2, the value of the variable
Figure 00000028
will be equal to the current value of the control action U. Blocks 58 and 59 of FIG. 6 implement the assignment of the value “TRUE” to the variable X change (block 59 of FIG. 6) when the controlled variable changes (block 58 of FIG. 6), i.e. if the current value of the controlled variable X is not equal to the value of the controlled variable
Figure 00000029
in the previous cycle, implemented in the block diagram of figure 2. In block 60 of FIG. 6, variable reassignment is implemented
Figure 00000030
so that in the next cycle implemented by the flowchart of figure 2, the value of the variable
Figure 00000030
will be equal to the current value of the controlled variable X. Similarly, in blocks 61 and 62 of Fig.6 are the moments of termination
Figure 00000031
and start
Figure 00000032
supply of the previous impulse. Finally, in block 63 of FIG. 6, the onstart variable is assigned the value “FALSE”, according to which, when checking this variable in subsequent cycles of the program, the initialization of the initial values of the variables (block 10 of FIG. 3) does not occur.

Адаптивный трехпозиционный способ регулирования был применен в программе управления бытовым холодильником. Регулируемой величиной являлась температура в холодильной камере, управляющие воздействия соответствовали «включению»/«выключению» компрессора холодильника. Полученные результаты изменения регулируемой величины для неадаптивного двухпозиционного с зоной неоднозначности (фиг.7,а) и для адаптивного трехпозиционного способа (фиг.7,б) показали повышение качества регулирования за счет минимизации выбегов регулируемой величины за пределы диапазона регулирования, что обеспечивается адаптивным изменением характеристик управляющих импульсов.An adaptive three-position control method was used in the control program for a household refrigerator. The controlled value was the temperature in the refrigerator, the control actions corresponded to the "on" / "off" of the refrigerator compressor. The obtained results of changing the controlled variable for a non-adaptive on-off with an ambiguity zone (Fig. 7, a) and for the adaptive three-position method (Fig. 7, b) showed an improvement in the quality of regulation by minimizing the run-out of the controlled variable outside the control range, which is provided by adaptive change in characteristics control pulses.

Claims (1)

Способ адаптивного трехпозиционного регулирования, в котором в крайних позициях применяется одно из потенциальных значений управляющих воздействий для возврата регулируемой величины в зону нечувствительности регулятора, а при нахождении регулируемой величины в пределах зоны нечувствительности регулирование осуществляется ШИМ-импульсами, отличающийся тем, что адаптируются как длительность, так и период ШИМ-импульсов на основании зависимостей достигнутого минимального/максимального значений регулируемой величины и продолжительности импульса и паузы в предыдущем периоде, которые определяются на основании следующих зависимостей:
Figure 00000033

Figure 00000034

где
Figure 00000035
- продолжительность импульса после адаптации в текущем периоде;
Figure 00000036
- продолжительность импульса до адаптации в предыдущем периоде;
Figure 00000037
- значение регулируемой величины до начала импульса в текущем периоде;
Figure 00000038
- значение регулируемой величины до начала импульса в предыдущем периоде;
Xmin - нижняя граница зоны нечувствительности регулятора;
Figure 00000039
- измеренное минимальное значение регулируемой величины в предыдущем периоде;
Figure 00000040
- продолжительность паузы после адаптации в текущем периоде;
Figure 00000041
- продолжительность паузы до адаптации в предыдущем периоде;
Figure 00000042
- значение регулируемой величины до начала паузы в текущем периоде;
Figure 00000043
- значение регулируемой величины до начала паузы в предыдущем периоде;
Xmax - верхняя граница зоны нечувствительности регулятора;
Figure 00000044
- измеренное максимальное значение регулируемой величины в предыдущем периоде.
An adaptive three-position control method, in which one of the potential values of the control actions is applied at the extreme positions to return the controlled variable to the regulator dead band, and when the controlled variable is within the dead band, the regulation is performed by PWM pulses, characterized in that both the duration and the length are adapted and the period of the PWM pulses based on the dependencies of the achieved minimum / maximum values of the controlled variable and for a long time STI pulse and a pause in the previous period, which are determined on the basis of the following relationships:
Figure 00000033

Figure 00000034

Where
Figure 00000035
- pulse duration after adaptation in the current period;
Figure 00000036
- the duration of the pulse before adaptation in the previous period;
Figure 00000037
- the value of the controlled variable before the start of the pulse in the current period;
Figure 00000038
- the value of the controlled variable before the start of the pulse in the previous period;
X min is the lower boundary of the dead band of the regulator;
Figure 00000039
- the measured minimum value of the controlled variable in the previous period;
Figure 00000040
- the duration of the pause after adaptation in the current period;
Figure 00000041
- the length of the pause before adaptation in the previous period;
Figure 00000042
- the value of the adjustable value before the pause in the current period;
Figure 00000043
- the value of the controlled variable before the pause in the previous period;
X max is the upper limit of the dead band of the regulator;
Figure 00000044
- the measured maximum value of the controlled variable in the previous period.
RU2012105484/08A 2012-02-16 2012-02-16 Method for adaptive three-position control RU2474856C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012105484/08A RU2474856C1 (en) 2012-02-16 2012-02-16 Method for adaptive three-position control

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012105484/08A RU2474856C1 (en) 2012-02-16 2012-02-16 Method for adaptive three-position control

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2474856C1 true RU2474856C1 (en) 2013-02-10

Family

ID=49120543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012105484/08A RU2474856C1 (en) 2012-02-16 2012-02-16 Method for adaptive three-position control

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2474856C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3527906A1 (en) * 1985-08-03 1987-02-12 Keiper Recaro Gmbh Co Circuit arrangement for positioning an object which can be adjusted by means of an adjusting device
RU2047210C1 (en) * 1992-10-05 1995-10-27 Магергут Валерий Залманович Position controller
RU2325682C1 (en) * 2007-02-20 2008-05-27 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.И. Ленина" Automatic control method and device
RU2408913C1 (en) * 2010-02-08 2011-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Adaptive three-position regulator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3527906A1 (en) * 1985-08-03 1987-02-12 Keiper Recaro Gmbh Co Circuit arrangement for positioning an object which can be adjusted by means of an adjusting device
RU2047210C1 (en) * 1992-10-05 1995-10-27 Магергут Валерий Залманович Position controller
RU2325682C1 (en) * 2007-02-20 2008-05-27 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.И. Ленина" Automatic control method and device
RU2408913C1 (en) * 2010-02-08 2011-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Adaptive three-position regulator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3825624B1 (en) Method and system for controlling a combination boiler
US9645589B2 (en) HVAC control with comfort/economy management
US8191513B2 (en) System and method for controlling a pump in a recirculating hot water system
CN107924203B (en) Temperature control system
RU2553630C2 (en) Method for optimized output operation of the motor-driven pump at low volume flow rate
US7712677B1 (en) Water heater and control
RU2573378C2 (en) Device and method of valve opening control for hvac system
US20120230661A1 (en) Apparatus and Method for Control of a Thermostat
US20120024240A1 (en) System and method for regulating temperature in a hot water heater
US20120006525A1 (en) Window air conditioner demand supply management response
WO2009072744A2 (en) Device for control room temperature of each room adapted to heating environment and its method
US4759498A (en) Thermostatic control without temperature droop using duty cycle control
US7189947B2 (en) Oven temperature control
JP2816134B2 (en) Temperature control method in food storage chamber
RU2474856C1 (en) Method for adaptive three-position control
EP3115699B1 (en) Heat pump hot water apparatus
RU2525812C2 (en) Method of minimising energy consumption in water heater with heat accumulator
EP3587932B1 (en) Pulse modulated heating, ventilation, and air conditioning (hvac) control
CN113383196B (en) Method for regulating a circulation pump
WO2021061670A1 (en) Response slope based hydronic control system and method
EP3588235B1 (en) Electronic thermostatic radiator valve
JP2005098445A (en) Automatic transmission and hydraulic controller of automatic transmission
RU2408913C1 (en) Adaptive three-position regulator
EP4062253B1 (en) An energy storage system for storing thermal energy and a controller and a method for determining a temperature in the energy storage system
EP3009909B1 (en) Actuator means and heating system