RU2531865C1

RU2531865C1 - Adaptive relay regulator

Info

Publication number: RU2531865C1
Application number: RU2013121077/08A
Authority: RU
Inventors: Валерий Евгеньевич Вохрышев
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2014-10-27

Abstract

FIELD: physics, control.

SUBSTANCE: invention relates to the field of automation devices and can be used in process control systems in chemical industry, heat engineering, power engineering. The device is related to the class of relay controllers with a variable hysteresis. It contains an extreme point indicator, null detector, relay unit, summators, signal averaging unit, two integrators, module evaluator and setting device.

EFFECT: ensuring of automatic stabilisation of amplitude of auto-oscillations of adjustable coordinate at the specified level in conditions of uncertainty of object and medium parameters.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области средств автоматизации и может быть использовано для управления динамическими объектами в химической промышленности, теплотехнике, энергетике.The invention relates to the field of automation and can be used to control dynamic objects in the chemical industry, heat engineering, energy.

Регуляторы с релейной характеристикой (релейные регуляторы) широко распространены в технике (см., например, Цыпкин Я.З. Релейные автоматические системы. - М.: Наука, 1974). Известны также регуляторы с релейными характеристиками, работающие по принципу «включено-выключено» и имеющие положительный или отрицательный гистерезис с элементами самонастройки (см., например, а.с. СССР и патенты РФ №№631864, 1418648 №1585778, №2369893, №2462744).Regulators with a relay characteristic (relay regulators) are widely used in technology (see, for example, Tsypkin Y.Z. Relay automatic systems. - M .: Nauka, 1974). Also known are regulators with relay characteristics, operating on an on-off basis and having positive or negative hysteresis with self-tuning elements (see, for example, the USSR AS and RF patents Nos. 631864, 1418648 No. 1585778, No. 2369893, No. 2462744).

Наиболее близким по технической сути к заявляемому устройству является адаптивный релейный регулятор по №2462744. Опубл. Бюл. 2012, №27. Регулятор-прототип содержит индикатор экстремумов, нуль-орган, релейный блок, сумматор, суммирующее устройство, блок вычисления среднего значения сигнала, интегратор и реализует следующий закон управления:The closest in technical essence to the claimed device is an adaptive relay controller at No. 2462744. Publ. Bull. 2012, No. 27. The prototype controller contains an extremum indicator, a zero-organ, a relay block, an adder, an adder, a signal mean value calculation unit, an integrator, and implements the following control law:

$U = B \cdot S i g n (M (t)), (1)$

U = B \cdot S i g n (M (t)), (one)

где M(t)=A(t)+k·(x_э(t)-A(t))-x(t),where M (t) = A (t) + k * (x _e (t) -A (t)) - x (t),

A(t)=k1·x₀+(1-k1)·a(t),A (t) = k1 x ₀ + (1-k1) a (t),

В - постоянная величина,B is a constant value

$a (t) = k 2 \cdot \int_{0}^{\infty} (x_{0} - \frac{x_{\max} + x_{\min}}{2}) d t$

, есть смещение сигнала x₀, обеспечивающее автоматическое смещение и выходного сигнала объекта, (регулируемой координаты х(t)) относительно x₀ до тех пор, пока среднее значение регулируемой координаты, определяемое как

\frac{x_{\max} + x_{\min}}{2}

, не станет равным х₀. Здесь k, k1 и k2 - постоянные коэффициенты, x_max, x_min - экстремальные значения сигнала регулируемой координаты. Sign - знаковая функция, принимающая значение «+1», если сигнал функции переключения (2) больше нуля, и «0», если этот сигнал меньше или равен нулю. Таким образом, данный регулятор решает задачу обеспечения равенства среднего значения регулируемой координаты в установившемся режиме работы его заданному значению путем автоматического смещения сигнала х₀ в сторону увеличения или уменьшения на заранее неизвестную величину в условиях действия несимметричности релейного управляющего сигнала или сигнальных возмущений (например, постоянных, или медленно меняющихся).

a (t) = k 2 \cdot \int_{0}^{\infty} (x_{0} - \frac{x_{\max} + x_{\min}}{2}) d t

, there is a bias of the signal x ₀ , providing automatic bias and the output signal of the object, (adjustable coordinate x (t)) relative to x ₀ until the average value of the adjustable coordinate, defined as

\frac{x_{\max} + x_{\min}}{2}

does not become equal to x ₀ . Here k, k1 and k2 are constant coefficients, x _max , x _min are extreme values of the signal of an adjustable coordinate. Sign - a sign function that takes the value “+1” if the signal of the switching function (2) is greater than zero, and “0” if this signal is less than or equal to zero. Thus, this regulator solves the problem of ensuring the equality of the average value of the adjustable coordinate in the steady state operation mode to its predetermined value by automatically shifting the signal x ₀ in the direction of increasing or decreasing by a previously unknown value under the conditions of the asymmetry of the relay control signal or signal disturbances (for example, constant, or slowly changing).

Недостаток регулятора заключается в том, что он не может автоматически стабилизировать амплитуду автоколебаний на заданном уровне в условиях действия параметрических возмущений.The drawback of the regulator is that it cannot automatically stabilize the amplitude of self-oscillations at a given level under the action of parametric disturbances.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, заключающееся в обеспечении автоматической стабилизации амплитуды автоколебаний регулируемой координаты на заданном уровне в условиях неопределенности параметров объекта и среды.The technical result of the invention is to expand the functionality of the device, which consists in providing automatic stabilization of the amplitude of self-oscillations of an adjustable coordinate at a given level in the conditions of uncertainty in the parameters of the object and the environment.

Для достижения результата в адаптивный релейный регулятор, содержащий интегратор, релейный блок, блок вычисления среднего значения сигнала, нуль-орган, выход которого подключен к выходу регулятора, индикатор экстремумов, вход которого связан с первым входом регулятора и вторым входом нуль-органа, а информационные и управляющий выходы - с соответствующими входами релейного блока и блока вычисления среднего значения сигнала, выход которого соединен с первым инверсным входом интегратора, второй вход которого соединен со вторым входом регулятора, суммирующее устройство, первый вход которого соединен со вторым входом регулятора, второй вход - с выходом интегратора, введены задатчик, дистанционно управляемый сумматор, устройство для вычисления модуля сигналов, информационные и управляющий входы которого соединены соответственно с информационными и управляющим выходами индикатора экстремумов, второй интегратор, первый вход которого соединен с выходом задатчика, второй вход - с выходом устройства вычисления модуля сигналов, а выход - с управляющим входом дистанционно управляемого сумматора, информационные входы которого соединены соответственно с выходами релейного блока и суммирующего устройства.To achieve the result, an adaptive relay controller containing an integrator, a relay block, a unit for calculating the average signal value, a zero-organ, the output of which is connected to the output of the regulator, an extremum indicator, the input of which is connected to the first input of the regulator and the second input of the zero-organ, and information and control outputs - with the corresponding inputs of the relay block and the unit for calculating the average value of the signal, the output of which is connected to the first inverse input of the integrator, the second input of which is connected to the second input of the reg a combiner, a summing device, the first input of which is connected to the second input of the regulator, the second input - with the output of the integrator, a commander, a remotely controlled adder, a device for calculating the signal module, the information and control inputs of which are connected respectively to the information and control outputs of the extreme indicator, are introduced an integrator, the first input of which is connected to the output of the master, the second input - with the output of the device for calculating the signal module, and the output - with the control input of the remote control trolled adder, whose data inputs are connected respectively to the outputs of the relay unit and the summing device.

Устройство изображено на фиг.1, где представлена его блок-схема, фиг.2, которая иллюстрирует пример конкретного выполнения регулятора на пневматических элементах УСЭППА, и фиг.3, где представлены результаты исследования процессов в релейной системе с предложенным регулятором методом цифрового моделирования.The device is shown in Fig. 1, where its block diagram is presented, Fig. 2, which illustrates an example of a specific embodiment of a controller on USEPPA pneumatic elements, and Fig. 3, which presents the results of a study of processes in a relay system with the proposed controller by digital modeling.

Устройство содержит (фиг.1) индикатор экстремумов 1, нуль-орган 2, релейный блок 3, дистанционно управляемый сумматор 4, суммирующее устройство 5, блок вычисления среднего значения сигнала 6, первый интегратор 7, блок выделения модуля 8, второй интегратор 9, задатчик 10, х - первый вход регулятора (переменная), х₀ - второй вход регулятора (сигнал задания), U - выходной сигнал регулятора.The device contains (Fig. 1) an extremum indicator 1, a zero-organ 2, a relay unit 3, a remotely controlled adder 4, an adder 5, an average signal value calculation unit 6, a first integrator 7, a module allocation unit 8, a second integrator 9, a master 10, x - the first input of the controller (variable), x ₀ - the second input of the controller (reference signal), U - the output signal of the controller.

Первый вход регулятора (переменная - х) соединен с входами индикатора экстремумов 1 и вторым входом (инверсным) нуль-органа 2, информационные и управляющий выходы индикатора экстремумов соединены соответственно с информационными входами релейного блока 3, блока вычисления среднего значения сигнала 6 и блока вычисления модуля 8, второй вход регулятора x₀ связан первым входом суммирующего устройства 5, с третьим информационным входом блока выделения модуля 8 и первым входом интегратора 7, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления среднего значения сигнала 6, выход интегратора 7 подключен ко второму входу суммирующего устройства 5, выход которого соединен со вторым входом дистанционно управляемого сумматора 4, первый вход которого связан с выходом релейного блока 3, выход задатчика 10 соединен с первым входом второго интегратора 9, второй вход которого связан с выходом блока выделения модуля 8, выход нуль-органа 2 подключен к выходу регулятора U.The first input of the controller (variable x) is connected to the inputs of the extremum indicator 1 and the second input (inverse) of the zero-organ 2, the information and control outputs of the extrema indicator are connected to the information inputs of the relay unit 3, the average signal value calculation unit 6, and the module calculation unit 8, the second input of the regulator x ₀ is connected a first input of the adder 5, a third information input module selection unit 8 and the first input of the integrator 7, a second input coupled to the output of computed I mean signal 6, the output of the integrator 7 is connected to the second input of the adder 5, the output of which is connected to the second input of the remotely controlled adder 4, the first input of which is connected to the output of the relay unit 3, the output of the master 10 is connected to the first input of the second integrator 9, the second the input of which is connected to the output of the allocation unit of module 8, the output of the zero-organ 2 is connected to the output of the controller U.

Подобное соединение элементов позволяет модифицировать закон управления (1) и реализовать его следующим образом:Such a combination of elements allows you to modify the control law (1) and implement it as follows:

$U = B \cdot S i g n (M (t)), (2)$

U = B \cdot S i g n (M (t)), (2)

где $M (t) = A (t) + k (t) \cdot (x_{э} (t) - A (t)) - x (t), (3)$

Where

M (t) = A (t) + k (t) \cdot (x_{uh} (t) - A (t)) - x (t), (3)

A(t)=k1·x₀+(1-k1)·a(t),A (t) = k1 x ₀ + (1-k1) a (t),

В - постоянная величина,B is a constant value

$k (t) = k_{0} - k 2 \cdot \int_{0}^{t} (z - | x_{0} - x_{э} (t) |) d t$

, z - заданное значение амплитуды автоколебании,

k (t) = k_{0} - k 2 \cdot \int_{0}^{t} (z - | | | x_{0} - x_{uh} (t) | | |) d t

, z is the specified value of the amplitude of the self-oscillation,

$a (t) = k 3 \cdot \int_{0}^{t} (x_{0} - \frac{x_{\max} + x_{\min}}{2}) d t$

, есть смещение сигнала x₀, обеспечивающее смещение и выходного сигнала объекта, (регулируемой координаты x(t)) относительно x₀ до тех пор, пока среднее значение регулируемой координаты, определяемое как

\frac{x_{\max} + x_{\min}}{2}

, не станет равным x₀. В результате автоматически устраняется статическая ошибка, а изменение коэффициента k(t) в диапазоне от 0 до 1 позволяет стабилизировать амплитуду автоколебаний на заданном уровне z, чем и достигается цель изобретения. Здесь k, k1 и k2 - постоянные коэффициенты, x_max, x_min - экстремальные значения сигнала регулируемой координаты. Sign - знаковая функция, принимающая значение «+1», если сигнал функции переключения (3) больше нуля, и «0», если этот сигнал меньше или равен нулю.

a (t) = k 3 \cdot \int_{0}^{t} (x_{0} - \frac{x_{\max} + x_{\min}}{2}) d t

, there is an offset of the signal x ₀ , which provides an offset of the output signal of the object (of the adjustable coordinate x (t)) relative to x ₀ until the average value of the adjustable coordinate, defined as

\frac{x_{\max} + x_{\min}}{2}

, will not be equal to x ₀ . As a result, the static error is automatically eliminated, and a change in the coefficient k (t) in the range from 0 to 1 allows us to stabilize the amplitude of self-oscillations at a given level z, which achieves the aim of the invention. Here k, k1 and k2 are constant coefficients, x _max , x _min are extreme values of the signal of an adjustable coordinate. Sign is a sign function that takes the value “+1” if the signal of the switching function (3) is greater than zero, and “0” if this signal is less than or equal to zero.

Таким образом, данный регулятор решает задачу обеспечения как равенства среднего значения регулируемой координаты в установившемся режиме работы его заданному значению путем автоматического смещения сигнала х₀ в сторону увеличения или уменьшения на заранее неизвестную величину, так и дополнительно обеспечивает стабилизицию амплитуды автоколебаний неопределенных объектов (или при параметрических возмущениях), что придает ему новое качество.Thus, this regulator solves the problem of ensuring both the equality of the average value of the adjustable coordinate in the steady state operation mode to its predetermined value by automatically shifting the signal x ₀ in the direction of increase or decrease by a previously unknown value, and additionally ensures stabilization of the amplitude of self-oscillations of undefined objects (or with parametric disturbances), which gives it a new quality.

Рассмотрим работу отдельных элементов регулятора и устройства в целом. Индикатор 1 экстремумов (А.С. 482757. Бюл., 1975, №32) работает следующим образом. При изменении регулируемой координаты, например, в сторону уменьшения, на выходе элемента 17 запоминается сигнал х_макс при x<(x_мaкc+a), где а - величина сдвига, настраиваемая в элементе 17 запоминания, элемент 16 срабатывает и отключает элемент запоминания 13, 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 x_мин, элемент 16 сравнения принимает исходное положение, а второй вход элемента 16 сравнения вновь соединяется с выходом элемента 17 запоминания максимума. Повторители 12 и 13 обеспечивают гальваническую развязку сигналов х_макс, x_мин. Пневмоемкость 15 обеспечивает сохранение сигналов при переключениях реле 14.Consider the operation of individual elements of the controller and the device as a whole. The indicator of 1 extremes (A. S. 482757. Bull., 1975, No. 32) works as follows. When the adjustable coordinate is changed, for example, in the direction of decreasing, the signal x _{max is} stored at the output of element 17 at x <(x _max + a), where a is the shift value, which can be adjusted in memorization element 17, element 16 is activated and deactivates memorization element 13, closing the upper contact of the relay 14, and the output of the memory element 18 through another contact of the relay 14 is connected to the second input of the comparison element 16. With a further decrease in the signal, the output signal of the comparison element 16 does not change. With an increase in the input signal at the output of the memory element 18, x _{min is} stored, the comparison element 16 assumes the initial position, and the second input of the comparison element 16 is again connected to the output of the maximum memory element 17. Repeaters 12 and 13 provide galvanic isolation of the signals x _max , x _min . Pneumatic capacity 15 ensures the conservation of signals when switching relays 14.

Нуль-орган 2 формирует на своем выходе сигнал управления U, равный «0» или «1» в зависимости от того меньше или больше нуля сумма сигналов A(t)+k(t)·(x_э-A(t))-x(t)=(1-k(t)·A(t)+k(t)·x_э-x(t), действующая на его входах.Null body 2 generates at its output a control signal U is equal to "0" or "1" depending on whether less or more than zero sum signals A (t) + k (t ) · (x _e -A (t)) - x (t) = (1-k (t) · A (t) + k (t) · x _э -x (t), acting on its inputs.

Релейный блок 3 (двух контактное реле) обеспечивает коммутацию х_макс, x_мин по команде с выхода элемента 16 сравнения на вход дистанционно управляемого сумматора 4. Последний выполнен по схеме дроссельного сумматора. Он содержит дроссель 37и дистанционно управляемый дроссель 36, выполненный, например, по схеме а.с. №547580, опубл. в Бюл. №7, 1977 г. Его выход равен (1-k(t))·A(t)+k(t)·x_э, где k(t)=d/(d+b(t)), d - постоянная проводимость одного из дросселей 37, a b(t) - переменная проводимость дистанционно управляемого второго дросселя сумматора 36, A(t) и х_э - сигналы, действующие на входах сумматора 4.Relay block 3 (two contact relays) provides switching x _max , x _min upon command from the output of the comparison element 16 to the input of the remotely controlled adder 4. The latter is made according to the throttle adder circuit. It contains a throttle 37 and a remotely controlled choke 36, made, for example, according to the A.S. No. 547580, publ. in bull. №7, 1977. Its output is (1-k (t)) · A (t) + k (t) · x _э , where k (t) = d / (d + b (t)), d - the constant conductivity of one of the chokes 37, ab (t) is the variable conductivity of the remotely controlled second choke of the adder 36, A (t) and x _e are the signals acting on the inputs of the adder 4.

Суммирующее устройство 5 содержит дроссельный сумматор 25, работающий по принципу сумматора 4, выходной сигнал которого равен A(t)=(1-k1)·a(t)+k1·x₀, и повторитель-усилитель мощности 24. Этот блок обеспечивает масштабирование задающего сигнала x₀.The adder 5 contains a throttle adder 25 operating on the principle of an adder 4, the output signal of which is A (t) = (1-k1) · a (t) + k1 · x ₀ , and a power repeater-amplifier 24. This block provides scaling reference signal x ₀ .

Блок вычисления среднего значения 6 имеет три входа и может быть реализован, например, так, как показано на фиг.2. Он содержит дроссельный сумматор 21, работающий по принципу дистанционно управляемого сумматора 4: (1-k4)·x_max+k4·x_min(t), где коэффициент k5=0.5, повторители-усилители мощности 22 и 23, два клапана 19 и 20, с помощью которых запоминаются сигналы x_max и x_min с выхода индикатора экстремумов 1 по команде с управляющего выхода индикатора экстремумов 1 таким образом, что на выходе повторителя 22 выделяется сигнал минораты входного сигнала, а на выходе повторителя 23 - максоранты. Эти сигналы суммируются в дроссельном сумматоре по формуле $\frac{x_{\max} + x_{\min}}{2}$

, то есть находится среднее значение входного сигнала на каждом полупериоде колебаний сигнала x(t). Действительно, если сигнал x(t) изменяется от нуля в сторону увеличения x_min=0. Выходной управляющий сигнал индикатора экстремумов 1 равен «I». Поэтому сигнал x_min=0 запоминается в индикаторе экстремумов-1 и проходит через открытый контакт клапана 19, через повторитель 22 и сумматор 24 на вход интегратора 7. Сигнал x_мах также равен нулю, и он тоже запоминается с помощью клапана 20 и повторителя 23. Когда появляется x_мах≠0, выходной сигнал индикатора экстремумов принимает значение «0». В результате клапан 19 закрывается и сохраняет x_min=0 на выходе повторителя 22, до появления следующего сигнала x_min. Сигнал x_мах появляется на выходе клапана 20. Затем при очередном появлении сигнала x_min сигнал x_мах запомнится на пол периода автоколебаний сигнала х. Далее цикл повторяется.The mean value calculating unit 6 has three inputs and can be implemented, for example, as shown in FIG. 2. It contains a throttle adder 21, operating on the principle of a remotely controlled adder 4: (1-k4) · x _max + k4 · x _min (t), where the coefficient is k5 = 0.5, power repeaters-

amplifiers

22 and 23, two

valves

19 and 20 using which the signals x _max and x _min are stored from the output of the extremum indicator 1 by a command from the control output of the extremum indicator 1 in such a way that the output signal minorates are extracted at the output of the repeater 22, and maxorants are output at the output of the repeater 23. These signals are summed in the throttle adder according to the formula

\frac{x_{\max} + x_{\min}}{2}

, that is, the average value of the input signal is found at each half-period of the oscillations of the signal x (t). Indeed, if the signal x (t) changes from zero to the direction of increase x _min = 0. The output control signal of the extremum indicator 1 is “I”. Therefore, the signal x _min = 0 is stored in the extreme-1 indicator and passes through the open contact of the valve 19, through the repeater 22 and the adder 24 to the input of the integrator 7. The signal x _{max is} also zero, and it is also stored using the valve 20 and the repeater 23. When x _max ≠ 0 appears, the output signal of the extremum indicator takes the value “0”. As a result, valve 19 closes and retains x _min = 0 at the output of the repeater 22, until the following signal x _min. The signal x _max appears at the output of the valve 20. Then, when the signal x _min appears again, the signal x _max will be remembered for half the period of the self-oscillations of the signal x. Next, the cycle repeats.

Интегратор 7 содержит, усилитель 26, пневмоемкость 28, дроссель 27 и повторитель 11. Входами его являются выходной сигнал блока вычисления среднего значения 6 и сигнала x₀. Это типовое устройство, построенное на усилителе, охваченном инерционной положительной обратной связью и формирующее на своем выходе нарастающий или убывающий сигнал a(t), пропорциональный разности двух сигналов, действующих на его входах.The integrator 7 contains, an amplifier 26, a pneumatic capacity 28, a throttle 27 and a repeater 11. Its inputs are the output signal of the average value calculation unit 6 and the signal x ₀ . This is a typical device built on an amplifier covered by inertial positive feedback and generating an increasing or decreasing signal a (t) at its output, which is proportional to the difference of two signals acting on its inputs.

Блок выделения модуля 8 содержит усилитель 33 и два коммутирующих элемента 32 и 34. На выходе блока формируется значение амплитуды автоколебаний |x₀-x_э(t)|. Если на выходе информационного выхода индикатора экстремумов запоминается сигнал, например, x_min, то на управляющем выходе элемента 18-«1». Этот сигнал открывает верхнее сопло элемента 34 и закрывает нижнее сопло элемента 32. В результате на прямой вход усилителя 33 проходит через открытый верхний контакт элемента 34 сигнал x_min, а на его инверсный вход через открытый нижний контакт x₀, и на выходе усилителя 33 формируется знакоположительный сигнал x₀-x_min(t), равный текущему значению амплитуды автоколебаний. Когда в индикаторе экстремумов запоминается сигнал х_мах, то сигнал «0» с выхода элемента 3 вновь переключает элементы 32 и 34. В результате через открытые контакты элементов 32 и 34 на прямой и инверсный входы усилителя 33 проходят соответственно сигналы х_мах и х₀, и на выходе усилителя 33 формируется знакоположительный сигнал x_max(t)-x₀.Block allocation unit 8 comprises an amplifier 33 and two switching elements 32 and 34. The value of the amplitude oscillations generated at the output of block | x ₀ -x _e (t) |. If the signal, for example, x _min , is stored at the output of the information output of the extremum indicator, then at the control output of the element 18- "1". This signal opens the upper nozzle of the element 34 and closes the lower nozzle of the element 32. As a result, the signal x _min passes through the open upper contact of the element 34 through the open upper contact of the element 34, and to its inverse input through the open lower contact x ₀ , and the output of the amplifier 33 is formed sign-positive signal x ₀ -x _min (t), equal to the current value of the amplitude of the self-oscillations. When the signal x _{max is} stored in the extreme indicator, the signal "0" from the output of element 3 switches the elements 32 and 34 again. As a result, the signals x _max and x ₀ pass through the open contacts of the elements 32 and 34 to the direct and inverse inputs of the amplifier 33, and at the output of amplifier 33, a sign-positive signal x _max (t) -x ₀ is generated.

Второй интегратор 9 имеет конструкцию интегратора 7. Он содержит также повторитель 29, дроссель 30, усилитель 31, емкость 32. На его входе действует разность сигналов - сигнал с задатчика 9, формирующий сигнал заданного значения амплитуды, и выходной сигнал с блока выделения модуля 6, на выходе которого формируется текущее значение амплитуды автоколебаний. При отклонении текущего значения амплитуды автоколебаний от заданного значения, на выходе интегратора вырабатывается сигнал, изменяющий проводимость дросселя 4. Это приводит к изменению моментов переключения регулятора, что влечет за собой изменение и амплитуды автоколебаний переменной х, если регулятор работает в системе с объектом, порядок передаточной функции или системы дифференциальных уравнений которого больше двух.The second integrator 9 has the design of an integrator 7. It also contains a repeater 29, an inductor 30, an amplifier 31, a capacitance 32. At its input, there is a signal difference — a signal from a setter 9, which generates a signal of a given amplitude value, and an output signal from a module selection unit 6, at the output of which the current value of the amplitude of the self-oscillations is formed. If the current value of the amplitude of the self-oscillations deviates from the set value, an integrator generates a signal that changes the conductivity of the inductor 4. This leads to a change in the switching times of the controller, which entails a change in the amplitude of the self-oscillations of variable x, if the controller operates in a system with an object, the transfer order functions or systems of differential equations which are more than two.

Работу регулятора в целом рассмотрим с привлечением рисунков на фиг.1 и 2. Пусть сигнал x(t) нарастает от нуля в сторону увеличения. Тогда экстремальные значения этого сигнала в момент включения регулятора равны нулю. Один из этих сигналов x_min проходит через релейный блок 3 и дистанционно управляемый сумматор 4 на вход нуль-органа 2. Таким образом, на входе нуль-органа 2 в момент включения регулятора действует сигнал (1-k(t))A(t)>0 и на его выходе формируется сигнал управления «1».The work of the regulator as a whole, we will consider using the figures in figures 1 and 2. Let the signal x (t) grows from zero to the side of increase. Then the extreme values of this signal at the moment the regulator is turned on are equal to zero. One of these signals x _min passes through the relay unit 3 and the remote-controllable adder 4 to the input of the zero-body 2. Thus, the signal acts on the body of the zero-input 2 at the moment when the controller (1-k (t)) A ( t) > 0 and at its output a control signal “1” is generated.

Одновременно в момент включения регулятора выходной управляющий сигнал индикатора экстремумов 1 воздействует на элементы блока 6, открывая клапан 19 и закрывая клапан 20. В результате на выходе сумматора 21 сохраняется нулевой выходной сигнал. Как только входной сигнал x(t) достигнет величины (1-k(t))∗A(t) нуль-орган 2 принимает исходное состояние. В результате выходной сигнал регулятора становится равным U=0. Далее при появлении экстремального значения входного сигнала регулятора х_э=x_мах выходной управляющий сигнал индикатора экстремумов 1 вновь становится равным «0». В результате клапан 19 закрывается, x_min запоминается в повторителе 22, а клапан 20 открывается, обеспечивая прохождение сигнала x_мах через повторитель 23 и сумматор 21 на инверсный вход усилителя 26 интегратора 7. Выходной сигнал интегратора 7 через суммирующее устройство 5 масштабирует величину сигнала x₀, обеспечивая симметричность автоколебаний в системе. Одновременно сигналы x₀, x_min или х_мах через коммутирующие элементы 34 и 35 блока выделения модуля 9 поступают на вход усилителя 33, а с его выхода на вход усилителя 31 второго интегратора 8. В усилителе 31 сравниваются сигналы заданного значения амплитуды автоколебаний, который формируется задатчиком 10, и ее текущего значения, поступающего с выхода блока 9. По результатам этого сравнения в интеграторе вырабатывается сигнал, который воздействует на управляемый дроссель 36 блока 4, изменяя его проводимость тех пор пока амплитуда автоколебаний не станет равной заданной величине.At the same time, at the moment the regulator is turned on, the output control signal of the extremum indicator 1 acts on the elements of block 6, opening the valve 19 and closing the valve 20. As a result, the output signal of the adder 21 is saved. As soon as the input signal x (t) reaches the value (1-k (t)) ∗ A (t) null-organ 2 assumes the initial state. As a result, the controller output signal becomes equal to U = 0. Further, when the extreme value of the input signal of the controller x _e = x _{max appears, the} output control signal of the indicator of extremes 1 again becomes equal to "0". As a result, the valve 19 closes, x _{min is} stored in the repeater 22, and the valve 20 opens, allowing the signal x _{max to} pass through the repeater 23 and the adder 21 to the inverse input of the amplifier 26 of the integrator 7. The output signal of the integrator 7 through the summing device 5 scales the value of the signal x ₀ , providing symmetry of self-oscillations in the system. At the same time, the signals x ₀ , x _min or x _max through the switching elements 34 and 35 of the allocation unit of module 9 are fed to the input of the amplifier 33, and from its output to the input of the amplifier 31 of the second integrator 8. The amplifier 31 compares the signals of a given value of the amplitude of the self-oscillations, which is formed the setter 10, and its current value coming from the output of block 9. Based on the results of this comparison, a signal is generated in the integrator that acts on the controlled inductor 36 of block 4, changing its conductivity until the amplitude of the self-oscillations is an equal to a given value.

Работа регулятора в динамике иллюстрируется рисунком фиг.3, где представлены процессы изменения сигналов регулятора при его использовании в системе управления объектом, который описывается дифференциальным уравнением третьего порядка видаThe operation of the controller in dynamics is illustrated by the figure of figure 3, which shows the processes of changing the signals of the controller when it is used in the object control system, which is described by a third-order differential equation of the form

p³x+5.5p²x+9.5px+5=7.5u+F,p ³ x + 5.5p ² x + 9.5px + 5 = 7.5u + F,

где $p = \frac{d}{d t}$

, иллюстрирует процессы автоматического изменения коэффициента k(t) и уставки A(t) в функции переключения (3), приводящие к стабилизации амплитуды автоколебаний на заданном уровне и их симметричности относительно уставки.Where

p = \frac{d}{d t}

, illustrates the processes of automatically changing the coefficient k (t) and the set point A (t) in the switching function (3), leading to stabilization of the amplitude of self-oscillations at a given level and their symmetry with respect to the set point.

Коэффициенты и выходные сигналы источников сигналов были следующими х₀=0.3, k(0)=0.45, k1=0.05, k2=0.025, k3=0.007, B=0.8, F=0.15, z=0.05. Из рисунка фиг.3 видно, что в момент включения сигнал A(t) близок к нулю, и этот сигнал достаточно быстро нарастает, поскольку входной сигнал интегратора велик, до момента появления первого x_max.The coefficients and output signals of the source signals were as follows x ₀ = 0.3, k (0) = 0.45, k1 = 0.05, k2 = 0.025, k3 = 0.007, B = 0.8, F = 0.15, z = 0.05. From the figure of Fig. 3 it can be seen that at the moment of switching on, the signal A (t) is close to zero, and this signal increases quite quickly, since the input signal of the integrator is large, until the first x _max appears.

Первое переключение управления происходит с «недоходом» регулируемой координаты х до величины A(t). Затем скорость нарастания выходного сигнала интегратора уменьшается. Изменение сигнала A(t) будет продолжаться до тех пор, пока статическая ошибка не станет равной нулю. Одновременно стабилизируется и величина амплитуды автоколебаний благодаря автоматическому увеличению k(t).The first control switch occurs with the “non-profit” of the controlled coordinate x to the value A (t). Then the slew rate of the output signal of the integrator decreases. The change in the signal A (t) will continue until the static error becomes equal to zero. At the same time, the amplitude of self-oscillations stabilizes due to the automatic increase in k (t).

(Следует отметить, что изменением коэффициента k(t) в функции переключения (3) в диапазоне от 0 до 1 амплитуда автоколебаний в системе при прочих равных условиях может изменяться в широких пределах). Интеграторы 7 и 8 настраиваются таким образом, чтобы процессы в системе были сходящимися. Регулятор в релейных системах управления технологическими процессами обеспечивает симметричность автоколебаний в установившемся режиме работы и одновременно - заданную точность в условиях неопределенности параметров объекта и среды. В этом проявляются адаптивные свойства заявляемого устройства и его новизна.(It should be noted that by varying the coefficient k (t) in the switching function (3) in the range from 0 to 1, the amplitude of self-oscillations in the system, ceteris paribus, can vary widely). Integrators 7 and 8 are configured so that the processes in the system are convergent. The controller in the relay control systems of technological processes ensures the symmetry of self-oscillations in the steady-state mode of operation and at the same time - the specified accuracy in the conditions of uncertainty of the parameters of the object and the environment. This shows the adaptive properties of the claimed device and its novelty.

Claims

An adaptive relay controller containing an integrator, a relay block, an average signal value calculating unit, a zero-organ whose output is connected to the regulator's output, an extremum indicator whose input is connected to the first controller input and the second zero-organ input, and information and control outputs with the corresponding inputs of the relay unit and the unit for calculating the average value of the signal, the output of which is connected to the first inverse input of the integrator, the second input of which is connected to the second input of the controller, which summarizes the thy, the first input of which is connected to the second input of the regulator, the second input - with the output of the integrator, characterized in that it incorporates a master, a remotely controlled adder, a device for calculating the signal module, the information and control inputs of which are connected respectively to the information and control outputs of the indicator extrema, the second integrator, the first input of which is connected to the output of the master, the second input - with the output of the device for calculating the signal module, and the output - with the control input of the remote control trolled adder, whose data inputs are connected respectively to the outputs of the relay unit and the summing device.