RU2571371C2 - Control device - Google Patents

Control device Download PDF

Info

Publication number
RU2571371C2
RU2571371C2 RU2014117628/08A RU2014117628A RU2571371C2 RU 2571371 C2 RU2571371 C2 RU 2571371C2 RU 2014117628/08 A RU2014117628/08 A RU 2014117628/08A RU 2014117628 A RU2014117628 A RU 2014117628A RU 2571371 C2 RU2571371 C2 RU 2571371C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
integrator
input
output
control
functional element
Prior art date
Application number
RU2014117628/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014117628A (en
Inventor
Сергей Иванович Малафеев
Original Assignee
Сергей Иванович Малафеев
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 Сергей Иванович Малафеев filed Critical Сергей Иванович Малафеев
Priority to RU2014117628/08A priority Critical patent/RU2571371C2/en
Publication of RU2014117628A publication Critical patent/RU2014117628A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2571371C2 publication Critical patent/RU2571371C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: physics; control.
SUBSTANCE: invention relates to automatic control. A control device comprises two integrators, an adder, a nonlinear functional element, an amplifier, a normally open controlled switch and a normally closed controlled switch. The second integrator has a longer time constant than the first. The nonlinear functional element has a characteristic
Figure 00000015
where x is the device input signal; Uo is voltage which corresponds to a logic one level; x0 is a threshold value.
EFFECT: improved quality of control processes in different automation systems.
4 dwg

Description

Изобретение относится к автоматическому регулированию и предназначено для использования в различных системах автоматики.The invention relates to automatic regulation and is intended for use in various automation systems.

Известны регулирующие устройства, содержащие интегратор и усилитель, подключенные к входам сумматора, выход которого соединен с вторым усилителем, и нормально разомкнутый управляемый ключ (Денисенко В.В. ПИД-регуляторы: вопросы реализации / Современные технологии автоматизации, 2007, №4. - С. 86-97, рис. 6; Гельднер К., Кубик С. Нелинейные системы управления. - М: Мир, 1987, с. 265-266, рис. 164).Known control devices containing an integrator and an amplifier connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to a second amplifier, and a normally open controlled key (Denisenko V.V. PID controllers: implementation issues / Modern automation technology, 2007, No. 4. - C 86-97, Fig. 6; Geldner K., Kubik S. Nonlinear control systems. - M: Mir, 1987, pp. 265-266, Fig. 164).

В известных устройствах обеспечивается формирование регулирующего воздействия для объекта, пропорциональное сумме входного сигнала рассогласования системы и интеграла от него:In the known devices, the formation of the regulatory effect for the object is proportional to the sum of the input signal of the mismatch of the system and the integral from it:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где kп - коэффициент пропорциональности; Tи - постоянная времени, при ограничении выходного сигнала интегратора для обеспечения устойчивости и снижения колебаний в системе.where k p is the coefficient of proportionality; T and - time constant, while limiting the output signal of the integrator to ensure stability and reduce oscillations in the system.

При использовании таких устройств обеспечивается быстрая реакция системы на изменения рассогласования за счет постоянной составляющей, высокая точность регулирования в установившихся режимах, обеспечиваемая интегральной составляющей, и ограничение выходного сигнала интегратора. Однако при управлении инерционными объектами при больших нагрузках известные устройства не обеспечивают высокое качество регулирования, что проявляется в появлении статической ошибки в системе. При ограничении выходного сигнала интегратора, предусмотренного для снижения колебаний и обеспечения устойчивости, изменение сигнала ошибки не приводит к изменению выходного сигнала интегратора и, следовательно, не происходит астатическое регулирование. В результате этого в системе имеет место статическая ошибка. Таким образом, недостаток известных регулирующих устройств - низкое качество регулирования при больших нагрузках.When using such devices, a quick response of the system to mismatch changes due to the constant component, high accuracy of regulation in steady-state modes, provided by the integral component, and limitation of the integrator output signal are ensured. However, when controlling inertial objects under heavy loads, known devices do not provide high quality control, which is manifested in the appearance of a static error in the system. When limiting the output signal of the integrator, designed to reduce oscillations and ensure stability, a change in the error signal does not lead to a change in the output signal of the integrator and, therefore, no astatic regulation occurs. As a result of this, a static error occurs in the system. Thus, the disadvantage of the known regulatory devices is the poor quality of regulation at high loads.

Из известных устройств наиболее близким по достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является регулирующее устройство, содержащее интегратор, суммирующий вход которого объединен с входами сумматора и нелинейного функционального элемента с характеристикойOf the known devices, the closest to the achieved result to the proposed technical solution is a control device containing an integrator, the summing input of which is combined with the inputs of the adder and non-linear functional element with characteristic

Figure 00000002
Figure 00000002

где x - входной сигнал устройства; Ue - напряжение, соответствующее уровню логической единицы; x0 - пороговое значение,where x is the input signal of the device; U e is the voltage corresponding to the level of a logical unit; x 0 is the threshold value,

усилитель, подключенный к выходу сумматора, и нормально разомкнутый управляемый ключ, присоединенный между выходом и управляющим входом интегратора, управляющий вход ключа соединен с выходом нелинейного функционального элемента (Патент РФ №2103715, МПК G05B 11/36, опубл. 27.01.1998).an amplifier connected to the output of the adder, and a normally open controlled key connected between the output and the control input of the integrator, the control input of the key is connected to the output of the nonlinear functional element (RF Patent No. 2103715, IPC G05B 11/36, publ. 27.01.1998).

При использовании известного устройства обеспечивается быстрая реакция системы на изменения рассогласования за счет постоянной составляющей, высокая точность регулирования в установившихся режимах, обеспечиваемая интегральной составляющей, и ограничение действия интегратора при больших ошибках в системе. Однако при управлении инерционными объектами при больших нагрузках известное устройство не обеспечивает высокое качество регулирования, что проявляется в появлении статической ошибки в системе в результате ограничения действия интегратора. При ограничении действия интегратора, предусмотренного для снижения колебаний и обеспечения устойчивости, регулирование является статическим, т.е. устранения статической ошибки не происходит. Таким образом, недостаток известных регулирующих устройств - низкое качество регулирования при больших нагрузках.When using the known device provides a quick response of the system to changes in the mismatch due to the constant component, high accuracy control in steady state, provided by the integral component, and limiting the action of the integrator in case of large errors in the system. However, when controlling inertial objects under heavy loads, the known device does not provide high quality control, which is manifested in the appearance of a static error in the system as a result of limiting the action of the integrator. When limiting the action of the integrator, designed to reduce oscillations and ensure stability, the regulation is static, i.e. elimination of a static error does not occur. Thus, the disadvantage of the known regulatory devices is the poor quality of regulation at high loads.

Таким образом, недостаток известного устройства - низкое качество регулирования при больших нагрузках.Thus, a disadvantage of the known device is the poor quality of regulation at high loads.

Цель изобретения - повышение качества регулирования путем увеличения точности при больших нагрузках.The purpose of the invention is to improve the quality of regulation by increasing accuracy at high loads.

Поставленная цель достигается тем, что в известное регулирующее устройство, содержащее интегратор, суммирующий вход которого объединен с входами сумматора и нелинейного функционального элемента с характеристикойThis goal is achieved by the fact that in a known regulatory device containing an integrator, the summing input of which is combined with the inputs of the adder and non-linear functional element with characteristic

Figure 00000003
Figure 00000003

где x - входной сигнал устройства; Ue - напряжение, соответствующее уровню логической единицы; x0 - пороговое значение,where x is the input signal of the device; U e is the voltage corresponding to the level of a logical unit; x 0 is the threshold value,

усилитель, подключенный к выходу сумматора, и нормально разомкнутый управляемый ключ, присоединенный между выходом и вычитающим входом интегратора, управляющий вход ключа соединен с выходом нелинейного функционального элемента, дополнительно введены второй интегратор и нормально замкнутый управляемый ключ, присоединенный между вычитающим входом и выходом второго интегратора, вход которого объединен с входом первого интегратора, а выход подключен к входу сумматора, управляющий вход нормально замкнутого управляемого ключа соединен с выходом нелинейного функционального элемента, при этом второй интегратор имеет большую постоянную времени, чем первый.an amplifier connected to the output of the adder, and a normally open controlled key connected between the output and the subtracting input of the integrator, the control input of the key is connected to the output of the nonlinear functional element, a second integrator and a normally closed controlled key connected between the subtracting input and the output of the second integrator are additionally introduced, the input of which is combined with the input of the first integrator, and the output is connected to the input of the adder, the control input of a normally closed managed key is connected to the output of a nonlinear functional element, while the second integrator has a larger time constant than the first.

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемое регулирующее устройство имеет следующие отличительные признаки (новые операции):Compared with the closest similar technical solution, the proposed control device has the following distinctive features (new operations):

- второй интегратор;- second integrator;

- нормально замкнутый управляемый ключ;- normally closed managed key;

- второй интегратор имеет большую постоянную времени, чем первый.- the second integrator has a larger time constant than the first.

Следовательно, заявляемое регулирующее устройство соответствует требованию «новизна».Therefore, the claimed regulatory device meets the requirement of "novelty."

По каждому отличительному существенному признаку проведен поиск известных технических решений в области автоматического управления.For each distinctive essential feature, a search is made for known technical solutions in the field of automatic control.

Операции, состоящие в том, что определяют абсолютное значение входного сигнала, сравнивают абсолютное значение входного сигнала с пороговым уровнем и интегрируют разность входного сигнала и сигнала, пропорционального результату интегрирования, в известных технических решениях не обнаружены.Operations consisting in determining the absolute value of the input signal, comparing the absolute value of the input signal with a threshold level and integrating the difference between the input signal and the signal proportional to the integration result, are not found in the known technical solutions.

Следовательно, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».Therefore, these features provide the claimed technical solution according to the requirement of "significant differences".

Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем. В установившемся режиме при малой ошибке системы регулирующее воздействие на выходе устройства формируется пропорционально сумме входного сигнала, интеграла от него (на выходе первого интегратора) и выходного сигнала второго интегратора, охваченного отрицательной обратной связью (интегро-дифференцирующего корректирующего устройства). При большом рассогласовании в системе, например, при изменении сигнала задания или возмущения, регулирующее воздействие формируется как сумма входного сигнала и выходного сигнала первого интегратора, охваченного отрицательной обратной связью (интегро-дифференцирующего корректирующего устройства) и выходного сигнала второго интегратора с малым коэффициентом передачи. При этом вследствие малого коэффициента передачи второго интегратора в течение переходного процесса его выходной сигнал изменяется значительно меньше, чем выходной сигнал первого интегратора и сигнал ошибки. Но при длительном действии больших нагрузок статическая ошибка интегрируется вторым интегратором и всегда обеспечивает переключение нелинейного функционального элемента и переход системы в режим отработки малой ошибки. В результате обеспечивается высокая точность автоматической системы в установившихся режимах и высокое качество регулирования при переходных процессах.The essence of the proposed technical solution is as follows. In the steady state, with a small error of the system, the control action at the device output is formed in proportion to the sum of the input signal, the integral from it (at the output of the first integrator) and the output signal of the second integrator, covered by negative feedback (integro-differentiating correction device). With a large discrepancy in the system, for example, when the reference signal or disturbance changes, the control action is formed as the sum of the input signal and the output signal of the first integrator covered by negative feedback (integro-differentiating correction device) and the output signal of the second integrator with a small transmission coefficient. Moreover, due to the small transfer coefficient of the second integrator during the transition process, its output signal changes much less than the output signal of the first integrator and the error signal. But with the long-term action of large loads, the static error is integrated by the second integrator and always ensures the switching of the nonlinear functional element and the transition of the system to the mode of processing a small error. As a result, high accuracy of the automatic system in steady-state conditions and a high quality of regulation during transients are ensured.

Следовательно, изобретение соответствует требованию «положительный эффект».Therefore, the invention meets the requirement of "positive effect".

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings.

На фиг. 1 приведена функциональная схема аналогового регулирующего устройства, реализующего предлагаемый способ, и поясняющая сущность изобретения. На чертеже обозначено: 1 - нелинейный функциональный преобразователь с характеристикойIn FIG. 1 shows a functional diagram of an analog control device that implements the proposed method, and explaining the invention. The drawing indicates: 1 - non-linear functional Converter with characteristic

Figure 00000004
Figure 00000004

2 - первый интегратор; 3 - нормально разомкнутый управляемый ключ; 4 - нормально замкнутый управляемый ключ; 5 - второй интегратор; 6 - сумматор; 7 - усилитель.2 - the first integrator; 3 - normally open controlled key; 4 - normally closed managed key; 5 - second integrator; 6 - adder; 7 - amplifier.

В регулирующем устройстве объединенные суммирующие входы первого и второго интеграторов 2 и 5, один из входов сумматора 6 и вход нелинейного функционального элемента 1 объединены и являются входом устройства, нормально разомкнутый управляемый ключ 3 присоединен между выходом и вычитающим входом первого интегратора 2, управляющий вход нормально разомкнутого ключа 3 соединен с выходом нелинейного функционального элемента 1, нормально замкнутый управляемый ключ 4 присоединен между вычитающим входом и выходом второго интегратора 5, управляющий вход нормально замкнутого управляемого ключа 4 соединен с выходом нелинейного функционального элемента 1, выходы первого и второго интеграторов 2 и 5 подключены к входам сумматора, выход которого соединен с входом усилителя 7, выход которого служит выходом устройства, при этом второй интегратор 5 имеет меньший коэффициент передачи, чем первый интегратор 2.In the control device, the combined summing inputs of the first and second integrators 2 and 5, one of the inputs of the adder 6 and the input of the nonlinear functional element 1 are combined and are the input of the device, a normally open controlled key 3 is connected between the output and the subtracting input of the first integrator 2, the control input is normally open key 3 is connected to the output of a nonlinear functional element 1, a normally closed controlled key 4 is connected between the subtracting input and the output of the second integrator 5, I control the input of the normally closed controlled key 4 is connected to the output of the nonlinear functional element 1, the outputs of the first and second integrators 2 and 5 are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to the input of the amplifier 7, the output of which serves as the output of the device, while the second integrator 5 has a lower coefficient transmission than the first integrator 2.

Регулирующее устройство работает следующим образом. Входной сигнал x(t), пропорциональный ошибке регулирования, поступает одновременно на входы первого и второго интеграторов 2 и 5, первый вход сумматора 6 и вход нелинейного функционального элемента 1. Выходные сигналы первого и второго интеграторов 2 и 5 поступают на входы сумматора 6. Первый и второй интеграторы 2 и 5 охвачены отрицательной обратной связью с помощью соответственно нормально разомкнутого 3 и нормально замкнутого 4 ключей. Управление ключами осуществляется выходным сигналом нелинейного функционального элемента 1. Выходной сигнал сумматора 6 поступает на вход усилителя 7, выход которого служит выходом устройства.The regulating device operates as follows. The input signal x (t), proportional to the control error, is supplied simultaneously to the inputs of the first and second integrators 2 and 5, the first input of the adder 6 and the input of the nonlinear functional element 1. The output signals of the first and second integrators 2 and 5 go to the inputs of the adder 6. The first and the second integrators 2 and 5 are covered by negative feedback using respectively normally open 3 and normally closed 4 keys. Key management is carried out by the output signal of the nonlinear functional element 1. The output signal of the adder 6 is fed to the input of the amplifier 7, the output of which serves as the output of the device.

При малой ошибке регулирования

Figure 00000005
выходной сигнал нелинейного функционального элемента 1 имеет значение u1=0, при этом управляемый нормально разомкнутый ключ 3 разомкнут, а нормально замкнутый ключ 4 замкнут. Устройство в этом случае представляет собой регулятор с передаточной функциейWith a small control error
Figure 00000005
the output signal of the nonlinear functional element 1 has the value u 1 = 0, while the controlled normally open key 3 is open, and the normally closed key 4 is closed. The device in this case is a regulator with a transfer function

Figure 00000006
Figure 00000006

где k - коэффициент передачи усилителя 7;where k is the gain of the amplifier 7;

T1 - постоянная времени первого интегратора 2;T 1 is the time constant of the first integrator 2;

T2 - постоянная времени второго интегратора 5;T 2 is the time constant of the second integrator 5;

k2 - коэффициент передачи цепи обратной связи второго интегратора 5.k 2 - gain of the feedback circuit of the second integrator 5.

Так как работа системы при малой ошибке регулирования

Figure 00000007
соответствует установившимся процессам (низкие частоты), то с учетом соотношения Т2>T1 выражение (1) можно приближенно представить в видеSince the operation of the system with a small control error
Figure 00000007
corresponds to the established processes (low frequencies), then, taking into account the relation T 2 > T 1, expression (1) can be approximately represented as

Figure 00000008
Figure 00000008

Следовательно, при установившихся режимах второй интегратор, охваченный отрицательной обратной связью, не оказывает существенного влияния на работу системы. В этом случае регулирующее устройство представляет собой обычный пропорционально-интегральный регулятор, обеспечивающий астатическое регулирование в системе. В установившемся режиме ошибка регулирования стремится к 0.Therefore, under steady-state conditions, the second integrator, covered by negative feedback, does not significantly affect the operation of the system. In this case, the regulating device is a conventional proportional-integral regulator providing astatic regulation in the system. In steady state, the control error tends to 0.

В случае превышения абсолютным значением ошибки регулирования порогового уровня x0, например, при изменении сигнала задания или возмущения, выходной сигнал нелинейного функционального элемента 1 принимает значение u1=Ue. В результате этого замыкается нормально разомкнутый ключ 3 и размыкается нормально замкнутый ключ 4. При этом регулирующее воздействие формируется как сумма трех слагаемых: пропорционального ошибке регулирования kx(t), выходного сигнала первого интегратора 2, охваченного обратной связью, и выходного сигнала второго интегратора 5. Передаточная функция устройства при этом имеет вид:If the absolute value of the control error exceeds the threshold level x 0 , for example, when the reference signal or disturbance changes, the output signal of the nonlinear functional element 1 takes the value u 1 = U e . As a result of this, the normally open switch 3 closes and the normally closed switch 4 opens. In this case, the control action is formed as the sum of three terms: the proportional control error kx (t), the output signal of the first integrator 2 covered by feedback, and the output signal of the second integrator 5. The transfer function of the device in this case is:

Figure 00000009
Figure 00000009

где k1 - коэффициент передачи цепи обратной связи первого интегратора 2.where k 1 is the transfer coefficient of the feedback circuit of the first integrator 2.

Так как Т21, то при переходных процессах в системе расчетной длительности изменение напряжения на выходе второго интегратора значительно меньше изменений на выходе первого интегратора и сигнала рассогласования. Следовательно, передаточную функцию (3) для этих условий можно приближенно представить в видеSince T 2 > T 1 , during transients in the system of the calculated duration, the voltage change at the output of the second integrator is much less than the changes at the output of the first integrator and the error signal. Therefore, the transfer function (3) for these conditions can be approximately represented as

Figure 00000010
Figure 00000010

В этом случае регулирующее устройство соответствует интегро-дифференцирующему звену.In this case, the control device corresponds to the integro-differentiating link.

Таким образом, при предлагаемом способе осуществляется быстрая отработка большой ошибки регулирования, а при достижении ошибкой уровня х0 происходит безударное включение астатической составляющей (пропорциональной интегралу от ошибки регулирования), благодаря чему обеспечивается высокая точность регулирования.Thus, with the proposed method, a large adjustment error is quickly worked out, and when the error level reaches x 0 , the astatic component (proportional to the integral of the regulation error) is shocklessly turned on, which ensures high accuracy of regulation.

В случае длительного действия большой нагрузки выходное напряжение второго интегратора 5 возрастает до момента достижения ошибкой регулирования значения x0, после чего происходит изменение выходного сигнала нелинейного функционального элемента 1. Далее происходит работа регулирующего устройства в режиме малой ошибки

Figure 00000011
In the case of long-term operation of a large load, the output voltage of the second integrator 5 increases until the control error reaches the value x 0 , after which the output signal of the nonlinear functional element 1 changes. Next, the control device operates in the mode of small error
Figure 00000011

Таким образом, второй интегратор 5 не оказывает существенного влияния на работу системы при расчетных режимах, но обеспечивает переход регулирующего устройства в режим астатического регулирования при действии больших нагрузок, вызывающих статические ошибки, превышающие порог x0 срабатывания нелинейного функционального элемента 1.Thus, the second integrator 5 does not have a significant effect on the operation of the system under design conditions, but ensures that the control device switches to astatic control under heavy loads that cause static errors that exceed the threshold x 0 of operation of the nonlinear functional element 1.

С целью подтверждения положительного эффекта, достигаемого с помощью предлагаемого технического решения, было проведено математическое моделирование процессов в автоматической системе с предложенным регулирующим устройством. Структурная схема системы показана на фиг. 2, где обозначено: 8 - элемент сравнения, 9 - регулирующее устройство (см. фиг. 1), 10 - исполнительное устройство с коэффициентом передачи kу и ограничением выходного воздействия на уровне U0, 11 - объект управления с передаточной функцией:In order to confirm the positive effect achieved using the proposed technical solution, mathematical modeling of processes in an automatic system with the proposed control device was carried out. A block diagram of the system is shown in FIG. 2, where it is indicated: 8 - a comparison element, 9 - a regulating device (see Fig. 1), 10 - an actuator with a transmission coefficient k у and a limitation of the output effect at the level of U 0 , 11 - a control object with a transfer function:

Figure 00000012
.
Figure 00000012
.

На фиг. 2 обозначено: z0 - сигнал задания; z - выходной сигнал системы.In FIG. 2 is indicated: z 0 - reference signal; z is the output signal of the system.

При моделировании были приняты следующие параметры объекта и системы управления: k0=2; T0=0,6 с; τ0=1,2 с; kу=1; U0=12 В.During modeling, the following parameters of the object and control system were adopted: k 0 = 2; T 0 = 0.6 s; τ 0 = 1.2 s; k y = 1; U 0 = 12 V.

На фиг. 3 и 4 приведены диаграммы переходных процессов в системе для выходного сигнала z при ступенчатом изменении сигнала задания в момент t=0 с и ступенчатом изменении нагрузки при t=25 с:In FIG. Figures 3 and 4 show transient diagrams in the system for the output signal z with a step change in the reference signal at time t = 0 s and step change in the load at t = 25 s:

- линия 1: классическая настройка традиционного пропорционально-интегрального регулятора (Кулаков Г.Т. Инженерные экспресс-методы расчета промышленных систем регулирования. Минск: Вышэйшая школа, 1984, с. 73-86). При этом параметры регулятора были установлены следующими: k=0,15; T1=0,5 с, ограничение воздействия на объект при выборе параметров не учитывалось;- line 1: the classic setting of the traditional proportional-integral regulator (G. Kulakov. Express engineering methods for calculating industrial control systems. Minsk: Higher School, 1984, pp. 73-86). In this case, the parameters of the controller were set as follows: k = 0.15; T 1 = 0.5 s, the limitation of the impact on the object when choosing parameters was not taken into account;

- линия 2: регулирующее устройство с отключением интегратора при больших сигналах рассогласования (прототип); порог переключения функционального элемента 1 выбран равным x0=0,5 В;- line 2: control device with the integrator turned off for large mismatch signals (prototype); the switching threshold of the functional element 1 is selected equal to x 0 = 0.5 V;

- линия 3: предлагаемое регулирующее устройство. Постоянная времени первого интегратора 1.2 равна T1=0,5 с; постоянная времени второго интегратора 1.5 равна T2=4 с; порог переключения функционального элемента 1 выбран равным x0=0,5 В.- line 3: the proposed regulatory device. The time constant of the first integrator 1.2 is T 1 = 0.5 s; the time constant of the second integrator 1.5 is equal to T 2 = 4 s; the switching threshold of the functional element 1 is selected equal to x 0 = 0.5 V.

На фиг. 3 показаны графики переходных процессов при малых нагрузках и малых значениях рассогласования. В системе с классическим пропорционально-интегральным регулятором перерегулирование составляет 28% (линия 1), в системе с отключением интегратора перерегулирование равно 15% (линия 2), в предлагаемой системе перерегулирование не превышает 5% (линия 3). Время регулирования во всех трех случаях практически одинаковое и составляет 12 с. Переходные процессы при ступенчатом изменении нагрузки при t=25 с во всех случаях практически одинаковые.In FIG. 3 shows graphs of transients at low loads and low mismatch values. In a system with a classical proportional-integral controller, the overshoot is 28% (line 1), in a system with an integrator off, the overshoot is 15% (line 2), in the proposed system, the overshoot does not exceed 5% (line 3). The regulation time in all three cases is almost the same and is 12 s. Transient processes with a step change in load at t = 25 s are practically the same in all cases.

На фиг. 4 приведены графики переходных процессов при больших нагрузках и рассогласованиях. В системе с классическим пропорционально-интегральным регулятором перерегулирование составляет 26% (линия 4), в системе с отключением интегратора перерегулирование равно 15% (линия 5), в предлагаемой системе перерегулирование отсутствует (линия 6). Время регулирования в первом и третьем случаях практически одинаковое и составляет 12 с. Переходные процессы при ступенчатом изменении нагрузки при t=25 c во всех случаях практически одинаковые. В системе с отключением интегратора (линия 5, прототип) возникает статическая ошибка, обусловленная тем, что не происходит переключение нелинейного функционального элемента. В предлагаемом техническом решении второй интегратор всегда обеспечивает переход регулирующего устройства в режим астатического регулирования.In FIG. Figure 4 shows the graphs of transients at high loads and mismatches. In a system with a classical proportional-integral controller, overshoot is 26% (line 4), in a system with an integrator off, overshoot is 15% (line 5), in the proposed system there is no overshoot (line 6). The regulation time in the first and third cases is almost the same and is 12 s. Transients during a step change in load at t = 25 s are practically the same in all cases. In a system with an integrator shutdown (line 5, prototype), a static error occurs due to the fact that the non-linear functional element does not switch. In the proposed technical solution, the second integrator always ensures the transition of the regulating device to the mode of astatic regulation.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение качества регулирования: снижение перерегулирования, гарантированный режим астатического регулирования и повышение точности при больших нагрузках.Thus, the proposed technical solution provides an increase in the quality of regulation: a decrease in overshoot, a guaranteed mode of astatic regulation and an increase in accuracy at high loads.

Важным достоинством предлагаемого регулирующего устройства является то, что он может быть легко реализован как аппаратным, так и программным способом.An important advantage of the proposed regulatory device is that it can be easily implemented both in hardware and software.

Использование предлагаемого регулирующего устройства в различных системах автоматики позволит повысить качество процессов управления.Using the proposed control device in various automation systems will improve the quality of control processes.

Claims (1)

Регулирующее устройство, содержащее интегратор, суммирующий вход которого объединен с входами сумматора и нелинейного функционального элемента с характеристикой
Figure 00000013

где x - входной сигнал устройства; Ue - напряжение, соответствующее уровню логической единицы; x0 - пороговое значение,
усилитель, подключенный к выходу сумматора, и нормально разомкнутый управляемый ключ, присоединенный между выходом и вычитающим входом интегратора, управляющий вход ключа соединен с выходом нелинейного функционального элемента, отличающееся тем, что дополнительно введены второй интегратор и нормально замкнутый управляемый ключ, присоединенный между вычитающим входом и выходом второго интегратора, вход которого объединен с входом первого интегратора, а выход подключен к входу сумматора, управляющий вход нормально замкнутого управляемого ключа соединен с выходом нелинейного функционального элемента, при этом второй интегратор имеет большую постоянную времени, чем первый.
A control device containing an integrator, the summing input of which is combined with the inputs of the adder and non-linear functional element with characteristic
Figure 00000013

where x is the input signal of the device; U e is the voltage corresponding to the level of a logical unit; x 0 is the threshold value,
an amplifier connected to the output of the adder, and a normally open controlled key connected between the output and the subtracting input of the integrator, the control input of the key is connected to the output of the nonlinear functional element, characterized in that a second integrator and a normally closed controlled key connected between the subtracting input and the output of the second integrator, the input of which is combined with the input of the first integrator, and the output is connected to the input of the adder, the control input is normally closed control forward key connected to the output of the nonlinear function element, wherein the second integrator has a time constant greater than the first.
RU2014117628/08A 2014-04-29 2014-04-29 Control device RU2571371C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014117628/08A RU2571371C2 (en) 2014-04-29 2014-04-29 Control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014117628/08A RU2571371C2 (en) 2014-04-29 2014-04-29 Control device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014117628A RU2014117628A (en) 2015-11-10
RU2571371C2 true RU2571371C2 (en) 2015-12-20

Family

ID=54536206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014117628/08A RU2571371C2 (en) 2014-04-29 2014-04-29 Control device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2571371C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2648516C1 (en) * 2017-04-13 2018-03-26 Сергей Сергеевич Малафеев Proportional-integral controller
RU2789893C1 (en) * 2022-09-29 2023-02-14 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Control method for output and impacts of automatic control system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1532895A1 (en) * 1987-10-26 1989-12-30 Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Multichannel regulattor
RU2103715C1 (en) * 1995-11-29 1998-01-27 Малафеев Сергей Иванович Method for generation of regulation function
US7848126B2 (en) * 2007-08-21 2010-12-07 Infineon Technologies Ag Integrating current regulator and method for regulating current
US7852056B2 (en) * 2007-06-20 2010-12-14 Ricoh Company, Ltd. Switching regulator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1532895A1 (en) * 1987-10-26 1989-12-30 Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Multichannel regulattor
RU2103715C1 (en) * 1995-11-29 1998-01-27 Малафеев Сергей Иванович Method for generation of regulation function
US7852056B2 (en) * 2007-06-20 2010-12-14 Ricoh Company, Ltd. Switching regulator
US7848126B2 (en) * 2007-08-21 2010-12-07 Infineon Technologies Ag Integrating current regulator and method for regulating current

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2648516C1 (en) * 2017-04-13 2018-03-26 Сергей Сергеевич Малафеев Proportional-integral controller
RU2789893C1 (en) * 2022-09-29 2023-02-14 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Control method for output and impacts of automatic control system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014117628A (en) 2015-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Robust adaptive inverse control of a class of nonlinear systems with Prandtl-Ishlinskii hysteresis model
KR101478450B1 (en) Design method of variable pid gains for multivariable nonlinear systems
Dvir et al. Accelerated twisting algorithm
CN104216292A (en) Fuzzy controller, fuzzy control method and fuzzy control system
Shi et al. Variable-gain second-order sliding mode controller with globally fixed-time stability guarantees
Garg et al. Characterization of domain of fixed-time stability under control input constraints
RU2571371C2 (en) Control device
Rauh et al. Interval-based sliding mode control and state estimation for uncertain systems
RU2414048C1 (en) Automatic control method of parametres of electric mechanical system and device for its implementation
RU2573731C2 (en) Proportional-integral controller operating method
Fulwani et al. Design of sliding mode controller with actuator saturation
JP7069702B2 (en) Control system, control method, control program
Zhang et al. A generalized robust decentralized control methodology for a class of interconnected nonlinear systems subject to uncertainties and disturbances
RU2648516C1 (en) Proportional-integral controller
Maciejowski Reverse-engineering existing controllers for MPC design
Ghamgosar et al. Design of optimal sliding mode control based on linear matrix inequality for fractional time-varying delay systems
Ren et al. A new Smith predictor for control of process with long time delays
Verteshev et al. Direct digital control in a complex of software design of digital control systems
Wcislik et al. Correction of the on-off control system using PLC
Takagi et al. Modification of an adaptive controller for systems with input saturation and available output derivatives up to the order of relative degree
Das et al. Disturbance observer based optimal second order sliding mode controller for nonlinear systems with mismatched uncertainty
Cruz-Zavala et al. Asymptotic stabilization in fixed time via sliding mode control
JP6922224B2 (en) Control device, control method, control program
RU2103715C1 (en) Method for generation of regulation function
Han et al. Optimal tracking control and stabilization for stochastic systems with multi-step input delay