RU2788818C1 - Proportional-integral-differential controller with deviation adders - Google Patents
Proportional-integral-differential controller with deviation adders Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788818C1 RU2788818C1 RU2022115023A RU2022115023A RU2788818C1 RU 2788818 C1 RU2788818 C1 RU 2788818C1 RU 2022115023 A RU2022115023 A RU 2022115023A RU 2022115023 A RU2022115023 A RU 2022115023A RU 2788818 C1 RU2788818 C1 RU 2788818C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- deviation
- output signal
- adder
- signal
- limiter
- Prior art date
Links
- 241001442055 Vipera berus Species 0.000 title claims abstract description 42
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 241000153282 Theope Species 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к автоматическим регуляторам, реализующим пропорционально-интегрально-дифференциальный закон регулирования, и может быть использовано для регулирования любых технологических объектов, имеющих дрейф параметров и подверженных неконтролируемым возмущениям.The invention relates to automatic controllers that implement a proportional-integral-differential control law, and can be used to control any technological objects that have parameter drift and are subject to uncontrolled disturbances.
Известен пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, содержащий блок сравнения, блок задания объекта регулирования, блоки умножения, пропорциональные блоки, ограничители, сумматоры, блок определения модуля, нелинейный блок с зоной нечувствительности, дифференциатор, ключ, интегратор, элемент ИЛИ (№ 2234116, G05B 11/36, опубл 10.08.2004, бюл. № 22).A proportional-integral-differential controller is known, containing a comparison block, a control object setting block, multiplication blocks, proportional blocks, limiters, adders, a module definition block, a non-linear block with a dead zone, a differentiator, a key, an integrator, an OR element (No. 2234116, G05B 11/36, published on August 10, 2004, Bulletin No. 22).
Недостатком данного ПИД-регулятора является сложность конструкции и недостаточная скорость и точность регулирования технологических процессов.The disadvantage of this PID controller is the complexity of the design and insufficient speed and accuracy of control of technological processes.
Известен также ПИД-регулятор, содержащий интегратор, дифференциатор, три сумматора, нелинейный ограничитель, два релейных элемента, переключатель параметров, три элемента ИЛИ и делитель (№2156992, G05B 11/36, опубл 27.09.2000, бюл. № 27).Also known is a PID controller containing an integrator, a differentiator, three adders, a nonlinear limiter, two relay elements, a parameter switch, three OR elements and a divider (No.
Недостатком данного регулятора является невысокое качество регулирования и ограниченная область устойчивости при дрейфе параметров объекта с запаздыванием и действии на входе системы возмущений. Известный регулятор ориентирован на защиту выходного сигнала от насыщений за счет ухудшения скорости регулирования.The disadvantage of this controller is the low quality of regulation and a limited region of stability when the parameters of the object drift with delay and the action of the system of perturbations at the input. The known regulator is focused on protecting the output signal from saturation due to the deterioration of the regulation rate.
Основной задачей изобретения является повышение качества регулирования.The main objective of the invention is to improve the quality of regulation.
Технический результат - расширение границы устойчивости и функциональных возможностей регулятора.EFFECT: expanding the boundaries of stability and functionality of the controller.
Указанный технический результат достигается пропорционально-интегрально-дифференциальным регулятором, включающим, по меньшей мере, два последовательно установленных сумматора отклонений, каждый из которых состоит из последовательно соединенных между собой ограничителя входного сигнала, блока умножения, ограничителя выходного сигнала, и сумматора, при этом ограничитель входного сигнала выполнен с возможностью задания диапазона работы сумматора отклонений, блок умножения выполнен с возможностью вычисления дополнительного управляющего воздействия на исполнительный механизм, ограничитель выходного сигнала выполнен с возможностью предотвращения избыточного выходного сигнала, а сумматор выполнен с возможностью суммирования выходного сигнала сумматора отклонения предыдущего диапазона работы с выходным сигналом от ограничителя выходного сигнала сумматора отклонения рабочего диапазона.The specified technical result is achieved by a proportional-integral-differential controller, including at least two series-installed deviation adders, each of which consists of an input signal limiter, a multiplication unit, an output signal limiter, and an adder connected in series, while the input limiter signal is configured to set the operating range of the deviation adder, the multiplication unit is configured to calculate an additional control action on the actuator, the output signal limiter is configured to prevent excessive output signal, and the adder is configured to sum the output signal of the deviation adder of the previous operating range with the output signal from the limiter of the output signal of the operating range deviation adder.
На фиг. 1 показана структурная схема ПИД-регулятора с сумматорами отклонений.In FIG. 1 shows a block diagram of a PID controller with deviation adders.
Устройство содержит стандартный ПИД-регулятор 1 и, в зависимости от сложности технологического процесса, последовательно установленные сумматоры отклонений А, В, С, D, Е, при этом для осуществления изобретения их может быть установлено по меньшей мере два. Каждый из сумматоров отклонений А, В, С, D, Е состоит из последовательно соединенных между собой ограничителя входного сигнала 2, 6, 10, 14, 18 соответственно, с помощью которого задается диапазон работы сумматора отклонения, блока умножения 3, 7, 11, 15, 19 соответственно, с помощью которого производится вычисление управляющего воздействия, ограничителя выходного сигнала 4, 8, 12, 16, 20 соответственно, предназначенного для предотвращения избыточного выходного сигнала, и сумматора 5, 9, 13, 17, 21 соответственно, с помощью которого осуществляется суммирование выходного сигнала предыдущего сумматора с выходным сигналом из ограничителя выходного сигнала сумматора отклонения рабочего диапазона. Сумматор отклонения A является нулевым сумматором и предназначен для упреждающего воздействия на регулирующий орган при изменении знака рассогласования Δ. Сумматор отклонения В является сумматором минимального отклонения и предназначен для работы в диапазоне минимальных отклонений. Сумматор отклонения С работает в диапазоне средних отклонений, сумматор отклонения D - в диапазоне высоких отклонений, а сумматор отклонения Е - в диапазоне критических отклонений.The device contains a
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
В ПИД-регулятор 1 поступил сигнал отклонения. Согласно закону регулирования вырабатывается сигнал ОР, который поступает в сумматор отклонения А, работающий при минимальном отклонении Δ, которое задается в ограничителе входного сигнала 2 параметром Δ0LIM. Если сигнал рассогласования Δ превышает задание диапазона Δ0LIM (ограничитель входного сигнала 2), то формируется сигнал Δ0 равный разности /Δ/ и Δ0LIM.
При изменении знака отклонения происходит формирование сигнала управления OP0 в блоке умножения 3 по формуле:When the sign of the deviation changes, the control signal OP0 is generated in the
, ,
где K0 - коэффициент усиления сигнала.where K0 is the signal amplification factor.
Далее сигнал управления OP0 поступает в ограничитель выходного сигнала 4. Ограничение выходного воздействия задается параметром OP0LIM.The control signal OP0 then goes to
Сформированный сигнал OP0 из ограничителя выходного сигнала 4 поступает на вход сумматора 5, в котором происходит суммирование управляющих воздействий OP (выходной сигнал от ПИД-регулятора 1) и OP0, и формирование на выходе сигнала OPA.The generated signal OP0 from the
При дальнейшем увеличении сигнала рассогласования Δ в работу вступает сумматор отклонения B. Если сигнал рассогласования Δ меньше Δ1LIM, то формируется нулевое значение сигнала, то есть OP1=0. Если сигнал рассогласования Δ превышает задание диапазона Δ1LIM (ограничитель входного сигнала 6), то формируется сигнал Δ1 равный разности /Δ/ и Δ1LIM. Далее в блоке умножения 7 происходит вычисление управляющего воздействия OP1 по формуле:With a further increase in the error signal Δ, the deviation adder B comes into operation. If the error signal Δ is less than Δ1LIM, then a zero signal value is formed, that is, OP1=0. If the error signal Δ exceeds the range setting Δ1LIM (input signal limiter 6), then a signal Δ1 equal to the difference between /Δ/ and Δ1LIM is generated. Further, in the
, ,
где K1 - коэффициент усиления сигнала.where K1 is the signal gain.
Для исключения избыточного воздействия на регулирующий орган применяется ограничитель выходного сигнала 8, ограничение выходного воздействия задается параметром OP1LIM.To avoid excessive action on the regulator, an
Сформированный сигнал OP1 из ограничителя выходного сигнала 8 поступает на вход сумматора 9, в котором происходит суммирование управляющих воздействий OPA и OP1, и формирование на выходе сигнала OPB.The generated signal OP1 from the
При дальнейшем увеличении сигнала рассогласования Δ в работу вступает сумматор C. Если сигнал рассогласования Δ меньше Δ2LIM, то формируется нулевое значение сигнала, то есть OP2=0. Если сигнал рассогласования Δ превышает задание диапазона Δ2LIM (ограничитель выходного сигнала 10), то формируется сигнал Δ2 равный разности /Δ/ и Δ2LIM. Далее в блоке умножения 11 происходит вычисление управляющего воздействия OP2 по формуле:With a further increase in the error signal Δ, the adder C comes into operation. If the error signal Δ is less than Δ2LIM, then a zero signal value is formed, that is, OP2=0. If the error signal Δ exceeds the range setting Δ2LIM (output signal limiter 10), then a signal Δ2 is generated equal to the difference between /Δ/ and Δ2LIM. Further, in the
, ,
где K2 - коэффициент усиления сигнала.where K2 is the signal amplification factor.
Для исключения избыточного воздействия на регулирующий орган применяется ограничитель выходного сигнала 12, ограничение выходного воздействия задается параметром OP2LIM.To exclude excessive action on the regulator, an
Сформированный сигнал OP2 из ограничителя выходного сигнала 12 поступает на вход сумматора 13, в котором происходит суммирование управляющих воздействий OPB и OP2, и формирование на выходе сигнала OPC.The generated signal OP2 from the
При дальнейшем увеличении сигнала рассогласования Δ в работу вступает сумматор отклонения D. Если сигнал рассогласования Δ меньше Δ3LIM, то формируется нулевое значение сигнала, то есть OP3=0. Если сигнал рассогласования Δ превышает задание диапазона Δ3LIM (ограничитель входного сигнала 14), то формируется сигнал Δ3, равный разности /Δ/ и Δ3LIM. Далее в блоке умножения 15 происходит вычисление управляющего воздействия OP3 по формуле:With a further increase in the error signal Δ, the deviation adder D comes into operation. If the error signal Δ is less than Δ3LIM, then a zero signal value is formed, that is, OP3=0. If the error signal Δ exceeds the range setting Δ3LIM (input signal limiter 14), then a signal Δ3 is generated equal to the difference between /Δ/ and Δ3LIM. Further, in the
, ,
где K3 - коэффициент усиления сигнала.where K3 is the signal gain.
Для исключения избыточного воздействия на регулирующий орган применяется ограничитель выходного сигнала 16, ограничение выходного воздействия задается параметром OP3LIM.To exclude excessive action on the regulator, an
Сформированный сигнал OP3 из ограничителя входного сигнала 16 поступает на вход сумматора 17, в котором происходит суммирование управляющих воздействий OPC и OP3, и формирование на выходе сигнала OPD.The generated signal OP3 from the
При дальнейшем увеличении сигнала рассогласования Δ в работу вступает сумматор отклонения E. Если сигнал рассогласования Δ меньше Δ4LIM, то формируется нулевое значение сигнала, то есть OP4=0. Если сигнал рассогласования Δ превышает задание диапазона Δ4LIM (ограничитель входного сигнала 18), то формируется сигнал Δ4 равный разности /Δ/ и Δ4LIM. Далее в блоке умножения 19 происходит вычисление управляющего воздействия OP4 по формуле:With a further increase in the error signal Δ, the deviation adder E enters into operation. If the error signal Δ is less than Δ4LIM, then a zero signal value is formed, that is, OP4=0. If the error signal Δ exceeds the range setting Δ4LIM (input signal limiter 18), then a signal Δ4 equal to the difference between /Δ/ and Δ4LIM is generated. Further, in the
, ,
где K4 - коэффициент усиления сигнала.where K4 is the signal amplification factor.
Для исключения избыточного воздействия на регулирующий орган применяется ограничитель выходного сигнала 20, ограничение выходного воздействия задается параметром OP4LIM.An
Сформированный сигнал OP4 из ограничителя выходного сигнала 20 поступает на вход сумматора 21, в котором происходит суммирование управляющих воздействий OPD и OP4, и формирование на выходе сигнала OPE.The generated signal OP4 from the
Общий управляющий сигнал OPE от сумматоров отклонений А, В, С, D, Е и от ПИД-регулятора направляется на исполнительный механизм 22 и рассчитывается по следующей формуле:The total control signal OPE from the deviation adders A, B, C, D, E and from the PID controller is sent to the
Предлагаемый ПИД-регулятор с сумматорами отклонений возможно выполнить на элементах цифровой и микропроцессорной техники.The proposed PID controller with deviation adders can be implemented on elements of digital and microprocessor technology.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2788818C1 true RU2788818C1 (en) | 2023-01-24 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2120655C1 (en) * | 1998-02-10 | 1998-10-20 | Тульский государственный университет | Pid control regulator with constrained output signals |
RU2156992C1 (en) * | 1999-12-06 | 2000-09-27 | Тульский государственный университет | Proportional-integral-derivative regulator with clipped output signals |
RU2234116C1 (en) * | 2002-12-24 | 2004-08-10 | Северо-Кавказский государственный технический университет | Device for pid-regulation |
JP2008181378A (en) * | 2007-01-25 | 2008-08-07 | Toho Denshi Kk | Control device, control method and control program |
CN102043380A (en) * | 2010-04-08 | 2011-05-04 | 长沙理工大学 | Quadratic polynomial-based nonlinear compound PID (proportional-integral-differential) neural network control method |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2120655C1 (en) * | 1998-02-10 | 1998-10-20 | Тульский государственный университет | Pid control regulator with constrained output signals |
RU2156992C1 (en) * | 1999-12-06 | 2000-09-27 | Тульский государственный университет | Proportional-integral-derivative regulator with clipped output signals |
RU2234116C1 (en) * | 2002-12-24 | 2004-08-10 | Северо-Кавказский государственный технический университет | Device for pid-regulation |
JP2008181378A (en) * | 2007-01-25 | 2008-08-07 | Toho Denshi Kk | Control device, control method and control program |
CN102043380A (en) * | 2010-04-08 | 2011-05-04 | 长沙理工大学 | Quadratic polynomial-based nonlinear compound PID (proportional-integral-differential) neural network control method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR0135586B1 (en) | Gain adaptive control device | |
JPH0738128B2 (en) | Control device | |
RU2788818C1 (en) | Proportional-integral-differential controller with deviation adders | |
CN108023531B (en) | Compensation method for measurable speed disturbance of closed-loop position servo | |
CN112334845A (en) | Feedback control method and feedback control device | |
JPS63262703A (en) | Versatility time difference comparing and compensating method for control system | |
Chavan et al. | Implementation of fuzzy logic control for FOPDT model of distillation column | |
Johari et al. | Internal model controller characterization for an integrating water level process control | |
JPS6244641B2 (en) | ||
US6847851B1 (en) | Apparatus for improved general-purpose PID and non-PID controllers | |
JP2507613B2 (en) | Feedforward controller | |
RU2393521C1 (en) | Adaptive integral device for systems of aircrafts control | |
SU1215082A1 (en) | Pneumatic system for controlling two coupled parameters of object with delaying | |
SU1173390A1 (en) | Self-adjusting system of automatic control of lagging objects | |
JP2818325B2 (en) | 2-DOF adjustment device | |
JP2809849B2 (en) | 2-DOF adjustment device | |
US20050177253A1 (en) | Controller | |
JPH0695282B2 (en) | Process control equipment | |
Prokop et al. | Tracking and disturbance attenuation for unstable systems: algebraic | |
JPS5936804A (en) | Automatic correcting method of feedforward model | |
SU591024A1 (en) | Gas turbine drive control system | |
SU798707A1 (en) | Pi-controller | |
SU567192A1 (en) | Method of controlling active power between two power systems | |
SU962852A2 (en) | Self-tuning control system | |
Taiwo | Two studies of robust matching |