SU1037209A1 - Система автоматического управлени - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к автоматическому управлению и может быть использовано дл  управлени  технологическими объектами с запаздыванием.

Известна система управлени  объек- 5 тами с запаздыванием, содержаща  основной контур управлени , который включает измеритель сигнала рассогласовани , на первый вход которого подаетс  сигнал задани , а на вто- Ю рой - инвертированный сигнал с выхода объекта через параллельное, корректирующее звено, последовательно корректирующее звено, в-ход которого соединен с выходом измерител  рассо- 15 гласовани , а выход подключен к первому входу блока умножени  и к входу первого сумматора, другой вход которого соединен с выходом блока умножени , выход первого сумматора под- 20 кпючен к входу объекта управлени , и дополнительный контур управлени , включающий модель-эталон, на вход которой подаетс  сигнал с выхода последовательного корректирующего зве- 25 на, выход модели подключен к первому входу второго сумматора, на второй вход которого поступает инвертированный сигнал с выхода объекта управлени  через звено согласовани  и блок зо настройки, один вход которого соеинен с выходом второго сумматора, а другой вход - с выходом последовательного ко рректирующе го звена, выход блока настройки подключен к вто- , рому входу блока умножени  основного контура системы l .

Работа этой системы рассчитана на компенсацию непредвиденных изменений коэффициента усилени  объекта без запаздывани . Поэтому изменение .параметров объекта управлени  с измен ющимс  во времени запаздыванием, может привести к ухудшению качества автоматического регулировани .

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению  вл етс  система автоматического правлени , содержаща  модель объекта управлени  без запаздывани , выход которой соединен с входом шестого сумматора , последовательно соединенные дифференциатор и релейный элемент,«последовательно соединенные блок задани  и первый сумматор, выход которого подключен к входам пропорционального и интегрального

блоков, первого ключевого элемента, логического блока и блока формировани  функции переключени , выход которого через логический блок подключен к второму входу первого ключевого элемента, второй вход интегрального блока подключен к выходу первого ключевого элемента, а выходы интегрального и пропорционального блоков подсоединены через второй сумматор к соответствующим входам третьего сумматора, п того сумматора и блока умножени , выход третьего сумматора подключен к входу объекта управлени , выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора , выход п того сумматора через интегратор подключен к второму входу блока умножени , выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора C2j.

Однако эта система имеет недостаточно высокое качество управлени  нестационарным объектом с запаздыванием при возмущени х в системе по каналу задающего воздействи . Это объ сн етс  тем, что при возмущени х по заданию на входе регул тора действие дополнительного контура известной системы в течение времени запаздывани  объекта не про вл етс , поскольку при выборе достаточно малого интервала задержки регулирующее воздействие на входе эталонной модели , вызванное задающим воздействием , компенсируетс  выходным сигнаШм обратной эталонной модели объекта управлени , и за счет этого эффективность действи  дополнительного контура при управлении объектом с запаздыванием снижаетс .

Цель изобретени  - повышение .качества управлени .

Указанна  цель достигаетс  тем, что система автоматического управлени  снабжена седьмым, восьмым и дев тым сумматорами, коммутатором и последовательно соединенными блоком умножени  на масштабный множитель и вторым ключевым элементом, при этом вход дифференциатора соединен с выходом объекта управлени , выход релейного элемента подключен к второму входу второго ключевого элемента и управл ющему входу коммутатора, первый вход которого подключен к выходу второго сумматора, а второй вход - к выходу четвертого сумматора

и первому входу дев того сумматора, второй вход которого соединен с выходом объекта управлени , а выход с вторым входом первого сумматора, первый выход коммутатора подсоединен через седьмой сумматор к входам модели объекта управлени  без. запаздывани  и восьмого, сумматора, выход которого подключен к второму входу п того сумматора, а второй вход - к выходу второго ключевого элемента, втодой выход коммутатора подсоединен к вторым входам седьмого и шестого сумматоров, выход последнего подключен к второму входу четвертого сумматора и выход блока умножени  подключен к входу блока умножени  на масштабный множитель.

В предлагаемой системе вли ние запаздывани  учитываетс  путем форми ровани  управл ющего воздействи  на объект, начина  с момента изменени  задани  регул тору с использованием в качестве переменной в интервале времени, равном времени запаздывани  объекта, выходной величины модели объекта управлени , без з апаздывани , включенной в течение времени запаздывани  параллельно объекту. Переходной процесс на выходе модели без запаздывани  позвол ет прогнозировать желаемый ход выходного процесса системы и тем самым учесть вли - ние измен ющегос  запаздывани  на качество управлени . В результате формировани  упреждающего управл ющего воздействи  на объект при данном управлении чере модель объект управлени  с запаздыванием находитс  вне замкнутого контура управлени  и тем самым позвол ет повысить эффективность формировани  управл ющего воздействи  за счет скачкообразного изменени  величины интегральной составл ющей в моменты смены знака логического произведени  сигнала рассогласовни  и сигнала переключени , I .

При замыкании системы по истечении времени запаздывани  выходным сигналом объекта управлени , преобразованного посредством неединичной обратной св зи системы за счет из- . менени.  структуры предложенной системы переключени ми дополнительной (внутренней) и основной обратной св зи , управл кацее ооздействие на объек формируют таким образом, что оно

обеспечивает уменьшение ошибки, вызванной управл ющим воздействием в замкнутой системе. При управлении в данном случае основное управл ющее воздействие формируют в функции сигнала рассогласовани , получаемого с использованием выходного сигнала объекта управлени  и его обратт ной модели, мз полученного сигнала основного управл ющего воздействи  вычитают выходной сигнал обратной модели объекта управлени  без запаздывани , р.езультирукнций сигнал интегрируют , перемножают проинтегрированный сигнал с сигналом Основного управл ющего воздействи  и полученный сигнал суммируют с сигналом основного управл ющего воздействи  на объект. Таким образом, при по влении рассогласовани , обусловленного несоответствием параметров объекта параметрам его модели, управл ющее воздействие корректируетс  с целью устранени  возникающего рассогласовани , обеспечива  компенсацию непредвиденны х изменений параметров объекта формированием результирующего воздействи  на управл емый объект .

На чертеже представлена структурна  схема системы автоматического управлени :

Система содержит модель объекта управлени  без запаздывани  1, шестой сумматор 2, дефференциатор 3, релейный элемент i, блок задани  5 первый сумматор 6-, пропорциональный блок 7, интегральный блок 8, первый ключевой элемент 9f логический блок 10, блок формировани  функции переключени  11, второй сумматор 12, третий сумматор 13, п тый сумматор ТА, блок умножени  15, объект управлени  16, четвертый сумматор 17, интегратор 18, седьмой сумматор 19, вс сьмой сумматор 20, дев тый сумматор 21 коммутатор 22, блок умножени  на масштабный множитель 23, второй ключевой элемент 2k.

Система работает следующим образом .

При изменении задающего воздействи , поступающего с выхода блока задани  5 на вход первого сумматора 6, на выходе сумматора 6 возникает сигнал рассогласовани , который поступает на входы пропорционального и интегрального блоков 8 и 7, которые S10 вырабатывают сигнал основного управ л ющего воздействи  на объект 16. Сигнал рассогласовани  поступает так же на вход блока 11 формировани  функции переключени . В блоке 11 про извод т дифференцирование сигнала рассогласовани , определ ют величину и знак функции переключени . В логическом блоке 10 в зависимости от зна ка логического произведени  сигнала рассогласовани  и функции переключени  , поступающих с выхода блока 11 и выхода первого сумматора 6, формируют командный сигнал дл  переключени  первого ключевого элемента 9 с помощью которого осуществл ют изменение величины коэффициента интегрального блока 8. Выходной сигнал второго сумматора 12 поступает через третий сумматор 13 на вход объекта управлени  с запаздыванием 16. В течение времени запаздывани  объекта, когда его реакци  на поданное возмущение еще неизвестна, выход ной сигнал объекта управлени  1б сохран етс  посто нным и равным заданной величине, предшествующей моменту ступенчатого изменени  задани . В этом случае сигнал на выходе помехозащищенного дифференциатора 3 равен нулю и сигнал с релейного элемента не поступает на управл ющие входы коммутатора 22 и второго ключевого элемента 2. В этом случае коммутатор 22 осуществл ет коммутацию выходного сигнала второго сумматора 12 через седьмой сумматор 19 на вход модели 1 объекта управлени  без запаздывани , а через восьмой суммато (31 20 - на второй вход п того сумматора И. Сигналы на втором входе восьмого сумматора 20, седьмого 19 и шестого 2 сумматоров отсутствуют, поскольку выход второго ключевого элемента 24 и второй выход коммутатора 22 обнулены. В этом случае си1- нал сравнени  на выходе п того сумматора 14 равен нулю, при этом сигналы на входе интегратора 18 и на вы ходе блока 15 умножени  также равны нулю. Сигнал с выхода модели 1 объек та управлени  без запаздывани  чере шестой 2 и четвертый 17 сумматоры поступает на второй вход дев того сумматора 21. На первые входы сумматора 21 и сумматора 17 поступает сиг нал с выхода объекта управлени  16. Выходной сигнал дев того сумматора 96 21 в качестве переменной поступает на вход первого сумматора 6,Таким образом, в рассматриваемом случае пока отклонени  регулируемой величинь1 на выходе объекта управлени  1б не происходит, Y.e. скорость изменени  регулируемой величины равна нулю, замыкание системы производитс  только сигналом модели 1 объекта управлени  без запаздывани , поскольку сигнал на выходе дев того сумматора 21 в этом случае равен X(t)Xo(t)-rXo(t)-X(t)(t), (1) где Xp(t) - выход объекта, предшествующий изменению задани ; X/v(t) выход модели объекта без запаздывани . При этом на выходе первого сумматора 6 сигнал рассогласовани  равен Е a(t)-x(t) , (2) где g(t) - выход блока 5 задани . -На основе полученного сигнала рассогласовани  Е и его производной в блоке 11 формируетс  функци  переключени  Е(, С - посто нный коэффициент), с использованием которой с помощью логического блока 10 и ключевого элемента 9 пропорциональный 7 и интегральный 8 блоки вырабатывают регулирующее воздействие u K&-fW| , о .. у К при Sc О «« ЧК%РИ5| 0, 2 - Е . где и - выход регул тора; - сигнал рассогласовани ; К - коэффициент усилени  регул Ц - коэффициент интегрировани ; S - функци  переключени ; tp - врем  регулировани . Таким образом, в течение времени (t) (Co(t) - запаздывани  объекта ) с использованием сигнала модели 1 без запаздывани  формируетс  упреждающее воздействие на объект, величины которого определ ютс  временем запаздывани  объекта, параметрами его модели и уравнением гиперплоскости скольжени . Т(о истечении времени запаздывани  объекта, т.е. при скорости изменени  регулируемой величины, отличной от нул , .сигнал с выхода объекта управлени  16 поступает на вход помехозащищенного дифференциатора 3, выходной сигнал Kotqporo в данном случае

не равный нулю поступает на вход релейного элемента А, который выдает командный сигнал, поступающий на управл ющие входы второго ключевого элемента 2 и коммутатора 22. Коммутатор 22 в данном случае прекращает коммутировать сигнал с выхода второго сумматора 12 на первый вход седьмого .сумматора 19 и осуществл ет коммутацию выходного сигнала метвертого сумматора 17 на второй вход седьмого сумматора 19 и на второй вход шестого сумматора 2. При данном состо нии коммутатора 22 выход четвертого сумматора 17 поступает через сумматор 19 на вход модели 1 объекта управлени  без запаздывани . Обозначив передаточную функцию модели 1 W в соответствии со структурной схемой и согласно св з м, организуемым с помощью коммутатора 22, получим, что передаточна  функци  устройства, состо щего из блоков 1,2 и 17 равна обратной передаточной функции модели объекта управлени  без запаздывани  W, котора  оказываетс  включенной последовательно с объектом управлени  1б. На второй вход дев того сумматора 21 при этом поступает сигнал Xp(t)-W с выхода обратной модели объекта, а на первый вход - сигнал с выхода объекта управлени  1б. Таким образом, регулируема  величина .X(t) поступает на вход первого сумматора 6 по главной обратной св зи с передаточной функцией, не равной единицы. В соответствии с выходным сигналом первого сумматора 6 пропорциональный 7 и интегральный 8 блоки «Луществл ют дальнейшее формирование управл юи1его воздействи  на объект. Измен ющийс  в процессе регулировани  коэффициент (8,fe ) позвол ет учесть вли ние запаздывани  объекта.

Выходной сигнал обратной модели объекта управлени  без запаздывани  с выхода седьмого сумматора 19 поступает через восьмой сумматор 20 на вход п того сумматора 1, на другой вход (которого поступает сигнал с выхода сумматора 12. Сигналы с выхода сумматора 17 и сумматора 12 сравниваютс . Если параметры объекта управлени 1б соответствуют параметрам модели 1 а следовательно, совпадают и выходны сигналы сумматоров 12 и 17, то результат сравнени  сигналов навыходе п того сумматора 1 равен нулю. Если в силу параметрических возмущений

выходной процесс объекта управлени  16 изменитс , а следовательно, процесс на выходе сумматора 17 не будет соответствовать выходному процессу на выходе сумматора 12/то на выходе сумматора I по витс  рассогласование . Это рассогласование будет содержать информацию об изменении параметров объекта управлени . Полученный сигнал рассогласовани  с выхода сумматора поступает на вход интегратора 1.8, выходной сигнал которого поступает на один из входов блока 15 умножени , на другой вход которого поступает выходной сигнал сумматора 12. В блоке 15 перемножаютс  полученный проинтегрированный сигнал и сигнал основного управл ющего воздействи , а результирующий сигнал с выхода блока 15 умножени  поступает на третий сумматор 13, где суммиру сь с сигналом основного управл ющего воздействи , измен ет его величину. Измененное значение управл ющего воздействи  с третьего сумматора 13 поступает на вход объекта управлени  16, обеспечива  при изменившихс  характеристиках системы требуемый выходной процесс. Одновременно сигнал с выхода блока 15 умножени  через блок умножени  на масштабный множитель 23 поступает на вход второго ключевого элемента 2k, который в данном случае коммутирует сигнал с выхода блока 23 на второй вход восьмого сумматора 20, где, суммиру сь с выходным сигналом сумматора 19, поступает на вход п того сумматора Ц, образу  при этом дополнительную обратную св зь с выхода цепи подстройки . Благодар  наличию интегратора и дополнительной обратной св зи сигнал на выходе п того сумматора I будет стремитьс  к нулю, откуда следует, что процесс подстройки  вл етс  устойчивым при сколь угодно неблагопри тных сочетани х параметров объекта с большим запаздыванием, что способствует повышению качества управлени .

Если в установившемс  режиме регулируема  величина соответствует заданному значению, то сигнал на выходе помехозащищенного дифференциатора 3 обнул етс . В этом случае командный сигнал с выхода релейного элемента 4 не поступает на упра8л ю1цие входы ключевого элемента 2k и коммутатора 22. Последний прекршцает комму

Claims (1)

1. СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ, содержащая модель объекта управления без запаздывания, выход которой соединен с входом шестого сумматора, последовательно соединенные дифференциатор и релейный элемент, последовательно соединенные б(эк задания и первый сумматор, выход которого подключен к вхрдам пропорционального и интегрального блоков, первого ключевого элемента, логического б£1ока и блока формирования функции переключения, выход которого через логический блок подключен к ' второму входу первого ключевого элемента, второй вход интегрального блока подключен к выходу первого ключевого элемента, а выходы интегрального и пропорционального блоков подсоединены через второй сумматор к соответствующим входам третьего сумматора, пятого сумматора и блока умножения, выход третьего сумматора подключен к входу объекта управления, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, выход пятого сумматора через интегратор подключен к второму входу блока умножения, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, о т лича ющ а я't я тем, что, с целью повышения качества управления, она снабжена седьмым, восьмым и девятым сумматорами, коммутатором и последовательно соединенными блоком умножения на масштабный множитель и вторым ключе- , вым элементом, при этом вход дифференциатора соединен с выходом объекта управления, выход релейного элемента подключен к второму входу второго ключевого элемента и управляющему входу коммутатора, первый вход которого подключен к выходу второго сумматора, а второй вход - к выходу четвертого сумматора и первому входу девятого сумматора, второй вход которого соединен с выходом объекта управления, а выход - с вторым входом первого сумматора, первый выход коммутатора подсоединен через седьмой сумматор к входам модели объекта управления без запаздывания и . восьмого сумматора, выход которого подключен к второму входу пятого сумматора, а второй вход - к выходу второго ключевого элемента, второй выход коммутатора подсоединен к вторым входам седьмого и шестого сумматоров, выход последнего подключен к второму входу четвертого сумматора и выход блока умножения подключен к входу блока умножения на масштабный множитель.

   ж. SU .... 1037209 >