SU1070506A1 - Система управлени дл объектов с запаздыванием - Google Patents

Abstract

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ, содержа- ща  последовательно соединенные задатчик, элемент сравнени , регул тор , сумматор, подключенный выходом к входу объекта, состо щего из последовательно соединенных опережающего и инерционного участков объекта,, элемент запаздывани , выход которого подключен к входу первой неполной модели объэкта, вторую неполную модель объекта, выход которой подключен к второму инверсному входу элемента сравнени , и блок оп .тимизацйи, соединенный первым выходом с вторым входом регул тора, а вторым выходом - с входами первой и второй неполных моделей объекта, отличающа с  тем, что, с целью повьв ени  надежности и быстродействи , она снабжена последовательно соединенными эталонными модел ми опережающего и инерционного участков объекта/ аналого-цифровым преобразователем,, блоком отношений, перпым и вторым регистрами отношений , первым и вторым дешифраторами отношений, блоком анализа и згедатчиком . допустимых отноигений, причем выходы объекта и первой неполной модели объекта соединены соответс-твенно с третьим инверсным и четвертым суммирующим входами з1лемента (Л сравнени , выход опережающего участка объекта подключен к входам второй неполной модели объекта и элемента запаздывани , а также к первому входу аналого-цифрового.преобразовател , к трем другим входам которого подключены соответственно выходы эталонных моделей опережающего и инер sl ционного участков объекта и самого о объекта, выход сумматора соединен с входом эталонной модели опережающеел го участка объекта, входные кодовые О шины блока отношений соединены с выходами аналого-цифрового преобрао зовател , а его две группы выходных кодовых шин подключены к двум группам входных шин блока анализа, и соОтветственно через первые регис- р и дешифратор отношений, вторые регисгр ч дешифратор отношений - .к двум группам параметрических входов блока оптимизации, выходы задатчика допустимых отношений соединены с третьей группой кодов1лх шин блока анализа, управл ющие выходы которого подключены ко входам приоритета блока оптимизации.

Description

Изобретение относитс  к автоматике и может быть использовано дл  автоматизации теплоэнергетических процессов, электростанций, в частности , широко распространенных объе тов, имеюцих опережающий и инерционный участки регулировани  с неизмен к димс  или известным запаздывани ми . Известна система управлени  дл  объектов с запаздыванием, в которую кроме основного крнтура регулировани  дл  упреждени  запаздывани  вве ден второй контур, содержащий модел объекта управлени  без запаздывани  и элемент запаздывани  Cll. Работа таких систем основана на точном знании модели объекта без запаздывани  и времени запаздывани  Изменение параметров объекта во вре мени приводит в такой системе к уху шению качества регулировани  или к неустойчивой работе системы. Известна также система управлени , адаптивна  к изменени м параметров объекта, содержаща  последевательно .соединенные первую модель объекта, первый блок сравнени , блок подстройки, блок оптимизации, регул тор и сумматор, выход которог через объект управлени  соединен с вторьда входом первого блока сравнени  и через элемент запаздывани  с входом первой модели, выход котррой соединен с вторым входом блока оптимизации, а выход второго блока управлени  соединен с вторым входом регул тора и третьим входом блока . оптимизации, выход блока подстройки соединен с вторым входом первой модели объекта С21. Данна  система имеет недостаточн быстродействие и устойчивость. Наиболее близкой к предлагаемой  вл етс  система управлени , содержаща  последовательно соединенные задатчик, элемент сравнени , регул  тор, cyh4MaTop, выходом подключенный к входу объекта, состо щего из последовательно соединенных опережающего и инерционного участков объект элемент запаздывани , выход которог подключен к входу первой неполной модели объекта, вторую неполнукз мо дель объекта, .вьпсод которой подключен к второму инверсному входу элемента сравнени , и блок оптимизации СЗ 3, . Однако отсутствие отрицательной обратной св зи с выхода объекта и св зи, компенсирующей инерционность с выхода первой модели объекта непосредственно на вход регул тора через первый блок сравнени  приводит к снижению надежности работы системы, усложнению блока оптимизации и делает-такую систему неприемлемой при автоматизации ответственных технологических п.роцессов, в частности, теплоэ.нёргетических. Снижение надежности и. усложнение св зано с раздельной подстройкой моделей и регул тора. Кроме того, в основу подстройки моделей и оптимизации параметров регул тора положен поисковый алгоритм , что приводит к значительному усложнению систе.1ы за счет использовани  сложных средств вычислительной техники и потер м времени на поиск. Цель изобретени  - повышение надежности и быстродействи . Поставленна  цель достигаетс , тем,что система управлени  дл  объекта с запаздыванием, содержаща  последовательно соединенные задатчик , элемент сравнени , регул тор , сумматор, подключенный выходом к входу объекта, состо щего из последовательно соединенных Опережающего и инерционного участков объекта, элемент запаздывани , выход которого подключен к входу первой неполной модели объекта, вторую неполную модель объекта, выход которой подключен к второму инверсному входу элемента сравнени , и блок оптимизации, соединенный первым выходом с вторым входом регул тора, а -вторьам выходом - с входами первой и второй неполных моделей объекта, снабжена последовательно соединенными эталонными модел ми опережающего и инерционного участков объекта, аналого-цифровым преобразователем, блоком отношений, первым-и вторым регистрами отношений, первым и вторым дешифраторами отис нений, блоком анализа и задатчиком допустимых отношений, причем выходы объекта и первой неполной модели объекта соединены соответственно с третьим инверсньлм и четвертым суммирующим входами элемента сравнени , выход опережающего участка объекта подключен к входам второй неполной модели объекта и элемента запаздывани , а также к первому входу аналого-цифрового преобразовател , к трем другим входам которого подключены соответственно выходы эталонных моделей опережающего и инерционного участков объекта и самого объекта , выход сумматора соединен с входом эталонной модели опережав дего участка объекта, входные кодовые шины блока отношений соединены с выходами аналого-цифрового преобразовател , а его две группы выходных кодовых шин подключены -к двум группам входных шин блока анализа и соответственно через первые регистр и дешифратор отношений, вторые регистр и дешифратор отношений - к двум группам параметрических входов блока оптимизации, выходы задатчика допустимых отношений соединены с третьей группой кодовьлх шин блока анализа, управл ющие выхо ды которого подключены к входам при оритета блока оптимизации. На фиг, 1 изображена структурна  схема систёмы; на фиг, 2 - блок-схё ма возможной реализации одного кана ла блока оптимизации. Система содержит задатчик 1, Эле мент 2 сравнени , регул тор 3, сумматор 4, объект 5, состо щий из опе режающего 6 и инерционного 7 участ ков, элемент 8 запаздывани , первую и вторую неполные модели объекта 9 и 10, блок 11 оптимизации, эталон ные модели, опережающего и инерционного участков объекта 12 и 13, аналого-цифровой преобразователь 14 блок 15 отношений,первый 16 и второй 17 регистры отношений, первый 1 и второй 19 дешифраторы отношений, блок 20 анализа и задатчик 21 допус тимых отношений. Канал блока оптимизации содержит К триггеров 22, реле 23, элементов совпадени  и набор резисторов регул тора R, R2, ... . Регул тор 3, реализующий, в част ности, пи-закон управлени , может быть выполнен, например как блок регулировани  Р21 ГСП Каскад С43. Блок 11 оптимизации предназначен дл  установки оптимальных значений коэффициентов усилени  регул тора 3 а также первой и второй неполньк моделей 9 и 10 объекта. Один из каналов блока 11 оптимизации может быть выполнен, например, согласно t51 (как показано на фиг. 2). Блок 20 Может быть выполнен, , как двоичное сравнивающее устройство на базе микросхем К155 серии, которое дл  упрощени  и повыиюни  надёжности включает схемы попарног совпадени  разр дов двух двоичных чисел А и В и схемы анализа неравенств разр дов дл  выражени  А В и 6. Текущие отношени  сигна лов, поступающих на входы блока 20 анализа с выходов блока 15, принимаютс , например, за числа Л, тогда допустимые отношени  - за числа В. При этом на двух управл к цих выхода блока 20 анализа формируютс  два разрешак цих сигнала при выполнении неравенств длакс у В., о1к.е , Которые устанавливают ограничени  на минимальное и максимальное значени  соответственно коэффициентов усилени  регул тора 3 и модепей 9 и 10. Это св зано с тем, что количество переключательнь х функций п и ru с (ВЫХОДОВ первого 18 и второго 19 дешифраторов в общем случае больше, чем число дискретов в наборах резисторов блока 11 оптимизации, так как рабочие диапазоны коэффициентов усилени  регул тора 3 и моделей 9 и 10 ограничены . На фиг. 1 введены следующие обозначени : f - внутренние возмущени , действующие на систему, Хр - регулирукмцее воздействие х и X - промежуточна  и основна  регулируемые величины,XQC-сигнал основной обратной св зи, х,; сигналы компенсации инерционности и упреждени  запаздывани  соответственно . В основу построени  системы управлени  дл  Объектов с запаздыванием положен принцип упреждени  запаздывани  и компенсации инерционности при изменении задани  и внутренних возмущений путем оптимизации динамических параметров регул тора и двух неполных моделей объекта соответственно в контурах упрежденч  и к&мпенсации методом непрерывного сравнени  сигналов опережающего и инерционного участков объекта с соответствующими сигналами эталонных моделей и путем нахождени  их отношений и получени  набора переключательных функций дл  управлени  динамической настройкой параметров регул тора и двух неполных моделей объекта. При этом передаточна  функци  объекта определ етс  выражением %5 . «2Г гдeWoп Wp(p) и W H V/wHlf - соответственно передаточные функции опережающего 6 и инерционного 7 участков объекта 5. Передаточную функцию W, можно представить в виде N1/ К W ин ин ин где К„„,„ - соответственно коэффициент усилени ,.приведенна  передаточна  функци  и врем  запаздывани  инерционного участка 7 объекта 5. Передаточна  функци  Wj,n дл  теплоэнергетических объектов имеет обычно вид апериодического эвена первого пор дка с небольшой посто нной зремени TQ, и коэффициентом усилени  Коп Передаточна  функци  x/, имеет вид одного, двух или трех последовательно соединенньЕС апериодических звеньев первого пор дка в зависимости от аппроксимации со значительно большей сукмарной эквивален ной посто нной, обуславливающей ин ционность. Значение f может быть посто нны например, в системах управлени  пр цессом горени , использующих хрома тографический газоанализатор, или известным, т.е. определенным при эксперименте или автоматическим способом. С учетом I2 I и (3) и предлагаемой . структуры систекы управлени  дл  компенсации инерционности используетс  элемент 8 запаздывани  и перва  неполна  модель 9 инерционного участка с передаточ ной функцией К„„« е «цн, дл  уп реждени  запаздывани  используетс  втора  модель с передаточной функцией „ ., Р этом В обоих контурах как в контуре компенсации инерционности, так и в контуре упреждени  запаздывани  использует с  опережающий участок 6 объекта с передаточной функцией , что дополнительно способствует повьниен нгщежносии и быстродействи  системы . Сигналы основной обратной св зи «ос f контура упреждени  запаздывани  Xocj и контура компенсации инер ционности Хос соответственно равны ос р%п „н; ОС i(5) c, V%nWHH/VW,K,,. (t) Выходные сигналы эталонных моделей 13 и 14 опережающего и инерционного участков с передаточными функци ми %„ и W определ ютс  выражени ми х х W {7( «1 onj Сигналы опережающего и инерцион ного участков 6 и 7 равны у у ш р оп Компенсаци  инерционности происходит при равенстве (41 и (51, что возможно при условии .л bJ Ij а упреждение запаздывани  с минимальной среднеквадратичной погрешностью будет иметь место при н, Х и/Ч„- ( Если услови  (11F и (12) выполн ютс , то запаздывание выноситс  из.замкнутого контура регулировани . В этом случае реакци  системы  вл етс  задержанной версией входного сигнала, что обеспечивает воз можность работы системы с максимальным быстродействием, как и дл  системы без запаздывани . Однако зто требует адаптации системы при изменении ее характеристик, в первую очередь, за счет изменени  параметров объекта от нагрузки и с течением времени. При адаптивной подстройке коэффициентов усилени  регул тора 3, первый и второй неполных моделей 9 и 10 объекта принимаетс , что все различи  между выходными сигналами опережающего и инерционного участков 6 и 7 объекта 5 с соответствукадими сигналами эталонных моделей 12 и 13 -«i,r эт обусловлены несовпадением текущих коэффициентов усилени  в момент измерени . Это предложение  вл етс  особенно оправданным в данной системе , где запаздывание известно и может быть с достаточной точностью промоделировано с помощью элемента 8 запаздывани . Оценками несоответстви  служат отношени  -tS/NaT ИЗ) 2.,Г И) Эталонные модели 12 и 13 опережающего и инерционного участков объекта не подстраиваютс . Их параметры в общем случае могут быть выбраны по одному из возможных состо ний объекта 5, например,-при Минимальной нагрузке, когда коэффициенты усилени  и эквивалентные посто нные времени участков 6 и 7 принимают максимальные значени . Тогда, если объект 5 находитс  в указанном выше состо нии, выполн ютс  услови  11 и 12 и регул тор 3 подстроен соответствующим образс 1, то отнс иение 13 и 14 равны единице. С учетом опустимой зоны регулировани  отношени  могут отличатьс  от единицы на некоторую,величину 4 . Эти отношени  условно принимаютс  за базовые - сГ;,. и Г , при этом подстройка коэффициентов усилени  локов системы не производитс . Воз- . можны три случа ; rf э или сГ 5(5, или имеют место оба неравенства одновременно. Между отношени ми сГ:,, и коэфициентами усилени  регул тора 3 kp и моделей 9 и10 (К„н ин 4н соответственно имеютс  однозначные завистилости. Так, например, л  подстройки Кр при использовании известного критери  оптимизаии минимума среднеквадратичной шибки регулировани  можно испольовать КрКд const , дл  подстройки .Кии,, и «„„ - уелиие (12). G учетом прин того услоИЯ , что все изменени  объекта 5

отнесены к изменению коэффициентов усилени  участков 6 и 7, отношенн  (131 и (14) можно представить в виде . ff -V%r

ОП; ( Г

1-л,

ин

зт

Выражени  (12, (15-17/ показыва что Кр измен етс  обратно пропорционально tf и оптимизируетс  при изменении опережающего/участка 6, а измен ютс  пр мо пропорционально сГг и оптимизируютс  при изменении инерционного участка 7 объекта 5.

Коэффициент усилени  регул тора 3(4) и моделей 9 и 10 измен етс  с помо(цью резисторов обратной св зи усилителей. Поэтому отношени м (Г., и cTj учетом прин того числа переключательных функций К из п соответствующих упом нутые выше наборы резисторов Рр и R/, .

Система управлени  . (фиг. 1) работает следующим образом.

В установившемс  режиме регулируема  величина находитс  в предела допустимой зоны регулировани  +д. В первом и втором регистрах 16 и 17 отношений наход тс  коды, соответствующие выражени м (13) и (14), которые расшифровываютс  первым и вторым дешифратором 18 и 19 отног шений, переключающие выходы которых устанавливают через блок 11 оптимальные параметры динамических настроек регул тора 3 и обеих неполных моделей 9 и 1О.

При изменении задани  .на выходе элемента 2 сравнени  по вл етс  сигнал ошибки, который отрабатываетс  регул тором 3. Отработка рассогласовани  производитс  через опережающий участок 6 объекта 5 и вторую неполную модель 10 объекта. Ине ционна  часть 7 объекта 5 при этом не вли ет на устойчивость системы, так как выходной сигнал системы компенсируетс  сигналом с вь2хода первой неполной модели 9

объектаXQC. При этом выполн етс  прежнее условие оптимальной настройки , и оптимизаци  не производитс .

При изменении отношени  (13/, которое может произойти из-за изменени  опережающего участка 6 объекта 5 или при внутренних возмущени х f . В этом случае через аналого-цифровой преобразователь 14 и блок 15 отношений измен етс  кед nefiBoro регистра 16 отношений, который переключает первый дешифратор 18 в новое состо ние. Блок 20 провер ет код отношени  согласно 11) и через блок 11 оптимизации измен ет коэффициент усилени  регул тора 3.

Во втором случае при изменении (14) аналогичным образом измен етс  код во втором регистре 17 отнс иений и через второй дешифратор 19 с помощью блока 20 анализа через блок 11 оптимизации осуществл ет установку новых значений коэффициентов первой и второй неполных моделей 9 и 10 объекта.

В тре-.ьем случае, когда измен ютс  одновременно отношени  (13) и (14) производитс  оптимизаци  как коэффициента усилени  регул тора 3, так и обеих моделей 9 и 10.

Таким образом, применение в системе эталонных моделей опережающего и инерционного участков объекта; аналого-цифрового преобразовател , блока отношений двух регистров и . дешифраторов отношений, блока анали и задатчика допустимых отношений, св занных между собой и с известными блоками определенным образом, а также введение более надежных св зей позвол ет повысить надежность системы, а применение беспоискового алгоритма - ее быстродействие.

Веспоискова  адаптивна  настройк системы управлени  позволит получить экономический эффект пор дка 15 тыс.руб. при реализации одного контура управлени . Экономический эффект дл  энергоблока составит около 60 тыс.руб. в год.

Claims (1)

1. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ, содержащая последовательно соединенные задатчик, элемент сравнения, регулятор, сумматор, подключенный выходом к входу объекта, состоящего из последовательно соединенных опережающего и инерционного участков объекта,, элемент запаздывания, выход которого подключен к входу первой неполной модели объекта, вторую неполную модель объекта, выход которой подключен к второму инверсному входу элемента сравнения, и блок оп- тимизации, соединенный первым выходом с вторым входом регулятора, а вторым выходом - с входами первой и второй неполных моделей объекта, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия, она снабжена последовательно соединенными эталонными моделями опережающего и инерционного участков объекта, аналого-цифровым преобразователем,, блоком отношений, первым и вторым регистрами отношений, первым и вторым дешифраторами отношений, блоком анализа и задатчиком. допустимых отношений, причем выходы объекта и первой неполной модели объекта соединены соответс-т- j венно с третьим инверсным и четвер'тым суммирующим входами э!лемента сравнения, выход опережающего участка объекта подключен к входам второй неполной модели объекта и элемента запаздывания, а также к первому входу аналого-цифрового преобразователя, к трем другим входам которого подключены соответственно выходы эталонных моделей опережающего и инерционного участков объекта и самого объекта, выход сумматора соединен с входом эталонной модели опережающего участка объекта, входные кодовые шины блока отношений соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя, а его две группы выходных кодовых шин подключены к двум группам входных шин блока анализа, и соответственно через первые регистр и дешифратор отношений, вторые регистр и дешифратор отношений - .к двум группам параметрических входов блока оптимизации, выходы задатчика допустимых отношений соединены с третьей группой кодовых шин блока анализа, управляющие выходы которого подключены ко входам приоритета блока оптимизации.

   SU ...1070506