SU1070507A1 - Адаптивна система контрол и регулировани - Google Patents

Abstract

АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ, содержаща  п ервый блок умножени , последовательно включенные первый задатчик, первый блок сравнен11 , первый фильтр низкой частоты, первый регул тор, второй блок умножени , первый сумматор и исполнительный орган, подключенный выходом к входу объекта управлени , последовательно соединенные первый датчик и второй сумматор, выход которого соединен с вторым входом, первого блока сравнени , последовательно включенные второй датчик, второй блок сравнени  и первую модель объекта, подключенную выходом к второму входу второго сумматора, последовательно включенные первый квадратор, второй фильтр низкой частоты, третий сумматор и блок делени , последовательно включенные четвертый сумматор, третий блок сравнени , третий фильтр низкой частоты, второй регул тор, четвертый блок сравнени  и вторую модель объекта, выход которой соединен с первым ВХОДСИ4 четвёртого сумматора, последовательно включенные, второй квадратор и четвертый фильтр низкой Частоты, выход которого соединен с вторыми входами его сумматора и бЯока делени , выход исполнительного органа соединен через : второй датчик с вторым входе четвертого блока сравнени , второго регул тора соединен через первый блок ллножени  с вторь входом первого сумматора, выход первого регул тора подключен к второму входу второго блока сравнени ,выход первого датчика - к второму входу четвертого сумматора, выход первого i задатчика - к второму входу третьего блока сравнени , вход первого датчика соединен с выходом объекта управлени , отличающа с  тал, что, с целью повышени  точности регулировани  и контрол , в нее введены регистратор, п тый и местой фильтры низкой частоты, первый масштабирукщий блок, второй задатчик, источник посто нного сигнала, последовательно включенные седьмой фильтр низкой частоты, п тый блок сравнени , первый блок определени  модул , второй масштабирующий блок, п тый сумматор, третий масптабирукщий блок, инвертор, шестой сумматор к шестой блок сравнени , последовательно включенные восьмой фильтр низкой частоты, седьмой йлок сравнени , второй блок определени  иодул  и четвертый масштабирующий блок, выход которого соединен с ps вторым входом п того сумматора, выход блока делени  соединен через первый масштабирующий блок с вторым входом шестого сумматора, третий вход которого подключен к выходу второго задатчика, а выход - к второму входу второго блока умножени , выход первого блока сравнени  подключен к входу первого квадратооа.

Description

выход третьего блока сравнени .к входу второго квадратора, выход первого зсшатчика соединен с.входом седьмого фильтра низкой частоты и через п тый фильтр низкой частоты с вторым входом п того блока сравнени , выход первого датчика соединен с входом восьмого фильтра низкой частоты и через шестой фильтр низкой частоты - с вторым входом седьмого блока сравнени , выход источника посто нного сигнала подключен через шестой блок сравнени  к второму входу первого блока умноиени , выход первого сумматора - к входу регистратора.

Изобретение относитс  к автоматическому упрайлению и регулированию , в частности к адаптивньм системам управлени , и может быть использовано дл  построени  систем контрол  и регулировани  объектов, подверженных вли нию нестационарных возмущений.

Известно устройство дл  контрол  сигнала, динамически искаженного и закрытого измерительной помехой. Устройство дл  контрол  сигнала содержит последовательно включенные измеритель, первый блок сравнени , пороговый элемент, второй блок сравнени , интегратор, выход которого соединен через первый блок задержки с вторьил входсж второго блока сравнени , масштабирукщий блок, сумматор, выход которого соединен со своим вторым входом , и модель измерител , подклю- . ченную выходом к второму входу первого блока .«сравнени  l.

Недостатком данного устройства  вл етс  низка  точность контрол  из-за того., что не учитываетс  измен кща с  сложность измер емого сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  регулирукщее устройство,содержащее первый модельный контур регулировани , включающий последовательно соединенные первый блок сравнени , первый фильтр низкой частоты, первый регул тор, второй блок сравнени , первую модель объекта и первый сумматор , выход которого подключен к первому входу первого блока сравнени , второй модельный контур регулировани , включающий последовательно соединенные третий блок сравнени , второй фильтр низкой частоты второй регул тор, четвертый блок сравнени , вторую модель объекта и второй сумматор, выход которого подключен к первому входу третьего блока сравнени , блок оценивани  точности модельных контуров регулировани , включающий последовательно

соединенные п тый блок сравнени , первый квадратор и третий фильтр низкой частоты, последовательно соединенные шестой блок сравнени ,; второй квадратор и четвертый фильтр низкой частоты, блок выработки натурного управл ющего воздействи , включающий последовательно соединенные третий сумматор, первый блок делени , первый блок, умножени  и четвертый сумматор, последователь- но соединенные второй блок делени  и второй блок умножени , причем выходы первого и второго сумматоров подключены к первьм входам соответственно п того и шестого блоков сравнени ,вторые входы первого, третьего, п торо и шестого блоков сравнени  :св заны в один узел, второй вход первого сумматора соединен с вторьж входом второго сумматора , выход TpisTbero фильтра низкой частоты подключёнК первс лу входу третьего сумматораи второму входу первого блока делени , выход четвертого фильтра низкой частоты подключен к первому входу второго блока делени  и через третий сумматор к второму входу второго блока делени , выход второго блока умножени  соединен с вторым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к вторым входам второго и четвертого блоков сравнени , выходы первого и второго регул торов подключены к вторым входам соответственно второго и первого блоков умножени .

При работе регулирующего устройства первьы и вторым (более быстродействующим ) регул торами вырабатываютс  управл ющие воздействи , по KOTopbovi с помощью блоков сравнени , моделей объекта и сумматоров рассчитываютс  модельные выходы первого и второго модельных контуров.В блоке оценивани  точности модельных контурор рассчитываютс  текущие дисперсии ошибок регулировани  каждого контура. В блоке выработки натурного управл ющего воздействи  0 определ етс  взвешенна  сумма первого и второго модельных управл ющих воздействий. При этом весовые коэффициенты определ ютс  в зависимости от текущих .дисперсий ошибок регулировани  23. Недостатки регулирующего устройства заключаютс  в низкой точности, регулировани , обусловленной запаздыванием в оценке точности регулиро вани  модельных контуров, так как эта оценка рассчитываетс  на прошедших интервалах времени, а также в невысокой точности контрол , в ре зультате того, что регулирукщее устройство нельз  примен ть дл  измерительных , систем с жесткими требовани ми по своевременности и достоверности получаемых данных. Цель изобретени  - повьииение точ ности регулировани  и контрол . Поставленна  цель достигаетс  там, что в регулирующее устройство, содержащее первый блок умножени , последовательно включенные первый задатчик, первый блок сравнени , первый фильтр низкой частоты, первый- регул тор, второй блок умножени  , первый сумматсф и исполнительный орган, подключенный выходом к входу объекта управлени , последова тельно соединенные первый датчик и второй сумматор, выход которого соединен с вторьал входом первого бл ка сравнени , последовательно включенные второй датчик, второй блок сравнени .и первую модель объекта, подключенную выходом к вторс чу входу второго сумматора, последователь но включенные первый квадратор, вто рой фильтр низкой частоты, третий сумматор и блок делени , последовательно включенные четвертый сумматор , третий блок сравнени , третий фильтр низкой частоты, второй регул тор , четвертый блок сравнени  и вторую модель объекта, выход которой соединен с первым входом четвер того суммат&ра, последовательно вкл ченные второй квадратор и четвертый фильтр низкой частоты, выход которого соединен с вторыми входами третьего сумматора и блока делени  выход исполнительного органа соединен -через второй датчик с вторым, входом четвертого блока сравнени , выход второго регул тора соединен через первый блок умножени  со вто рым входом первого сумматора, выхо первого регул тора подключен к вто рому входу второго блока сравнени  выход первого датчика - к второму входу четвертого сумматора, выход первого задатчика - к второму вход третьего блока сравнени , вход пер вого датчика соединен с выходом объекта управлени , введены регистратор , п тый и шестой фильтры низкой частоты, первый масштабируюгцнй блок, второй задатчик, источник посто нного сигнала, последовательно включенные седьмой фильтр низкой частоты, п тый блок сравнени , первый блок определени  модул , второй масштабирующий блок, п тый сумматор , третий масштабирующий блок, инвертор, шестой сумматор и шестой блок сравнени , последовательно включенные восьмой фильтр низкой частоты, седьмой блок сравнени , второй блок определени  модул  и чет- . вертый масштабирующий блок, выход которого соединен с вторым входом п того сумматора, выход блока делени  соединен через первый масштабирующий блок с вторым входом шестого сумматора., третий вход которого подключен к выходу второго згщатчика , а выход - к второму входу второго блока умножени , выход первого блока сравнени  подключен к входу первого квадратора, выход третьего блока сравнени  - к входу второго квадратора, выход первого задатчика соединен с входом седьмого фильтра низкой частоты и через п тый Фильтр низкой частоты - с вторым входом п того блока сравнени , выход первого датчика соединен с входом восьмого фильтра низкой частоты и через шестой фильтр низкой частоты С- вторым входом седьмого блока сравнени , выход источника посто нного сигнала подключен через шестой блок сравнени  к второму входу первого блока умножени , выход первого сумматора - к входу регистратора. В адаптивной системе контрол и регулировани  определ етс  показатель сложности, дл  чего введены с п того по восьмой фильтры низкой частоты п тый и седьмой блоки сравнени , блоки определени  модул , второй и четвертый масштабирующие блоки и п тый сумматор. Показатель сложности используетс  дл  уточнени  весовых коэффициентов модельных управлений . Тем самым осуществл етс  адаптаци  по свойствам внешних воздействий и в результате повышаетс  точность регулировани . Адаптивна  система может примен тьс  как дл  контрол  переменных, так и дл  регулировани  производственных процессов . В первом случае объектом управлени   вл етс  модель измерител , первым задатчнком измеритель, а возмущсцощие воздействи  на объект упран ени  отсутствуют.Во втором случае объектом управлени   вл етс , например, сталеплавильный агрегат . На чертеже представлена, блок-схема сщаптивной системы контрол  и регулировани . На схеме прин ты следующие обоз чени :и(1) - управл ющее воздейств в t -и момент времени; Y(t) - выхо йа  переменна  объекаа управлени / W(t) - возмущающее воздействие, Адаптивна  система контрол  и регулировани  содержит первьай блок 1 умножени , первый задатчик 2, первый блок 3 сравнени , первый фильтр 4 низкой частоты, первый регул тор 5, второй блок 6 умножени , первый сумматор 7, исполнительный орган 8, объект управлени  первый датчик 10; второй сумматор 11, второй датчик 12, второй блок 13 сравнени , первую модель 14 объе та, первый квадратор 15, второй фильтр 16 низкой частоты, третий сумматор 17, блок 18 делени , четвертый суг,1матор 19, третий блок 20 сравнени , третий фильтр 21 низкой частоты, второй регул тор 22, четвертый блок 23 сравнени , втора  модель 24 объекта, второй квадратор 25, четвертый фиЛЬтр 26 низкой частоты, регистратор 27, п тый 28 и шестой 29, фильтры низкой частоты, первый масштабирукадий блок 30, второй задатчик 31, источник 32 посто нного сигнала, седьмой фильтр 33 низкой частоты, п тый блок 34 сравнени , первый блок 35 определени  модул , второй масштабирующий блок 36, п тый.сумматор 37, третий масштабирующий блок 38, инвертор 39, шестой сумматор 40, шестой блок 41 сравнени , восьмой фильтр 42 низкой частоты, седьмой блок 43 сравнени , второй блок 44 определени  модул  и четвертый масштабирующий блок 45, Адаптивна  система контрол  и ре гулировани  работает следующим обра зом. Выходна  переменна  Y(t} объект управлени  измер етс  первым датчиком 10 (в случае системы контрол  первый 10 и второй 12 датчики, а та же исполнительный орган 8  вл ютс  согласующими блоками, в частности масштабирующими блоками ) и полученный сигнал во втором сумматоре 11 алгебраически суммируетс  с выходным сигналом первой модели 14 объек та с передаточной функцией, например , вида где К - коэффициент передачи, Т и IT - посто нные времени, В результате на выходе второго сумматор 11 получаетс  выходной сигнал vMt) первого модельного контура регулировани . Сигнал Y(t) поступает на первый блок 3 сравнени , где из нег вычитаетс  сигнал Y(t) о заданном значении Y(t). Полученный сигнал об ошибке регулировани  подаетс  на первый фильтр 4 низкой частоты, предназначенный дл  подавлени  высокочастотной помехи сигнала, что повышает точность его дальнейшего преобразовани . С выхода первого фильтра 4 низкой частоты сигнал поступает на первый регул тор Ь, например, с пропорционально-интегральным законом регулировани . Выходной сигнал этого регул тора  вл етс  управл ющим сигналом U(t) первого модельного контура регулировани . Из сигнала ) во втором блоке 13 сравнени  вычитаетс  сигнал U(t) о натурном управл нидем воздействии, поступающем с выхода второго датчика 12, и сигнал о полученной разности идет на вход первой модели 14 объекта. Аналогичным образом работает и второй модельный контур регулировани , включающий четвертый-сумматор 19., третий блок 20 сравнени , третий фильтр 21 низкой частоты, второй регул тор 22, четвертый блок 23 сравнени  и вторую модель 24 объекта . Второй регул тор 22 в этом контуре имеет другой, в частности, пропорциональный закон регулировани  дл  того, чтобы компенсировать в отличие от первого модельного контура более быстрые изменени  неконтролируемых возмущений. С целью увеличени  быстродействи  структура или параметры третьего фильтра 21 низкой частоты также отличаютс  от структуры или параметров первого фильтра 4 низкой частоты. Натурное управл ющее воздействие определ етс  как взвешенна  сумма первого и {t) и второгоU-(t) модельных управл к цих воздействий. Дл  этого сигнал об U-(t) умножаетс  во втором блоке 6 умножений на сигнал о весовом коэффициенте CiC(t) с выхода шестого сумматора 40 и подаетс  на первый сумматор 7. Сигнал об ui(t) умножаетс  в первом блоке 1 умножени  на сигнал 1-d(t о втором весовом коэффициенте, идущий с зыхода шестого блока 41 сравнени . В этом блоке сравнени  из выходного сигнала источника 32 посто нного сигнала, равного 1, вычитаетс  сигнал об сЩ с выхода шестого сумматора 40. Выходной сигнал первого блока 1 умножени  суммируетс  с выходным сигналом второго блока 6 в первом сумматоре 7 и подаетс  на исполнительный орган 8 дл  реализации управл ющего воздействи  и на регистратор 27. Последний необходим, когда адаптивна  система предназначена дл  контрол  сигнала. Весовые коэффициенты адаптируютс  в зависимости от точности регулировани  модельных контуров и показателей сложности выходного сигнала Y{t) и задающего сигнала Y(t по выражению d(t) (t)(tKK5Ps (t), (2 где Rj(t.)- показатель точности, (t P(t) - показатели сложности сигна лов соответственно Y(t) и Y(t), - посто нные коэффициенты., Коэффициенты К -Ку вы.бираютс  и услови , чтобы od{-t|c (0,1) следую щим образом. Коэффициенты k и  вл ютс  совыми коэффициентами при показате л х назначаютс  при настройке система из услови  + 1, в частности, К K.g 0,5. Коэффициенты К - Kj определ ют по выражени м (X п«п гтт. . - лаксимальнй и ьшниPS мально возможные значени  соответст вующих показателей дл  конкретных у ловий . Дл  .определени  точности регулировани  первого модельного контура выходной сигнал первого блока 3 сра нени  об ошибке регулировани возво дитс  в квадрат в первом квадраторе 15 и усредн етс  на скольз щем интервале времени с помощью второго фильтра 16 низкой частоты. На выходе этого фильтра получаетс  снг нал D(t) о текущей оценке дисперсии ошибки регулировани  первого модельного контура. Так же определ етс  сигнал об оценке дисперсии ошибки регулировани  второго модельного контура, дл  чего используютс  второй квадратор 25 и четвертый фильтр 26 низкой частоты Сигналы P(tl и l)-(tl суммируютс  в третьем сумматоре и в блоке 18 делени  выходной сигнал четвертого фильтра 26 низкой частоты делитс  на сигнал о найденной сумме,. В рео показателе точности (t1 )4) (tl который умножаетс  в первом масштабирующем -блоке 30 на коэффициент и подаетс  на шестой сумматор 40, Показатель сложности ,сигнала оцениваетс  по разности его сглаженных значений, полученных с помощью двух фильтров низкой частоты с отличающимс  примерно в два раза быстродействием . Увеличение указанной разности свидетельствует о повышении сложности сигнала, что вызывает необходимость использовани  более быстродействующих контуров регулировани . Последнее обеспечиваетс  за счет увеличени  весового коэффициента при управл ющем воздействии, вырабатываемым более быстродействующим контуром регулировани . Дл  определени  показател  сложности сигнала Y(t| выходной сигнал первого задатчика 2 поступает на седьмой 33 и п тый 28 фильтры низкой частоты, а затем выходной сигнал питого фильтра 28 низкой частоты ( более быстродействующего ) вычит.аетс  в п том блоке 34 сравнени  из алходного сигнала седьмого фильтра 33 низкой частоты. Сигнал о полученной разности идет на первый блок 35 определени  модул , где устран етс  знак этого сигнала, умножаетс  во втором масштабирующем блоке 36 на посто нный коэффициент к и подаетс  на п тый сумматор 37. Дл  определени  показател  сложности сигнала V(t) Iнад ним производ тс  аналогичные преобразовани  с использованием восьмого 42 и шестого 29 фильтров низкой частоты , седььюго блока 43 сравнени , второго блока 44 определени  модул  и четвертого 45 масштабирующего блока суммируютс  в п том сумматоре 37, сигнал о полученной сумме умножаетс  в третьем масштабирующем блоке 38 на посто нный коэффициент Kj , инвертируетс  инвертором 39 и подаетс  на вход шее- того сумматора 40. В шестом сумматоре 40 алгебраически суммируютс  выходные сигналы первого масштабирующего блока 30, инвертора 39 и второго задатчика 31 о величине посто нного коэффициента К, . В результаг получаетс  сигнал о весовом коэффициенте ot.(tj , Результаты полунатурного И промышленного испытани  адаптивной систеь4л контрол  дл  управлени  плавкой стали в дуговых электропечах показывают, что применение

предлагаемой системы позволит повысить точность контрол  таких тех нологических переменных как температура и химсостав металла в среднем на 15% и уменьшить диапазон

разброса этих переменных при регулировании процесса плавки металла примерно на 10% по-сравнению с известным регулирующим устройством .

Claims (1)

1. АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ, содержащая первый блок умножения, последовательно включенные первый задатчик, первый блок сравнения, первый фильтр низкой частоты, первый регулятор, второй блок умножения, первый сумматор и исполнительный орган, подключенный выходом к входу объекта управления, последовательно соединенные первый датчик и второй сумматор, выход которого соединен с вторым входом, первого блока сравнения, последовательно включенные второй датчик, второй блок сравнения и первую модель объекта, подключенную выходом к второму входу второго сумматора, последовательно включенные первый квадратор, второй фильтр низкой частоты, третий сумматор и блок деления, последовательно включенные четвертый сумматор, третий блок сравнения, третий фильтр низкой частоты, второй регулятор, четвертый блок сравнения и вторую модель объекта, выход которой соединен с первым входом четвёртого сумматора, последовательно включенные, второй квадратор и четвертый фильтр низкой Частоты, выход которого соединен с вторыми входами его сумматора и блока деления, выход исполнительного органа соединен через второй датчик с вторим входом четвертого блока сравнения, выход второго регулятора соединен через первый блок умножения с вторим входом первого сумматора, выход первого регулятора подключен к второму входу второго блока сравнения,выход первого датчика - к второму входу четвертого сумматора, выход первого задатчика - к второму входу третьего блока сравнения, вход первого датчика соединен с выходом объекта управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности регулирования и контроля, в нее введены регистратор, пятый и иестой фильтры низкой частоты, первый масштабирующий блок, второй задатчик, источник постоянного сигнала, последовательно включенные седьмой фильтр низкой частоты, пятый блок сравнения, первый блок определения модуля, второй масштабирующий блок, пятый сумматор, третий масштабирующий блок, инвертор, шестой сумматор и шестой блок сравнения, последовательно включенные восьмой фильтр низкой частоты, седьмой блок сравнения, второй блок определения модуля и четвертый масштабирующий блок, выход которого соединен с вторым входом пятого сумматора, выход блока деления соединен через первый масштабирующий блок с вторым входом шестого сумматора, третий вход которого подключен к выходу второго задатчика, а выход - к второму входу второго блока умножения, выход первого блока сравнения под-= ключей к входу первого квадратооа. выход третьего блока сравнения.к входу второго квадратора, выход первого задатчика соединен с.входом седьмого фильтра низкой частоты и через пятый фильтр низкой частоты с вторым входом пятого блока сравнения, выход первого датчика соединен с входом восьмого фильтра низ кой частоты и через шестой фильтр низкой частоты - с вторым входом седьмого блока сравнения, выход источника постоянного сигнала подключен через шестой блок сравнения к второму входу первого блока умножения, выход первого сумматора - к входу регистратора.