SU1149215A1 - Адаптивный регул тор - Google Patents

Abstract

АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий экстрапол тор, блок задержки , последовательно включенные первый блок сравнени , первый фильтр низкой частоты, первый пропорхщонально-интегральный блок, второй блок сравнени , первую модель объекта без запаздывани  и первый сумматор, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнени , выход зкстрапол тора подключен к выходу регул тора и через блок задержки к второму входу второго блока сравнени , первый вход регул тора соединен с вторым входом первого сумматора, второй вход - с вторым входом первого блока сравнени , отличающийс   тем, что, с целыо повьшени  точности регулировани , в него введены второй сумматор, втора  и треть  модели объекта без запазды-. ваци , первый и второй задатчики, последовательно включенные третий сумматор, второй фильтр низкой частоты , второй пропорционально-ин (Л тегральный блок, третий блок сравнени , первый интегратор,первый С блок определени  модул , четвертый блок сравнени  и первый ключ, последовательно включенные четвертый сумматор , третий фильтр низкой частоты, третий пропорционально-интегральный блок, п тый блок сравнени , второй интегратор, второй блок определени  модул , шестой блок сравнени  и второй ключ,причем первый вход второго сумматора соединен с выходом первого пропорционально-интегрального блока, второй вход - с выходом первого ключа , третий вход - с выходом второго ключа, а выход - с входом экстрапол тора , выход первого блока сравнени  подключен к первому входу третьего сумматора, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, выход второго пропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом первого ключа и через вторую модель объекта без

Description

запаздывани  с вторым входом третьего сумматора, выход третьего пропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом второго ключа и через третью модель объекта без запаздьюани  с вторым входом четвертого сумматора, выходы

первого   второго интеграторов подключены к вторым входам соответственно третьего и п того блоков сравнени , выходы первого и второго задатчиков подключены к вторым входам соответственно четвертого и шестого блоков сравнени .

Изобретение относитс  к автомати ческому управлению и регулированию и может быть использовано дл  построени  систем управлени  техническими оЬъектамк, содержащими значительные запаздывани  и подверженных вли нию неконтролируемых возмущений с нестационарными свойствами . Предполагаетс , что динамика объекта по каналам регулировани  описываетс  передаточной функцией L(p) -Р ЩТ где Ь(р) и М(р) - полиномы от р, причем полином М(р) вьше первого пор дка, а степень полинома L(p) не превышает степень полинома М(р) - врем  запаздывани . Задача управлени  заключаетс  Б обеспечении ин вариантности регули руемой координаты от внешних воздей ствий. Известен регул тор дл  объектов с запаздыванием,содержащий последо вательно включенные первый блок сравнени , фильтр низкой частоты, обратную модель объекта без запаздывани , второй блок сравнени , экстрапол тор и блок задержки выход которого подключен к второму входу второго блока сравнени  ij . Недостаток этого регул тора заключаетс  в низкой точности регу лировани , обусловленной наличием обратной модели объекта без запаздьшани . Наиболее близким к предлагаемом „  вл етс  регул тор, содержащий посл довательно включенные первый блок сравнени , фильтр низкой частоты. пропорционально-интегральньй блок, зкстрапол тор, блок задержки, второй блок сравнени , модель объекта без запаздывани  и сумматор, выход которого подключен к первому входу первого блока сравнени , выход пропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом второго блока сравнени , первый вход регул тора соединен с вторым входом сумматора, второй вход - с вторым входом первого блока сравнени , выход экстрапол тора подключен к выходу регул тора. При работе этого регул тора с помощью, модели объекта без запаздывани  , пропорционально-интегрального блока, сумматора, фильтра низкой частоты, первого и второго блоков сравнени  производитс  не вное обращение модели объекта и определ етс  с запаздыванием оценка идеального управлени . Эта оценка экстраполируетс  на интервал времени запаздывани  , в результате чего получаетс  управление на текущий момент времени J2j. Недостаток известного регул тора низка  точность регулировани  из-за ошибок запаздьюающего оценивани  идеального управлени . Более точные оценки идеального зшравлени  при не вном обращении модели объекта можно получить путем увеличени  коэффициента усилени  пропорционально-интегрального блока. Однако дл  моделей объектов второго пор дка, включа  пор док дополнительного фильтра, большое увеличение коэффициента усилени  регул тора ведет к возможной неустойчивости замкнутого контура. J Цель изобретени  - повышение точности регулировани , Псставленнй  цель достигаетс  тем, что в рехул тор, содержащий экстрапол тор, блок задержки, после довательно включенные первый блок сравнени , первый фильтр низкой частоты, первьй пропорциональноинтегральный блок, второй блок срав нени , первую модель объекта без запаздывани  и первый сумматор,выход которого соединен с первым входом первого блока сравнени „ выход экстрапол тора подключен к выходу регул тора и через блок задержки к второму входу второго блока сравнени , введены второй сумматор, втора  и треть  модели объекта без запаздывани , первый и второй задатчики , последовательно включенные третий сумматор, второй фильтр низкой частоты, второй пропорционально-интегральный блок, третий блок сравнени , первый интегратор, первы блок определени  модул , четвертый блок сравнени  и первый ключ, после довательно включенные четвертый сумматор, третий фильтр низкой частоты , третий пропорционально-интегральньй блок, п тьй блок сравнени  второй интегратор, второй блок определени  модул , шестой блок сравнени  и второй ключ, причем первый вход второго сумматора соединен с выходом первого пропорционально-интегрального блока, второй вход с выходом первого ключа, третий вход - с выходом второго ключа, а выход - с входом экстрапол тора, выход первого блока сравнени  подкл чен к первому входу.третьего сумматора , выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора , выход второго пропорциональноинтегрального блока соединен с входом первого ключа и через вторую модель объекта без запаздывашш с- BfopHM входом третьего сум матора, выход третьего пропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом второго ключа и через третью модель объекта без запаздывани  с вторьм входом четвертого сумматора, выходы первого и вторсмго интеграторов подключены к вторым входам соответственного трет его и п того блоков сравнени , выходы первого и второго задатчйков 154 подютючены к вторым входам соответственно четвертого и шестого блоков сравнени . Точность регулировани  в предлагаемом регул торе повмааетс  за счет того, что ввод тс  корректировки оценки идеального управлени  в зависимости от нев зки заданного и модельного значений выходной переменной объекта управлени . Причем названные корректировки ввод тс  в том случае, когда их сглаженные значени  превышают заданную величину . На чертеже приведена блок-схема адаптивного регул тора. Адаптивный регул тор содержит первьй сумматор 1, первую модель 2 объекта без запаздывани , второй блок 3 сравнени , блок 4 задержки, первый блок 5 сравнени , первый фильтр б низкой частоты, первый пропорционально-интегральный блок 7, второй сумматор 8, экстрапол тсф 9, третий сумматор 10, вторую модель 11 объекта без запаздывани , первый задатчик 12, второй фильтр 13 низкой частоты, второй пропорциональноинтегральньй блок 14, третий блок 15 сравнени , первый интегратор 16, первый блок 17определени  модул , четвертый блок 18 сравнени , первый ключ 19, четвертый сумматор 20, третью модель 21 объекта без заиаздывани , второй задатчик 22, третий фильтр 23 низкой частоты, пропорционально-нйтегралышй блох 24, п тый блок 25. сравнени , второй интегратор 26, второй б ок 27 определени  модул , шестой б ок 28 сравнени  и второй кшхч. 29. При этом на схеме обоз {зчены выходной сигнал y{t) объекта зшравлени  (регулируема  координата), заданный сигнал y(t) (задание на регулируемую координату), управл ющий сигнал V(t). Модели 2,11 и 21 объекта без запаздьшанк  представлены, например, в виде последовательно соединенных инерционных звеньев СзЗ. Схема фильтров 6, 13 и 23 низкой частоты содержит ограничитель сигнала и интегратор, охваченные отридательной обратной св зью, и блоки адаптации зоны ограгшчени  и посто нной интегрировани  М. Пропорционально-интегральные (ПИ) блоки 75 14 и 24 содержат масштабирующий блок и интегратор, подключенные выходами к сумматору, выход которого  вл етс  выходом ПИ блока, вход 1Ш блока подключен к входу интегратора и масштабирующего блока. Экстр пол тор 9 представлен реальным форсирующим звеном, а ключи 19 и 29  вл ютс  замыкающими ключами З. Схема блоков 17 и 27 определени  мо дул  дана в . г цаптивнь й регул тор работает следующим образом. В первом сумматоре 1 выходдюй сигнал объекта управлени  алгебраически суммируетс  с выходным сигналом первой модели 2 объекта без за паздывани , в результате получаетс  выходной сигнал y(t) первого мо дельного контзфа регул фовани . Сиг нал y-(t) поступает на первый блок 5 сравнени , где из него вычитаетс  заданный сигнал y(t). Полученный сигнал идет на первый фильтр 6 низкой частоты, в котором срезаютс  отдельные большие выбросы и подавл  етс  высокочастотна  составл юща  сигнала, что повышает точность его дальнейшего преобразовани . С выхода первого ф1шьтра 6 низкой частоты сигнал поступает на первый пропорционально-интегральный блок 7 (пирегул тор первого модельного контура ) , на выходе которого получаетс  управл ющий сигнал V(t-C) первого модельного контура. Сигнал V (t-o)  вл етс  оценкой идеального управлени  на момент времени (t-o), т.е. такого управлени , которое надо реализовать дл  того, чтобы равенство y(t)y(t;) Настройки пи-регул тора первого модельного контура выбираютс  по из вестным методикам 5 из услови  обеспечени  устойчивости этого контура , что налагает ограничени  на величину коэффициента усилени  пи-регул тора. Это в свою очередь ведет к увеличению ошибки отслеживани  сигналом y(t) сигнала y(t), а следовательно, к ошибкам в определении V (t-C). Дл  уменьшени  оши бок в оценке ) сигнал об отключении ) y(t) -, y(t) с выхода первого блока 5 сравнени  подаетс , во второй модельньй контур регулировани , содержащий третий су1-1матор 10, вторую модель 11 объек 156 та без зайаздыва1ш , второй фильтр 13 низкой частоты и второй пропорционально-интегральный блок 14 (пи-регул тор второго модельного контура). Во втором модельном контуре на выходе ПИ-регул тора получаетс  корректировка 5v(t-) оценки V(t-t) из услови  равенства 6 (t) нулю. Дл  этого в третьем сумматоре 10 алгебраически суммируютс  сигналы с выходов первого блока 5 сравнени  и второй модели 11 объекта без запаздывани . Полученный сигнал поступает через второй фильтр 13 низкой частоты на вход второго пропорционально-интегрального блока 14, выходной сигнал Sv(t-o) которого идет на вход второй модели t1 объекта без запаздывани  . Корректировка Sv (t-t) учитываетс  в том случае, когда модуль ее сглаженного значени  превышает заданную величину. С этой целью выходной сигнал второго пропорциональноинтегрального блока 14 сглаживаетс  с помощью инерционного звена, реализованного на первом интеграторе 16, охваченнрм отрицательной обратной св зью (третий блок 15 сравнени ) . Выходной сигнал первого интегратора , 16 поступает через первый блок 17 определени  модул  на четвертый блок 18 сравнени , где из этого сигнала вычитаетс  выходной сигнал первого задатчика 12, С выхода четвертого блока 18 сравнени  сигнал подаетс  на первый управл юпщй вход первого ключа 19. Если сигнал имеет положительную величину, первый ключ 19 замыкаетс  и выходной сигнал 8 V (.t- второго пропорционально-интегрального блока 14 идет на второй вход второго сумматора 8. . Так же, как и во втором модельном контуре, определ етс  корректировка ) в третьем модельном контуре, содержащем четвертый сумматор 20, третью Модель 21 объекта без запаздывани , третий фильтр 23 низкой частоты и третий пропорционально-интегральный блок 25. Решение о необходимости учета корректировки S V (t-) принимаетс  по такому же правилу, что и дл  V (t-). С этой целью введены п тый блок 25 сравнени , второй интегратор 26,

71

второй блок 27 определени  модул , второй задатчик 22 и второй ключ 29.

По аналогии можно построить и большее количество модельных контуров . Их число диктуетс  пор дком моделей каналов регулировани  и тренда ошибок натурного регулировани  у(и) - y(t), мощностью измерительных помех и требуемой точностью оценивани  идеальных управлений. Настроечные параметры всех модельных контуров достаточно брать одинаковыми , что существенно упрощает наладку предлагаемого регул тора по сравнению со случаем, когда в модель ном контуре примен етс  более сложный , чем рекомендуемый, ПИ-регул тор .

Во втором сумматоре 8 алгебраически суммируютс  сигналы V(t-), Sv (t-J) и 8 (t-c) ,н в результате получаетс  сигнал V(t-t) со скорректированной оценке идеального управлени . Сигнал V(t-o) экстраполируетс  на интервал времени D экстрапол тором 9,выходной сигнал V(t) которого  вл етс  выходным сигналом регул тора.Сигнал V(t) пода етс  также через блок 4 задержки на второй зход второго блока 3 сравнени , где вычитаетс  из сигнала

492158

V(t-), пр1гшедгаего с выхода первого пропорционально-интегрального блока 7. Полу- еннь й сигнал о разности V(t-t) - VCt-) подаетс  через первую модель 2 объекта без запаздывани  на первый вход первого сумматора 1 и, таким образом, получаетс  замкнутый первый контур модельного регулировани .

Использование предлагаемого адаптивного регул тора по сравнению с известным позвол ет повысить точность воспроизведени  задани  в 15 результате более точного получени  оценок идеальных управлений, что достигаетс  за счет структуры регул тора , содержащей несколько модельнйх контуров регулировани . Иа20 турно-модельные испытани  системы управлеш-1  тепловым и шлаковым режимом доменной печи показали, что степень стабилизации химического чугуна и шлака повьппаетс  в среднем

5 на 15-20% по сравнению с системой управлени , в которой примен лс  известный регул тор,Такое повышение степени стабилизации может дать экономический эффект пор дка

JO 300 тыс.руб. на доменную печь объемом 5000 м.

Claims (1)

1. АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий экстраполятор, блок задержки, последовательно включенные первый блок сравнения, первый фильтр низкой частоты, первый пропорционально-интегральный блок, второй блок сравнения, первую модель объекта без запаздывания и первый сумматор, выход которого соединен с первым входом первого блока’'сравнения, выход экстраполятора подключен к выходу регулятора и через блок задержки к второму входу второго блока сравнения, первый вход регулятора соединен с вторым входом первого сумматора, второй вход - с вторым входом первого блока сравнения, отличающий-* с я тем, что, с целые повышения точности регулирования, в него введены второй сумматор, вторая и третья модели объекта без запаэды-. вания, первый и второй задатчики, последовательно включенные третий сумматор, второй фильтр низкой частоты, второй пропорционально-интегральный блок, третий блок сравнения, первый интегратор,первый блок определения модуля, четвертый блок сравнения и первый ключ, последовательно включенные четвертый сумматор, третий фильтр низкой частоты, третий пропорционально-интегральный блок, пятый блок сравнения, второй интегратор, второй блок определения модуля, шестой блок сравнения и второй ключ,причем первый вход второго сумматора соединен с выходом первого пропорционально-интегрального блока, второй вход - с выходом первого ключа, третий вход - с выходом второго ключа, а выход - с входом экстраполятора, выход первого блока сравнения подключен к первому входу третьего сумматора, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, выход второго пропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом первого ключа и через вторую модель объекта без запаздывания с вторым входом третьего сумматора, выход третьего пропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом второго ключа и через третью модель объекта без запаздывания с вторым входом четвертого сумматора, выходы первого и второго интеграторов подключены к вторым входам соответственно третьего и пятого блоков сравнения, выходы первого и второго задатчиков подключены к вторым входам соответственно четвертого и шее того блоков сравнения.