SU1173390A1

SU1173390A1 - Self-adjusting system of automatic control of lagging objects

Info

Publication number: SU1173390A1
Application number: SU813238846A
Authority: SU
Inventors: Валерий Федорович Лубенцов; Артем Вартанович Бабаянц; Надырбек Рустамбекович Юсупбеков
Original assignee: Грозненское Научно-Производственное Объединение "Промавтоматика"
Priority date: 1981-01-19
Filing date: 1981-01-19
Publication date: 1985-08-15

Abstract

САМОНАСТРАИВАЩАЯСЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ, содержаща обратную модель объекта без запаздывани , последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, дифференциатор, функциональный преобразователь , релейный элемент. ключ, второй сумматор, усилитель, регул тор, блок умножени , третий сумматор и объект управлени , выход регул тора соединен со вторым входом -третьего сумматора, выход первого сумматора соединен со вторыми входами второго сумматора, функционального преобразовател и ключа, а второй вход блока умножени соединен с выходом первого интегратора, вход которого соединен с выходом блока знакового умножени , отличающа с тем, что, с целью повьшени точI ности системы, она содержит последовательно соединенные блок коррек (Л ции, четвертый сумматор, второй с интегратор и п тьй сумматор, второй вход которого соединен с выходом .объекта управлени , а выход через Обратную модель объекта без запаздывани соединен со вторыми входами первого и четвертого сумматоров, первый вход блока знакового умносо , жени соединен с выходом четвертого 00 со сумматора, а второй вход -- с выхо-дом регул тора и входом блока кор рекции.SELF-SETTING AUTOMATIC CONTROL SYSTEM FOR OBJECTS WITH LATE, containing the inverse model of the object without delay, serially connected unit, first adder, differentiator, functional converter, relay element. key, second adder, amplifier, controller, multiplier, third adder and control object; controller output is connected to the second input of the third adder, the output of the first adder is connected to the second inputs of the second adder, functional converter and key, and the second input of the multiplication unit connected to the output of the first integrator, the input of which is connected to the output of the sign multiplication unit, characterized in that, in order to improve the accuracy of the system, it contains series-connected corrective blocks (Li, the fourth with an adder, a second with an integrator, and a five adder, the second input of which is connected to the output of the control object, and the output through the Inverse object model without delay is connected to the second inputs of the first and fourth adders, the first input of the sign multiplier, adder, and the second input - from the output of the controller and the input of the correction block.

Description

Изобретение относитс к самонастраивающимс системам управлени и может быть использовано в системах азтоматического управлени объектами с переменными параметрами и запаздыванием в химико-фармацевтической , микробиологической, пищевой , химической и других отрасл х промьгашенности. Известна система автоматического управлени дл нестационарных объек тов, содержаща основной контур управлени , который включает измеритель сигнала рассогласовани , на первый вход которого подаетс сигна задани , а на второй - инвертированный сигнал с выхода объекта через параллельное корректирукмцее зве но, последовательное корректирующее звено, вход которого соединен с выходом измерител рассогласовани , а выход подключен к первому входу блока умножени и к входу первого сумматора, другой вход которого сое динен с выходом блока умножени , вы ход первого сумматора подключен к входу объекта управлени , и дополни тельный контур управлени , включающий модель-эталон, на вход которой подаетс сигнал с выхода последовательдо корректирующего звена, выход модели подключен к .первому входу второго сумматора, на второй вход к торюго поступает инвертированный сигнал с выхода объекта управлени через звено согласующее выход объек та управлени с выходом модели, и блок настройки, один вход которого соединен с выходом второго сумматор а другой вход - с выходом последова тельного корректирукнцего звена, вых блока подстройки подключен к второму входу блока умножени основного контура системы 1, Недостатком этой системы вл етс то, что в услови х нестабильности параметров динамических свойств объекта управлени с измен ющимс во времени запаздыванием качество у равлени резко снижаетс , поскольку операторы блоков дополнительного кон тура управлени системы вл ютс ли нейными и стационарными. Известен регул тор дл объектов с переменным запаздьшанием, содержа щий последовательно соединенные бло задани , первый сумматор и первый блок согласовани , ВЬРСОД которого подключен к первому входу второго сумматора, третий сумматор, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым блоком формировани установки и выходом второго блока согласовани , дифференциатор и второй блок формировани уставки, подключенные соответственно к первому и второму входам четвертого сумматора , переключатель, первый вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого сумматора и со вторым входом второго сумматора , выход которого подключен к интегратору , а также содержащий первый и второй блоки определени модул , первый и второй релейные элементы и инерционное звено, вход, первый и второй выходы которого соединены соответственно с выходом первого сумматора, входами первого и второго блоков определени модул , выходы которого подключены к входу второго блока согласовани к третьему входу третьего сумматора , выход которого через первый релейньА элемент подключен к входу дифференциатора, а выход четвертого сумматора через второй релейный элемент соединен с вторым входом переключател 2, Однако использование этого регул тора в системе дл управлени . инерционными объектами, характеризующимис нар ду с переменным чистым запаздыванием нестабильностью других параметров (коэффициента усилени , посто нных времени,приводит к снижению точности управлени . Наиболее близкой к предлагаемой вл етс самонастраивающа с систе 1а автоматического управлени дл объектов с запаздыванием, содержаща обратную модель объекта, последовательно соединенные задатчик , первый сумматор, дифференциатор , функциональный преобразователь , релейный элемент, ключ, второй сумматор, усилитель, регул тор, блок умножени , третий сумматор, подключенный выходом к входу объекта управлени , и последовательно соединенные блок знакового умножени и первый интегратор, подключенный выходом к второму входу блока умножени , соединенного входом с вторым входом третьего сумматора выход первого сумматора подключен к второму входу второго сумматора, к второму входу функционального пре образовател и к второму входу ключа СЗ. Недостаток известной системы дл управлени нестационарным объектом с измен ющимс запаздыванием заключаетс в невозможности точной реализации обратной модели объекта управлени , причем включение в контур системы, реализующий обратную модель, звена с посто нным запаздыванием вследствие повьшенной чувствительности системы к отклонению запаздывани от расчетного приводит к снижению точности управлени Цель изобретени - повьпиение точности системы. Цель достигаетс тем, что самонастраивающа с система автоматического управлени дл объектов с запаздыванием содержит последовательно соединенные блок коррекции, четвертый сумматор, второй интегратор и п тый сумматор, подключенный вторым входом к выходу объекта управлени , а выход - к входу обратной модели объекта, выход которой подключен к вторым входам перво го и четвертого сумматора, выход которого подключен к первому входу блока знакового умножени , соединен ного вторым входом с выходом регул тора и входом блока согласовани На. чертеже изображена блок-схема системы. На схеме обозначены задатчик 1 , первый сумматор 2, обратна модель 3 объекта, второй сумматор 4, объек управлени 5, второй интегратор 6, третий сумматор 7, блок 8 коррекции регул тор 9, п тый сумматор 10, блок умножени 11, первый интегратор . 12, блок 13 знакового- умножени , четвертый сумматор 14, дифференциатор 15, функциональньй преобразователь 16, релейный элемент 17, .ключ 18, усилитель 19 и f возмущающее воздействие. Передаточна функци обратной модели 3 объекта формируетс следую щим образом. Пусть объект управлени имеет пе редаточную функцию и ( Р) / , Wlpj Q- /у е () (1) 04 Обратна модель инерционной част« объекта управлени без запаздывани имеет передаточную функцию Vp)l74 1 i(p) котора практ 1чески нереализуема. Заменим ее функцией вида nj;) в,(р) где r n-m+l Выбором г обеспечиваетс реализуемость передаточной функции f3 J, Компенсаци действи на работу системы параметрических возмущений объекта управлени и внешних возмущений обеспечиваетс следующим образом. Введем обратную модель без запаздывани , имеющую передаточную функцию (3), в цепь обратной св зи системы управлени . Тогда передаточна функци участка вход объекта управлени - вход первого сумматора пример вид (операторы ) Р S(p) предполагаютс квазистационар . р) ,)ГР W,.«(p)W;,(pl - --- g n.(P)3a(p)3,(P) Ввод в систему блока 8 с оператором S..(p), имеющим пор док выше или равным избытку полюсов объекта управлени над его нул ми, позвол ет избежать получени производных высоких пор дков при реализации обратной модели объекта и обеспечивает получение сигнала рассогласовани между объектом управлени и его.моделью. Из (4 ) видно, что динамика эквивалентного объекта определ етс запаздыванием объекта и характеристикой стационарного оператора |/8,,(р). Равенство (4) получено из услови квазистационарности операторов R(p), QpCp). С учетом того, что системы управлени нестационарными объектами с запаздыванием характеризуютс низким критическим коэффициентом усилени , то необходимо в первую очередь компенсировать значительные изменени коэффициента усилени объекта, соответствующим образом измен величину управл ющего воздействи . Дополнительно учитыва , что объект управлени имеет неконтролируемое возмущение, аддитивно вли ющее на выходную величину, а также измен ющиес параметры инерционной части, привод щие к отклонению выходной величины модели, то их вли ние учитываетс (моделируетс ) ин тегратором в цепи обратной св зи обратной модели объекта. Таким образом, как следует из вышеописанного, вли ние измен ющих с параметров объекта может быть скорректировано.без непосредственного измерени текущих значений па раметров объекта управлени . Обозначив передаточную функцию регул тора (р), нелинейного корректирующего устройства f(f), при вьшолнении в системе услови (4) характеристическое уравнение замкнутой системы будет иметь вид и-(р) Wp(pb-P|4-r 0 (5) .Из выражени (5 ) видно, что на устойчивость системы существенное вли ние оказывает только запаздывание объекта управлени , поскольку характеристики остальнызГ звеньев системы(Wp(р) и Sr(p)) извес ны. Дл устойчивого и качественного поддержани требуемого режима на выходе системы в этом сггучае целесообразно прим--.нить нелинейную коррекцию. Эта коррекци выполн етс в системе при помощи нел нейного Корректирующего устройства с переменной структурой, цепь из блоков 5, 16, 17, 18, которое во врем переходного процесса в зависимости от знаков и соотношени сигнала рассогласовани и его перв производной вырабатываетс регулирующее воздействие, параметры кото рого завис т от времен запаздывани объекта. Система работает следующим образом . При отклонении выходной величи ны объекта управлени 5 от оптимального значени , задаваемого блоком задани 1, вызванного непре денными изменени ми параметров объ екта либо возмущением f, на выходе сумматора 2 возникает сигнал рассогласовани , который поступает на вход сумматора 4, на вход дифферен циатора 15, на один из входов функ ционального преобразовател 16 и ключа 18. Сигнал рассогласовачи и его производна , полученна на выходе дифференциатора 15, поступает на вход функционального преобразовател 16. Функциональный преобразователь 16 на Их основе образует сигнал ( - посто нный коэффициент ), поступающий на вход релейного элемента 17, который вьщел ет факт попадани изображающей точки в определенные секторы фазовой плоскости. Выходной сигнал релейного злемента 17 поступает на вход ключа 18, выходной сигнал которого У(б,6) поступает на вход сумматора 4, где складываетс с сигналом fj.., поступающим с выхода сумматора 2, причем %,ег{ в при r(i) уО , О при K(-t) 0. Выходной сигнал сумматора ju. V( i (f4.fQ - посто нный коэффициент j поступает на усилитель 19, коэффициент усилени которого К. Сигнал с выхода усилител 19 поступает на вход регул тора 9, формирующего на выходе управл ющее воздействие U(t), которое поступает на вход сумматора 7, и на один из входов блока умножени 11. Если переходный процесс на выходе объекта управлени 5 вызван возмуше нием и при этом параметры объекта остаютс посто нными, а значит параметры модели 3 соответствуют параметрам объекта управлени 5, то сигнал рассогласовани на выходе сумматора 10 равен нулю. Выходные сигналы блока 13, первого 6 и второго 12 интеграторов, вл ющихс исполнительными элементами контура самонастройки, также равны нулю. При этом выходной сигнал блока умножени I1, выходной сигнал сумматора 7 также равны нулю. При изменении параметров объекта управлени 5 на выходе сумматора 10 возникает рассогласование, которое поступает на вход интегратора 12 и через блок знакового умножени 13 на вход интегратора 6. Выходной сигнал интегратора 6 в этом случае поступает на вход блока умножени 11, с помощью/ которого измен етс величина управл ющего воздействи U(t), поступающего с выхода регул тора 9. Одновременно сигнал с выхода интегратора 12, обеспечивающего адди7The invention relates to self-adjusting control systems and can be used in systems for automatic control of objects with variable parameters and delays in chemical and pharmaceutical, microbiological, food, chemical and other industrial processes. A known automatic control system for non-stationary objects, comprising a main control loop, which includes an error signal meter, to the first input of which a reference signal is fed, and to the second - an inverted signal from the object's output through a parallel correction link, the serial link which is connected with the output of the error meter, and the output is connected to the first input of the multiplication unit and to the input of the first adder, the other input of which is connected to the output of the block multiplying, the output of the first adder is connected to the input of the control object, and an additional control loop, including the reference model, to the input of which a signal is output from the sequence of the correction link, the model output is connected to the first input of the second adder, to the second input to the second input an inverted signal from the output of the control object through a link, the matching output of the control object with the model output, and the tuner, one input of which is connected to the output of the second adder and the other input to the output of a successor of the corrective link, the output of the adjustment block is connected to the second input of the multiplication unit of the main circuit of the system 1. The disadvantage of this system is that under conditions of instability of the parameters of the dynamic properties of the control object with a time-varying delay, the control quality sharply decreases because the block operators The additional control loop of the system is linear and stationary. Known regulator for objects with variable delay, containing serially connected blocks of the task, the first adder and the first matching unit, the VARSOD of which is connected to the first input of the second adder, the third adder, the first and second inputs of which are connected respectively to the first unit of formation of the installation and the output of the second matching unit, differentiator and second setpoint shaping unit, connected respectively to the first and second inputs of the fourth adder, switch, first input and output of which It is connected respectively to the output of the first adder and to the second input of the second adder, the output of which is connected to the integrator, and also containing the first and second module definition units, the first and second relay elements and the inertial link, the input, the first and second outputs of which are connected respectively to the output the first adder, the inputs of the first and second block definition module, the outputs of which are connected to the input of the second matching unit to the third input of the third adder, the output of which through the first relay element m is connected to the input of a differentiator, a fourth adder output via the second relay element is connected to the second input of the switch 2, however, the use of the regulator in the system to control. inertial objects characterized by variable net delay instability of other parameters (gain, constant time, leads to a decrease in control accuracy. Closest to the proposed is self-adjusting automatic control system 1a for objects with delay, containing the inverse object model, sequentially connected master, first adder, differentiator, functional converter, relay element, key, second adder, amplifier, regulator, the multiplier, the third adder connected by the output to the input of the control object, and the sign multiplier unit and the first integrator connected by the output to the second input of the multiplication unit connected by the input to the second input of the third adder; the output of the first adder is connected to the second input of the second adder, to the second to the input of the functional converter and to the second input of the WN key. The disadvantage of the known system for controlling a non-stationary object with varying delay is impossible the exact implementation of the inverse model of the control object, and the inclusion of a link with a constant delay in the system’s contour, which implements the inverse model, due to the increased sensitivity of the system to the deviation of the delay from the calculated one leads to a decrease in control accuracy. The purpose of the invention is to increase the accuracy of the system. The goal is achieved by the fact that the self-adjusting automatic control system for objects with a delay contains a series-connected correction unit, a fourth adder, a second integrator, and a fifth adder connected by a second input to the output of the control object, and the output is to the input of the inverse model of the object whose output is connected to the second inputs of the first and fourth adder, the output of which is connected to the first input of the sign multiplication unit connected by the second input to the output of the controller and the input of the matching unit On. The drawing shows a block diagram of the system. The diagram shows the setting device 1, the first adder 2, the inverse model 3 of the object, the second adder 4, the control object 5, the second integrator 6, the third adder 7, the correction block 8, the regulator 9, the fifth adder 10, the multiplication unit 11, the first integrator. 12, a 13-sign multiplication unit, a fourth adder 14, a differentiator 15, a functional converter 16, a relay element 17, a switch 18, an amplifier 19 and a disturbing action. The transfer function of the inverse model 3 of the object is formed in the following way. Let the control object have a transfer function and (P) /, Wlpj Q- / y e () (1) 04 The inertial part model of the control object without delay has a transfer function Vp) l74 1 i (p) which is practically unrealizable. Replace it with a function of the form nj;) c, (p) where r n-m + l By choosing r, the realizability of the transfer function f3 J is ensured. Compensation of the effect on the system of parametric disturbances of the control object and external disturbances is provided as follows. We introduce the inverse model without delay, having the transfer function (3), into the feedback circuit of the control system. Then the transfer function of the input section of the control object — the input of the first adder — an example of the form (operators) P S (p) is assumed to be quasistationary. p),) GR W,. «(p) W;, (pl - g n. (P) 3a (p) 3, (P)) Enter block 8 with the operator S .. (p) into the system, having an order greater than or equal to the excess of the poles of the control object over its zeros, allows us to avoid deriving high-order derivatives when realizing the inverse model of the object and provides the error signal between the control object and its model. the object is determined by the object's delay and the characteristic of the stationary operator | / 8 ,, (р). Equality (4) is obtained from the condition of quasistationarity of the operator in R (p), QpCp). Taking into account the fact that control systems of non-stationary objects with a delay are characterized by a low critical gain factor, it is necessary first of all to compensate for significant changes in the gain factor of the object, accordingly changing the value of the control action. Additionally, taking into account that the control object has an uncontrolled perturbation that additively affects the output value, as well as varying parameters of the inertial part, leading to a deviation of the output value of the model, their influence is taken into account (modeled) by the integrator in the feedback circuit of the reverse model object. Thus, as follows from the above, the influence of the object parameters that change from the object can be corrected without directly measuring the current values of the parameters of the control object. Denoting the transfer function of the controller (p), the nonlinear correction device f (f), when executed in the system of conditions (4), the characteristic equation of the closed system will have the form and- (p) Wp (pb-P | 4-r 0 (5) It can be seen from expression (5) that only the latency of the control object has a significant effect on the stability of the system, since the characteristics of the rest of the system links (Wp (p) and Sr (p)) are known. To maintain the required output mode of the system in this case, it is advisable to note the non-linear corre This correction is performed in the system using a nonlinear correction device with a variable structure, a chain of blocks 5, 16, 17, 18, which during the transition process, depending on the signs and the ratio of the error signal and its first derivative, produces a regulating effect, the parameters of which depend on the object's lag time. The system works as follows. When the output value of the control object 5 deviates from the optimal value set by task 1, caused by uninterrupted changes of the object or perturbation f, the output of adder 2 generates a mismatch signal, which is fed to the input of adder 4, to the input of the differential 15, to one of the inputs of the functional converter 16 and the key 18. The mismatch signal and its derivative obtained the output of the differentiator 15, is fed to the input of the functional converter 16. The functional converter 16, on their basis, forms a signal (- a constant coefficient) fed to the input of the relay element 17, which detects the fact of mapping point in certain sectors of the phase plane. The output signal of the relay element 17 is fed to the input of the key 18, the output of which is U (b, 6) is fed to the input of the adder 4, where it is added to the signal fj .. coming from the output of the adder 2, and%, er {c at r (i ) VO, O with K (-t) 0. The output signal of the adder ju. V (i (f4.fQ - constant coefficient j goes to amplifier 19, the gain of which is K. The signal from the output of amplifier 19 goes to the input of the regulator 9, which forms the control action U (t) at the output, which goes to the input of the adder 7, and to one of the inputs of multiplication unit 11. If the transient at the output of the control object 5 is caused by vozmushenie and the parameters of the object remain constant, which means the parameters of model 3 correspond to the parameters of the control object 5, the error signal at the output of the adder 10 is zero. you the single signals of the block 13, the first 6 and the second integrator 12, which are the executive elements of the self-tuning loop, are also equal to 0. At the same time, the output signal of the multiplier I1, the output signal of the adder 7 is also equal to 0. When the parameters of the control object 5 change, the output of the adder 10 the error that goes to the input of the integrator 12 and through the sign multiplication unit 13 to the input of the integrator 6. The output signal of the integrator 6 in this case is fed to the input of the multiplication unit 11, with the help of which the value of y the control action U (t) coming from the output of the regulator 9. At the same time, the signal from the output of the integrator 12, providing addi

тивную коррекцию модели 3, поступает на один из входов сумматора 14, на другой вход которого поступает сигнал с выхода объекта управлени tive correction model 3, is fed to one of the inputs of the adder 14, the other input of which receives a signal from the output of the control object

Если измененное значение управл ющего воздействи обеспечивает требуемый выходной процесс системы при изменившихс параметрах объекта управлени 5, сигналы на выход сумматора 2 и 10 станов тс равными нулю.If the modified value of the control action provides the required output process of the system with the changed parameters of the control object 5, the signals at the output of the adder 2 and 10 become equal to zero.

Значени коэффициентов интеграторов 6 и 12 выбираютс с учетом скорости изменени параметров объекта управлени 5. Таким образом, чтобы скорость самонастройки была оптимальной. С помощью блока знакового умножени 13 обеспечиваетс независимость изменени величины управл ющего .воздействи U(t) от знака воздействи U(t), что сле33908The values of the integrator coefficients 6 and 12 are selected taking into account the rate of change of the parameters of the control object 5. Thus, the self-tuning speed is optimal. With the help of the sign multiplication unit 13, the change in the magnitude of the control U (t) is independent of the sign of the effect U (t), which is 33908

дует из услови устранени рассогласовани на выходе сумматора 10blows due to elimination of mismatch at the output of the adder 10

Таким образом,в предложенной системе обеспечиваетс снижение 5 чувствительности к изменени м параметров объекта управлени и к действующим на объект возмущени , что в свою очередь приводит к повышению качества регулировани технологических процессов.Thus, in the proposed system, 5 sensitivity is reduced to changes in the parameters of the control object and to disturbances acting on the object, which in turn leads to an increase in the quality of control of technological processes.

Использование изобретени дозволит за счет повьшени качества управлени , а именно точности под держани оптимальных режимов нестационарных процессов, например ферментации в химико-фармацевтической и микробиологической промышленности , снизить эксплуатационные затраты и повысить выход синтезируемого целевого продукта.The use of the invention will allow for improving the quality of control, namely, the accuracy of maintaining optimal modes of non-stationary processes, such as fermentation in the chemical, pharmaceutical and microbiological industries, to reduce operating costs and increase the yield of the synthesized target product.

Claims

SELF-ADJUSTABLE AUTOMATIC CONTROL SYSTEM FOR OBJECTS WITH DELAY, containing the reverse model of the object without delay, serially connected master, first adder, differentiator, functional converter, relay element, key, second adder, amplifier, regulator, multiplier and control unit, third output adder, multiplier and control unit, third output adder the controller is connected to the second input of the third adder, the output of the first adder is connected to the second inputs of the second adder, the functional converter of the key, and the second the swarm input of the multiplication unit is connected to the output of the first integrator, the input of which is connected to the output of the sign multiplication unit, characterized in that, in order to improve the accuracy of the system, it contains series-connected correction unit, a fourth adder, a second integrator and a fifth adder, the second input of which is connected with the output of the control object, and the output through the inverse model of the object without delay • connected to the second inputs of the first and fourth adders, the first input of the sign multiplication unit is connected to the output of the fourth first adder and the second input - to the regulator output and the input of the correction unit,

SU ... 1173390

11.73390