SU1287104A1 - Адаптивный регул тор с регулируемой обратной св зью - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к системам автоматического управлени  и может быть использовано рд автоматического регулировани  промышленных объектов, с запаздыванием и существенно измен ющимис  параметрами, С целью повышени  степени устойчиво-. сти и качества переходного процесса САУ объектами с запаздыванием, регул тор содержит основной контур, реализующий ШД закон регулировани , контур адаптации, формируннций автоматически измен емую (адаптируемую) часть коэффициента усилени  на основе сигналов ощибки регулировани  и ее реальной производной, и вновь введенный контур обратной св зи, регулируемой по выходному сигналу регул тора , а также первый, второй и третий переключатели, последовательно соединенные три линейных фильтра, второй блок умножени , блок запаздывани  и восьмой сумматор, седьмой сумматор, фильтр с переменной структурой , второй блок делени , шестой сумматор, второй усилитель, и усилитель с переменной структурой. 1 ил. (Л С

Description

1

Изобретение относитс  к системам автоматического управлени  и может быть использовано дл  автоматического регулировани  промышленных, в частности нефтеперерабатывающих и нефтехимических, объектов с запаздыванием , переходные процессы которых описываютс  передаточными функци ми вида:

W.i (Р) sn ,

где - коэффициент передачи объекта;

a.j, (,n) - параметры, характеризующие динамику объек

Т - посто нна  времени запаздывани ;

п - пор док объекта,  вл ющийс  конечным числом , которое практически в большинстве случаев не превышает 3, В процессе регулировани  параметра К коэффициент передачи объекта измен етс  в широком диапазоне:

tntn оо tncxx

Требуемое качество работы системы регулировани , заключающеес  в обеспечении оптимальной (предельной ) степени устойчивости и интег- рально-квадратической ошибки, в услови х изменени  параметра К достигаетс  за счет оптимальной компенсации вли ни  запаздывани  и автоматической адаптации параметров регул тора к измен ющимс  параметрам объекта и внешним возмущающим воздействи м.

Цель изобретени  - повышение устойчивости и точности, улучшаюшде качество переходного процесса регулировани  объектов с запаздыванием.

На чертеже изображена блок-схема регул тора.

Устройство содержит сумматоры 1-8, дифференциатор 9, первый 10 и второй 11 усилители, первый 12 и второй 13 блоки умножени , интегратор 14, первый 15 и второй 16 блоки вьщелени  модул , первый 17 и второ 18 фильтры с переменной структурой, первый 19 и второй 20 блоки делени  блок 21 изменени  структуры, усилитель 22, первый 23, второй 24 и третий 25 линейные фильтры, переключатели 26-28 и блок 29 запаздывани .

Регул тор реализует следующий закон управлени :

U(t) ((t))- (t)+Tg-(t) + + Г/ ((0) (0)+Т -е (0)1 dG.

(2) (3)

(4)

-и о

(t)x3(t)-x(t)-3e(t), e(t)y(t)-y(t-t),

K.S, (t)(t)n()U(t),,

P dt

Tg и T

где (t) - ошибка регулировани ; x(t)

и X (t) - соответственно регулируема  выходна  координата объекта и задание; t - врем ;

е - переменна  интегрировани ;

и Кд - соответственно посто нна  и автоматически измен ема  (адаптируема ) части коэффициента усилени  основного контура регул тора;

- соответственно посто нна  времени дифференци- ровани  и интегрировани ;

3e(t) - сигнал обратной св зи по выходному сигналу регул тора U(t);

Х - посто нна  времени блока запаздывани ;

п - количество последовательно соединенных фильтров, измен емое с помощью фильтров в пределах от 1 до 3;

j (. ; ,2,

3)- соответствующее посто нные времени линейных фильтров;

(t) - автоматически регулируемый коэффициент усилени  в цепи обратной св зи регул тора ,

Регул тор работает следующим образом .

Регулируемый выходной сигнал объекта x(t) и задание х (t) посту- пают на первый (минусовой) и второй (плюсовой) входы сумматора выходной сигнал (t) которого поступает на вход дифференциатора 9 и на вторые входы сумматоров 2 и 5,

31

Одновременно на третий (минусовой вход сумматора 1 поступает выходной сигнал контура обратной св зи регул тора . На выходе дифференциатора 9 фор1 руетс  реальна  производна 

сигнала (t), котора  поступает на первые входы второго 2 и п того 5 сумматоров. Выходной сигнал +Т второго сумматора 2, поступа  на вход первого усилител  10 и на пер- вый вход первого блока 12 умножени  умножаетс  соответственно на посто нную К и автоматически измен емую часть коэффициента усилени  К„(й), Одновременно на второй вход первого блока 12 умножени  поступает сигнал Ka(t) с выхода первого блока 19 делени  контура адаптации,

Выходные сигналы первого усилител  10 и первого блока 12 умножени  суммируютс  в третьем сумматоре 3, Выходной сигнал третьего сумматора

3,равный ((t))(e(t)+Tg.(t)). поступает на вход интегратора 14 и

на Первый вход четвертого сумматора

4,на второй вход которого подаетс  выходной сигнал интегратора. На выходе четвертого сумматора 4 формируетс  выходной сигнал регул тора U(t) которьй одновременно поступает на входы объекта регулировани  и контура обратной св зи,

В контуре адаптации на основе сигналов ошибки регулировани  и ее реальной производной формируетс 

автоматически измен ема  часть коэффициента усилени  регул тора: .

K,(t)

где

(,), (5)

Ul +ot

ot - мала  посто нна  величина ,, определ ема  из услови  физической реализуемости ;

Ф(,) - переменный масштабный коэффициент, определ емый в виде логической функции:

(Ч ,пpиf.g$0,g

,). ЛЬ

О , при f. , f Та-€-е

I

котора  реализуетс  с помощью п того сумматора 5, блока 21 изменени  структуры и усилител  22 с перемен- ной структурой;

и - соответственно максимальные значени  модул  ошибки и ее реальной производной, формируе044

мые в блоках 15 и 16 выделени  модул  и фильтрах 17 и 18 с переменной структурой по алгоритмам:

Т., iei . fT,,, при

т 1

Г11

Т, при( , Т, Т„

Тп/

ГТ„, при

(8)

при

, т,« т

11 22

где Tjj , ( l,2) - посто нные вре- мени фильтров 17 и 18 с переменной структурой.

Контур адаптации, содержащий сумматоры 5 и 6, блоки 15 и 16 выдепе- :ни  модул , фильтры 17 и 18 с переменной структурой, блок 19 делени , блок 21 изменени  структуры и усилитель 22 с переменной структурой , работает следукнцим образом,

Выходной сигнал первого сумматора 1 поступает на первый вход п того сумматора 5, на второй вход которого подаетс  сигнал с выхода дифференциатора 9, В п том сумматоре 5 формируетс  сигнал . Этот сигнал поступает на первый вход блока 21 изменени  структуры, на второй вход которого подаетс  сигнал § То-б+ с выхода второго сумматора 2, В блоке изменени  структуры 21 производитс  логическое умножение сигналов f и g. Одновременно входные сигналы первого сумматора 1 и дифференциатора 9 поступают на входы первого 15 и второго 16 блоков выделени  модул , на выходе которых формируютс  соответственно сигналы (| и , Выходные сигналы блоков 15 и 16 поступают на входы первого 17 и второго 18 фильтров с переменной структурой. При выбранном соотношении посто нных времеии Т и Т. , (,2) фильтры 17 и 18 оценивают максимальное значение модул  ош1бки и ее реальной производной |ё( в соответствии с алгоритмами (7) и (8), Выходные сигналы фильтров 17 и 18 поступают на первые входы первого блока 19 делени  и шестого сумматора 6, на второй вход которого подаетс  посто нна  величинаot.

Полученный на выходе шестого сумматора 6 сигнал, равный lf +d, поступает на второй вход блока 19 делени , на выходе которого формируетс  сигнал, равный ((/(./(+о(). Этот сигнал поступает на первый вход усилител  22 с переменной структурой. На основе выходного сигнала sign (f g) блока изменени  структуры , поступающего на второй вход усилител  22 с переменной структу рой, на усилителе 22 устанавливаетс  коэффициент усилени , равный Ч (при f.giO) или О при . На выходе усилител  с переменной структурой 22 формируетс  автоматически измен ема  часть коэффициента усилени  регул тора K(t), равна  f (€.) |ё| / () , котора  поступает на второй вход первого блока 12 умножени  основного контура,

В контуре обратной св зи на основе выходного сигнала пр мой цепи регул тора U(t) и сигналов контура адаптации |5(и lei формируютс  сигналы 9e(t), y(t), yCt-t) в соответ- ствии с (3), (4), оценки состо ни  управл емого объекта и автоматически регулируемый коэффициент усили  обратной св зи по алгоритму

)K(.i+iet)/(),

о (9)

где К - посто нный масштабный

коэффициент; (3 - посто нный коэффициент,

причем О р 1;

IEI и (1 - выходные сигналы фильтров 17 и 18 с переменной структурой, определ емые по (7) и (8).

Контур обратной св зи регул тора содержащий сумматоры 7 и 8, второй усилитель 11, второй блок 13 умножени , второй блок 20 делени , линейные фильтры 23-25, переключатели 26 28 и блок 29 запаздывани , работает следующим образом.

Выходной сигнал U(t) четвертого сумматора 4 поступает на вход последовательно соединенных линейных фильтров 23-25, на выходах которых формируютс  сигналы по алгоритмам:

TOBJ yj(t)+yj (t)yi., (t), - ,2,3,(10)

где y и у., (j l,2,3) - соответственно входные и выходные сигналы с|ильтров 23-25, причем у (t)U(t), Уд (t)y(t);

. - соответственно настроечные параметры фильтров 23-25,

Все выходные сигналы фильтров 23-25 через переключатели 26-28 поступают на первый вход блока 13 умножени , В зависимости от пор дка

объекта п, (,2,3) один из переключателей 23-25 находитс  во включенном положении и замыкает выход соответствующего фильтра с входом блока 13 умножени , а остальные пере ключатели наход тс  в разомкнутом положении. Поэтому между входом U(t) и выходом y(t) фильтров имеетс  следующа  зависимость:

Д(Т„.. . )-y(t)U(t),

п 1 ,2,3, р -,

Выходной сигнал фильтров y(t) в блоке 13 умножени  умножаетс  на

автоматически регулируемьм коэффициент усилени  обратной св зи (t)v На основе выходного сигнала первого 17 фильтра с переменной структурой 18/ , поступающего на первый вход

седьмого сумматора 7, на второй вход которого подаетс  посто нньй сигнал , в сумматоре 7 формируетс  сигнал, равный (p+lef).

Сигналы с выходов сумматоров 6

и 7 поступают на соответствующие входы второго блока 20 делени , на выходе которого формируетс  сигнал, равный (ciL+ttl)/( 1), Последний поступает на вход второго усилител 

11, в котором формируетс  автоматически регулируемый коэффициент усилени  обратной св зи (t) и поступает на второй вход блока 13 умножени . Выходной сигнал блока 13

умножени  поступает на входы блока 29 запаздывани  и первый вход восьмого сумматора 8, на второй (минусовой ) вход которого подаетс  сигнал с выхода блока запаздывани . На

выходе сумматора 8 формируетс  сиг- нал обратной св зи е (t), который поступает на третий (минусовой) вход сумматора 1 основного контура регул тора.

Предложенный регул тор в системе автоматического регулировани  парирует изменени  параметров коэффициента передачи объекта следующим образом .

7

В апериодических переходных процессах при увеличении (уменьшении) коэффициента передачи объекта система становитс  более быстрой

1287104

8

с переменной структурой Ч , при f.g i О, на О при . Поэтому в колебательном пе реходном процессе на промежутке времени t t,

fO

(медленной), вследствие чего (сог- 5 (,,0) значение автоматически изме

н емой части коэффициента усилени  равно соответствующей максимальной величине (так как в начале переходного процесса существенно больше |Ё ). Тем самым на интервале времени , переходного процесса регул тор быстро сводит ошибку к нулю, вследствие чего уменьшаетс  врем  регулировани .

Одновременно на начальном этапе переходного процесса системы регулируемый коэффициент обратной св - эи находитс  в окрестности минимального значени  (так как оценка существенно больше | ), На данном

ласно выражению (5)) значение автоматически измен емой части коэффициента усилени  регул тора уменьшаетс  (увеличиваетс ) по уровню, так как в течение всего времени переходного процесса выполн етс  условие f g iO. Причем одно- .временно в контуре обратной св зи осуществл етс  оценка изменени  - увеличени  (уменьшени ) коэффициента передачи объекта, вследствие чего увеличиваетс  значение (t) автоматически регулируемой обратной св зи.

На начальном этапе переходного процесса значение управлени  поддерживаетс  повышен лзш (по сравнению с прототипом), так как фильтры 17 и 18 с переменной структурой переключаютс  с посто нной времени Т. на

15

20

интервале времени t + А переходного

25

процесса выходной сигнал линейных фильтров также имеет низкий уровень (около О). Поэтому на начальном интервале времени регул тор быстро уменьшает ошибку, так как

л

(Т.Т ) и Т, на Т„, (Т,

12

-2/J

а сигнал обратной св зи регул тора оказываетс  пока несущественным в св зи с инерционностью линейных 4ильтров этого контура, С некоторого момента времени t, соответствующего окончанию начального этапа переходного процесса, увеличиваетс  сигнал обратной св зи, что уменьшает управление по уровню и на определенное врем  как бы поджидает реакцию объекта на предыдзпцее управление . Тем самым регул тор обеспечивает максимальную степень устойчивости системы автоматического управлени  в целом, В результате тако адаптации автоматически регулируемой обратной св зи и коэффициента усилени  регул тора также повьшаетс качество переходного процесса, в частности точность и быстродействие системы.

При колебательных переходных процессах автоматически измен ема  часть коэффициента уси лени  регул тора K(t) адаптируетс  как от изменени  оценки его фйзовых переменных и |( , так и от состо ни  системы , определ емой с помощью функции sing (f g). Производ  логическое умножение сигналов ё - и +, блок изменени  структуры определ ет необходимые, моменты переключени  коэффициента усилител 

8

с переменной структурой Ч , при f.g i О, на О при . Поэтому в колебательном пе реходном процессе на промежутке времени t t,

fO

15

20

интервале времени t + А переходного

процесса выходной сигнал линейных фильтров также имеет низкий уровень (около О). Поэтому на начальном интервале времени регул тор быстро уменьшает ошибку, так как

9e(t)e o,, при . но в

последующем регулируемый коэффициент обратной св зи (t) находитс  на номинальном уровне. Одновременно выходной сигнал линейных фильтров становитс  отличным от нул  и тем самым сигнал 3e(t) обратной св зи возрастает до соответствующего зна-

чени . Поэтому даже при f-g О управл ющий выходной сигнал U(t) регул тора уменьшаетс  по уровню на отрезках времени л переходного процесса системы. Таким образом, на отрезках времени регул тор как бы ожидает реакцию объекта на предыдущие значени  управлени . Таким образом, в целом система становитс  менее колебательной, т,е,

обеспечиваетс  увеличение степени устойчивости.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   50

   Адаптивный регул тор с регулируемой обратной св зью, содержащей последовательно соединенные первый сумматор, дифференциатор, второй сумматор, к второму входу которого 55 подсоединен вход дифференциатора, первый блок умножени , третий сумматор , второй вход которого подсоединен через первый усилитель с выходом второго сумматора, интегратор

   и четвертый сумматор, ко второму входу которого подсоединен вход интегратора , последовательно соединенные первый блок выделени  модул , вход которого подсоединен с выходом первого сумматора, первый (фильтр с переменной структурой и первьй блок делени , последовательно соединенные второй блок выделени  модул , вход которого подсоединен с выходом дифференциатора, второй фильтр с переменной структурой и шестой сумматор, выход которого подсоединен со вторым входом первого- блока делени , и последовательно соединенные п тый сумматор, первый и второй входы которого подсоединены соответственно с выходами первого сумматора и дифференциатора, и блок изменени  структуры, второй вход которого подсоединен с выходом второго сумматора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  устойчивости и качества переходного процесса, он содержит первый.

   .

   287104

   второй и третий переключатели, последовательно соединенные три линейных фильтра, второй блок умножени , вход которого подсоединен через со5 ответствующие переключатели с выходами линейных фильтров, блока запаздывани  и восьмого сумматора, второй вход которого подсоединен с выходом второго блока умножени ,

   О а выход - с третьим входом первого сумматора, последовательно соединенг ные седьмой сумматор, вход которого соединен с выходом первого фильтра с переменной структурой, второй

   5 блок делени , первый вход которого подсоединен с выходом шестого сумматора , второй усилитель, выход кото- рого подсоединен со вторым входом второго блока умножени , и усили20 тель с переменной структурой, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом первого блока делени  и с выходом блока

   изменени  структуры, а выход - со 25 вторым входом первого блока умножени .

   А(;

   Основной контур

   Контур регулируемой о5ратмой свйзи