SU1297008A1 - Адаптивна система регулировани нелинейного объекта,например,шахтной печи - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано дл  построени  систем регулировани  объектов у которых запаздывание зависит от величины управл ющего воздействи . Цель изобретени  состоит в повыщении точности регулировани . Сущность изобретени  заключаетс  в совместном запаздывающем восстановлении образцовых управл ющего воздействи  и времени запаздывани  с помощью первого 4 и второго 11 блоков регулируемого запаздывгни , шестого 5 блока сравнени , первого интегратора 6, первого 12 и второго 13 масштабирующих блоков, первого 14 и тре-тьего 20 источников посто нного сигнала, третьего 19, четвертого 17 и п того 16 блоков сравнени ,регул тора 18, блока 7 элементов за- держ} и, блока 8 интеграторов, первого блока 9 ключей, второго сумматора 20, блока 21 источников посто нных . сигналов, блока 22 элементов задержки , блока 23 компараторов с зоной нечувствительности, второго блока 24 ключей, задатчика 42, первого блока 41 сравнени , фильтра 40 низкой частоты , обратной модели 39 объекта без запаздывани , второго блока 38 сравнени . Определение рабочих управл юс S (Л с 3S-/1 ю со о. о 00 4 4г р.-.

Description

129

щих воздействий осуществл етс  путем экстрапол ции восстановленного образцового репюни  на интервал времени, соответствующий времени образцового запаздывани . Дл  этого используетс  экстрапол тор 37, второй блок 36 ключей , первый 35 сумматор. Управл ющее

t

Изобретение относитс  к автоматическому управлению и регулированию, в частности, к адаптивным системам регулировани , и может быть использовано дл  построени  систем регулировани  техническими объектами, которые описываютс  моделью в виде последовательного соединени  звена чистого запаздывани  и интегрального звена с отсечкой. Врем  чистого за- паздывани  и врем  отсе чки зависит от величины управл ющего воздействи . Объект подвержен вли нию неконтролируемых возмущений с нестационарными статистическими свойствами.

Примером такого рода объектов  вл ютс  проточные аппараты, в частности шахтна  печь дл  производства металлизированных окатышей. Регулирующим воздействием служит производи- тельность шахтной печи, выходной (целевой ) переменной - степень металлизации готовых окатышей. Врем  нахождени  материалов в печи, определ емо как сумма времени запаздывани  и времени отсечки, зависит от производительности шахтной печи. Объект подвержен действию неконтролируемых возмущений , обусловленных, в частности, изменени ми свойств шихты и характеристик газовых потоков.

Цель изобретени  - повьпдение точности регулировани .

На чертеже приведена блок-схема адаптивной системы регулировани  нелинейного объекта, например шахтной печи.

Адаптивна  система регулировани  нелинейного объекта, например шахтной печи содержит исполнительный орган 1, объект 2 регулировани ,датчик 3 управл ющего воздействи , первый блок 4 регулируемого запаздывани .

воздействие через исполнительный орган 1 поступает на вход объекта 2 управлени  . Дл  контрол  входных и выходных переменных используетс  датчик 3 управл ющего воздействи  и датчик 5 выходной переменной. 1 ил.

шестой блок 5 сравнени , первый интегратор 6, блок 7 интеграторов,блок 8 элементов задержки, второй блок 9 ключей, второй сумматор 10, второй блок 11 регулируемого запаздывани , первый масштабируюодта блок 12, второй масштабирующий блок 13, первый источник 14 посто нного сигнала,датчик 15 выходной переменной 5 п тый блок 16 сравнени , четвертый блок 17 сравнени , регул тор 18, третий блок 19 сравнени , третий источник 20 посто нного сигнала, блок 21 источников посто нного сигнала, блок 22 элементов сравнени , блок 23 компараторов с зоной нечувствительности,блок 24 элементов определени  модул ,седьмой блок 25 сравнени , первый блок 26 умножени , блок 27 делени ,второй интегратор 28, блок 29 определени  знака, третий блок 30 умножени ,первый блок 31 определени  модул ,третий сумматор 32, второй источник 33 посто нного сигнала, второй блок 34 умножени , первый сумматор 35, первый блок 36 ключей., экстрапол тор 37, второй блок 38 сравнени , обратную модель.39 объекта без запаздывани , фильтр 40 низкой частоты, первый блок 41 сравнени , задатчик 42.

На чертеже обозначено; U(t) - управл ющее воздействие, y(t) - выходна  переменна ; t , t - образцовое и фактическое врем  нахождени  материала в шахтной печи; - оценка восстановленного образцового управл ющего воздействи .

Фильтр 40 низкой частоты выполнен в виде последовательно включенных блока сравнени , ограничител  и интегратора , выход которого соединен с вторым входом блока сравнени  и  вл етс  выходом фильтра низкой часто

ты. Первый вход блока сравнение  вл етс  входом фильтра низкой частоты. Блок регулировани  с запаздыванием реализован на стандартных элементах и имеет два в-хода. Один из входов ус танавливает величину запаздывани . На второй вход поступает сигнал,который необходимо задержать на заданное врем  запаздывани .

Адаптивна  система регулировани  нелинейного объекта, например шахтной печи реализует следующие функции определение фактического времени задержки управл ющего воздействи  в специально организованном модельном контуре регулировани  и соответствующего этому времени фактического управл ющего воздействи  запаздывающее восстановление образцового управл ющего воздействи  и образцового времени запаздывани ; экстрапол ци  образцового управл ющего воздействи  на текущий момент времени; адаптаци  коэффициента зависимости времени запаздывани  от управл ющего воздействи .

Оценка образцового управл ющего воздействи  определ етс  по выражению

) uCt-t - y(t), (1)

к

оЕ

где U (t-tb)

Ьл

К

о5

оценка образцового управл ющего воздействи  ; - коэффициент усилени 

объекта регулировани  йу() - сглаженна  ошибка регулировани .

Дл  реализации выражени  (1) сигнал об измеренной величине выходной переменной y(t) с выхода датчика 15 выходной переменной подаетс  на вход первого блока 41 сравнени , где из него вычитаетс  сигнал о заданном значении выходной переменной y(t), поступающий с выхода задатчика 42. Сигнал об ошибке регулировани  подаетс  в фильтр 40 низкой частоты дл  подавлени  высокочастотных помех измерени . С выхода фильтра 40 низкой частоты сигнал о сглаженном значении ошибки регулировани  поступает на вход обратной модели 39 объекта без запаздывани , в качестве которой вз т коэффициент I/K усилени . На выходе обратной модели 39 объекта получают сигнал ikU(t) о корректиров

O

50

5

0

0

5

5

0

5

ке управл ющего воздействи ,который вычитаетс  во втором блоке 38 сравнени  из сигнала о фактическом значении управл ющего воздействи , задержанного на врем  т На выходе второго блока 38 сравнени  получают сигнал об образцовом управл ющем воздействии на момент t-t , где t -оценка образцового времени нахождени  материала в шахтной печи.

Образцовое врем  Т нахождени  материала в шахтной печи определ етс  по выражению

t4t) (t) - K(t)- &U(t), (2)

где (t) - фактическое врем  задержки управл ющего воздействи ;

K(t) - коэффициент зависимости времени задержки от величины управл ющего воздействи ;

&U(t) - корректировка управл ющего воздействи .

Дл  реализации выражени  (2) сначала оцениваетс  величина (t), что требует решение интегрального управлени  относительно одной измен ющейс  границы интегрировани . Это решение выполн етс  не вным образом с помощью модельного контура регулировани , включающего модель объекта с единичным коэффициентом усилени  (блоки 4,5,6 и 11), источники 14 и 20 посто нных сигналов, регул тор 18, блоки 17 и 19 сравнени  и масштабирующие блоки 12 и 13. С этой целью сигнал с выхода датчика 3 управл ющего воздействи  задерживаетс  на врем  t, (t) в первом блоке 4 регулируемого запаздывани  и еще на врем  t, (t) - во втором блоке 11 регулируемого запаздывани . В шестом блоке 5 сравнени  из выходного сигнала второго блока 11 регулируемого запаздывани  вычитаетс  выходной сигнал первого блока 4 регулируемого запаздывани . Полученный сигнал поступает на первый интегратор 6, на выходе которого получают сигнал об оценке, например, объема материала в печи.Эта оценка сравниваетс  с известным объемом , сигнал о котором идет с третьего источника 20 посто нного сигнала. Сигнал о полученной разности с выхода третьего блока 19 сравнени  подаетс  на вход регул тора 18, например , с пропорциональным законом регулировани , который вырабатывает регулирующее воздействие в масштабе времени нахождени  материала в печи. Величина коэффициента усилени  регул тора ., с пропорциональным законом регулировани  может быть определена по известным методикам.

Сигнал с выхода регул тора 18 вычитаетс  в четвертом блоке 17 сравнени  из сигнала о базовом значении t, поступающего с выхода первого источника 14 посто нного сигнала.На выходе четвертого блока 17 сравнени  получают сигнал о фактическом значении времени нахождени  материала 1

(t) в шахтной печи. Сигнал о фактическом значении Т (t) времени нахождени  материала в шахтной печи поступает на вход п того блока 16 сравнени , где из него вычитаетс  сигнал U U(t) о корректировке управл ющего воздействи , поступающий с выхода второго блока 34 умножени .

На выходе п того блока 16 сравнени  получают сигнал об оценке образцового значени  L (с) времени нахождени  материала в шахтной печи. На вход второго блока 34 умножени  поступает сигнал (U(t), который умножаетс  на адаптируемый коэффициент K(t). Тем самым сигнал AU(t) пересчитываетс  в сигнал об изменении времени нахождени  материала в печи. Адаптаци  коэффициента K(t) осуществл етс  по выражению

1

K(t)

-Т

(3), 0

t.(e) - K(G)-U(G)-Sign U(Q) IU(0)1

dQ,

где T - посто нна  времени интегрировани  J

0 - переменна  интегрировани , ji - посто нный коэффициент,подбираемый в процессе настрой- ки системы.

Дл  реализации выражени  (3) сигнал с выхода первого сумматора 10 поступает на входы первого блока 29 определени  знака, третьего блока 30 умножени  и первого блока 31 определени  модул . На второй вход третьего блока 30 умножени  поступает сиг

нал о текущем значении K(t) с выхода второго viHTerpaTopa 28. Си гнал с выхода третьего блока 30 умножени  сравниваетс  в седьмом блоке 25 сравнени  с сигналом о фактическом t (t) времени нахождени  материала в шахтной печи. Сигнал о полученной разности с выхода седьмого блока 25 сравнени  поступает на вход первого блока 26 умножени . На второй вход первого блока 26 умножени  поступает сигнал о знаке фактического управл ющего воздействи г на момент времени t-1: с выхода блока 29 определени  знака. В блоке 29 определени  знака реализуетс  функци  вида

20

S(t)

+ 1, если U(t-t) , 0, .-1, если U(t-t) 0

5

0

5

0

5

0

Выходной сиги т блока 31 определени  модул  суммируетс  во втором сумматоре 32 с выходным сигналом о величине у с выхода второго источника 33 посто нного сигнала. В блоке 27 делени  сигнал с выхода первого блока 26 умножени  делитс  на сигнал с выхода второго сумматора 32. Сигнал с выхода блока 27 делени  поступает на вход второго интегратора, на выходе которого получают сигнал о текущем значении коэффициента K(t).

Дл  определени  фактического управлени , задержанного на образцовое врем  C (t) нахождени  материала в шахтной печи, сигнал с выхода датчика 3 управл ющего воздействи  о фактическом управл ющем воздействии U(t) поступает на входы интеграторов 7-1, 7-2,,..,7-п блока 7 интеграторов, в которых осуществл етс  интегрирование сигнала о фактическом управлении U(t;

соответственно на интервалах

г « h ut г

гч, мин

S

-1-л t.

где

л. мин

-2 , -а -г. па 10-15 выб(раетс  .экспериментальным путем.

Сигналы с выходов интеграторов поступают на соответствующие входы элементов 8-1, 8-2,...,8-п задержки блока 8 элементов задержки, где задерживаютс 

s-MHH

t-uc

соответственно на врем 

мин

L , :HTUL,

5

, , -1 1,-. , .- .,. Таким образом, на входы ключей 9-1, 9-2,...,9-п второго блока 9 ключей поступают сигналы о фактических управл ющих воздействи х, задержанных соответственно на врем  1, ,. ..,.К. выходу второго сумматора 10 подключаетс  выход того из блоков 8 задержки, врем  задержки которого наиболее соответствует вре- менй Ь (t). Дл  этого сигнал ot (t) с выхода п того блока 16 сравнени  поступает на вторые входы элементов 22-1, 22-2,...,22-п сравнени  блока 22 элементов сравнени , на первые входы которых поступают сигналы с выходов источников 20-1, 20-2,,..,20-п посто нных сигналов.

Сигналы о полученных разност х поступают на входы компараторов 23-1, 23-2,...,23-п с зоной нечувствительности блока 23 компараторов, закон функционировани  которых задан в виде

8

1, если Tj - Т -& L(tj О, если - Т -1, если Т. - ,

где S - заданна  величина, выбираема  из требуемой точности расчетов Сигналы с выходов компараторов 23-1, 23-2,...,23-п с зоной нечувствительности через элемент 24-1, 24-2,... ..., 24- п определени  модулей блока 24 элементов определени  модулей подают-- 0 с  на управл ющие входы ключей 9-1, 9-2,...,9-п второго блока 9 ключей.

Ключи работают следующим образом.

При поступлении на управл ющий вход ключа сигнала L(t) О ключ за- 35 мыкаетс  и на вход второго сумматора 10 поступает сигнал о фактическом управл ющем воздействии, задержанном на врем  Т (t). При поступлении на

При поступлении на управл ющий вход ключа сигнала L(t) 0 ключ замыкаетс  и на вход первого сумматора 35 поступает сигнал об экстраполированном значении U(t) образцового управл ющего воздействи . При поступлении на управл ющий вход ключа сигнала L(t)1 ключ размыкаетс  и на выход первого сумматора 35 поступает сигнал равный нулю. Таким образом, на выходе 25 первого сумматора 35 пол чают сигнал U (t) об экстраполированном значении образцового управл ющего воздействи , который идет на исполнительный орган 1.

20

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Адаптивна  система регулировани  нелинейного объекта, например шахтной печи, содержаща  задатчик, датчик управл ющего воздействи , последовательно соединенные исполнительный орган, объект регулировани , датчик выходной переменной, первый блок сравнени , фильтр низкой частоты, обратуправл ющий вход ключа сигнала L(t)l40 модель объекта без запаздывани , размыкаетс . Сигнал с выхода второй блок сравнени  и экстрапол тор , причем вход исполнительного органа соединен с входом датчика управключ

   первого сумматора 10 поступает на второ й вход второго блока 38 сравнени , на входе которого получают сигнал об образцовом управл ющем воздействии U (t )).

   Сигнал об экстраполированном значении U (t) образцового управл ющего воздействи  на текущий момент времени формируетс  следующим образом.

   Экстрапол тор 37 осуществл ет экстрапол цию оценок идеального управл ющего воздействи  U (t-T ;Ha интерт-мин 4. А г г ВаЛЫС, L ,tl- + Л I-, ... , S v,-

   t-n. дТ , I fls Дл шаг дискретизации интервала возможных значений Ч Таким образом, на выходе экстрапо- л тора имеетс  п экстраполир9ванных

   45

   50

   55

   л ющего воздействи , второй вход первого блока сравнени  соединен с выходом задатчика, отличающа - с   тем, что, с целью повышени  точности регулировани , в нее введены первый и второй источники посто нного сигнала, первый сумматор, блок определени  знака, первый блок ключей, последовательно соединенные блок интеграторов , блок элементов задержки и второй блок ключей, последовательно соединенные блок источников посто нного сигнала, блок элементов сравне- ни  , блок компараторов с зоной не- чувствительности и блок элементов оп.

   значений U t-rb +t,) i o (, +лГ) ,... . .., и (t-t ;, которые поступают на информационные входы соответствующих ключей 36-1,36-2,...,3б-п первого блока ключей.На управл ющие входы ключей 36-1,36-2,...,36-п поступают сигналы с элементов 24-1,24-2,... ...,24-п определени  модулей блока 24 элементов определени  модул . Работа ключей 36-1, 36-2,...,36-п первого блока 36 ключей аналогична работе ключей 9-1, 9-2,...,9-п второго блока 9 ключей.

   При поступлении на управл ющий вход ключа сигнала L(t) 0 ключ замыкаетс  и на вход первого сумматора 35 поступает сигнал об экстраполированном значении U(t) образцового управл ющего воздействи . При поступлении на управл ющий вход ключа сигнала L(t)1 ключ размыкаетс  и на выход первого сумматора 35 поступает сигнал равный нулю. Таким образом, на выходе первого сумматора 35 пол чают сигнал U (t) об экстраполированном значении образцового управл ющего воздействи , который идет на исполнительный орган 1.

   Формула изобретени 

   Адаптивна  система регулировани  нелинейного объекта, например шахтной печи, содержаща  задатчик, датчик управл ющего воздействи , последовательно соединенные исполнительный орган, объект регулировани , датчик выходной переменной, первый блок сравнени , фильтр низкой частоты, обрат модель объекта без запаздывани , второй блок сравнени  и экстрапол 

   л ющего воздействи , второй вход первого блока сравнени  соединен с выходом задатчика, отличающа - с   тем, что, с целью повышени  точности регулировани , в нее введены первый и второй источники посто нного сигнала, первый сумматор, блок определени  знака, первый блок ключей, последовательно соединенные блок интеграторов , блок элементов задержки и второй блок ключей, последовательно соединенные блок источников посто нного сигнала, блок элементов сравне- ни  , блок компараторов с зоной не- чувствительности и блок элементов оп.

   ределени  модул , последовательно соединенные третий источник посто нного сигнала, третий блок сравнени , регул тор, четвертый блок сравнени , п тый блок сравнени , последовательно соединенные первый масштабирующий блок, первый блок регулируемого запаздывани , шестой блок сравнени  и первый интегратор, последовательно соединенные второй масштабирующий блок и втор ой блок регулируемого запаздывани , последовательно соединенные седьмой блок сравнени , первый блок умножени , блок делени , второй интегратор и второй блок умножени , последовательно соединенные второй сумматор и третий блок умножени ,последовательно соединенные блок определени  модул  и третий сумматор, выход датчика управл ющего воздействи  соединен с входами второго сумматора , вторые входы элементов сравнени  блока элементов сравнени  соединены с выходом п того блока сравнени ,второй вход которого соединен с выходом второго блока умножени , второй вход которого соединен с выходом обратной модели объекта без запаздывани , выход первого блока регулируемого запаздывани  через второй блок регули

   Редактор И. Касарда Заказ 779/50

   Составитель А, Лащев

   Техред А.Кравчук Корректор А. Обручар

   Тираж 864 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. А/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна ,4

   0

   5

   0

   руемого запаздывани  соединен с вторым входом шестого блока сравнени , выход первого интегратора соединен с вторым входом третьего блока сравнени , выход первого источника посто нного сигнала соединен с вторым входом четвертого блока сравнени ,вы- ходы элементов определен1|  модул  блока элементов определени  модул  соединены с управл ющими входами ключей первого и второго блоков ключей, выходы экстрапол тора соединены с информационными входами первого блока ключей, выходы которых соединены с входами первого сумматора, выход которого соединен с входом исполнительного органа, вход третьего блока умножени  соединен с входами блока определени  знака и блока определени  модул  и вторым входом второго блока сравнени , выход второго источника посто нного сигнала соединен с вторым входом третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом блока делени , выход блока определени  знака соединен с вторым входом первого блока умножени , выход второго интегратора соединен с-вторым входом седьмого блока сравнени .