SU1348770A1 - Регул тор с переменной структурой - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматическому управлению и регулированию и Мбжет быть использовано дл  управлени  различными объектами с неопределенными или измен ющимис  в некоторой области параметрами. Целью изобретени   вл етс  повышение качества регулировани . Переменна  структура регул тора позвол ет реализовать два обобщенньк закона управлени : пропорциональный (П) пропорционально- интегральный (ПИ). Переход с одного . закона на другой осуществл етс  по величине квадратичной формы переменных состо ни  расширенного (за счет включени  интегратора) объекта управлени . В предлагаемом регул торе осуществл етс  компенсаци  скачков в управлении, возникающих при переходе с П- на пи-закон управлени . Компенсаци  производитс  путем автоматической установки соответствующих начальных условий на интеграторе. Регул тор обеспечивает в замкнутой системе заданные оценки качества, в acтнocти врем  переходных процессов и перерегулирование . 3 ил. (Л 00 4 00

Description

Изобретение относитс  к автомати- матическому управлению и регулированию и может быть использовано дл  управлени  различными объектами с измен ющимис  в ограниченной области параметрами.

Целью изобретени   вл етс  улучшение качества регулировани .

Сущность изобретени  заключаетс  в следующем.

Предлагаемый регул тор, как и прототип , работает в двух режимах: пропорциональном (П-режим) и пропорционально-интегральном (ПИ-режим). В соответствии с этим вырабатываютс  П- или пи-обобщенные законы регулировани . Обобщенность регулировани  заключаетс  в том, что сигналы управлени  формируютс  не только из сигнала ошибки между задающим воздействием и регулируемой величиной, но и на основании сигнала о векторе состо ни  управл емого объекта. Главное отличие предлагаемого регул тора заключаетс  в способе перехода с одного режима на другой. В прототипе при реализации обобщенного пропорционального регулировани  выходной сигнал U на объект управлени  формируетс  в виде линейных стационарных обратных св зей по состо ни м объекта управлени , т.е. , где - матрица-строка обратных св зей, х-п-мерный вектор состо ний объекта управ- ра) дл  обоих законов регулировани .

лени . Если сигнал ошибки становитс  меньшей заданной определенной величины с (etc), дополнительно к пропорциональному регул тору подключаетс  интeгpaJlьнa  часть, т.е.

t +К edt, где К - посто нньй коэфи в момент перехода с П-закона на пи-закон происходит автоматическа  компенсаци  выходного сигнала регул тора этой разностью. Компенсаци  40 осуществл етс  путем установки соответствующих начальных условий на включаемом интеграторе. В отличие от прототипа , в котором сигнал перехода с П-режима на ПИ-режим определ етс  по системе; g - входной, задающий сигнал величине ошибки е, в предлагаемом в регулируемой системе; у - выходна , изобретении сигнал перехода определ етс  по величине квадратичной форГ 7.1 Г Z. l

мы W PKj переменных вектора состо ни  расширенного объекта управле- gQ ни , где Z - выход интегратора. При этом учитываетс  вс  динамика поведени  объекта (не только ошибка, но и скорость ее изменени , ускорение и т.д.). Процесс перехода получаетс 

фициент; - ошибка в замкнутой

регулируема  величина замкнутой сие темы; tg - момент включени  интегратора; t - текущий момент времени. Коэффициенты матрицы К дл  режима

пропорционального регулировани  рассчитывают исход  из обеспечени  некоторого оптимального в прин том смысле качества переходных процессов Подключение в управление интегральной добавки хот  и повышает точность в установившемс  режиме, но в то же врем  ухуди1ает качество переходных процессов. В этом случае при расче планным , без возможных дл  прототипа перескоков назад, к пропорциональному закону в случае, если скорость изменени  ошибки направлена на увеличение ошибки.

те коэффициента К и матрицы обратных св зей предлагаетс  ввести в модель объекта управлени  интегральный элемент, т.е. расширить пор док объекта управлени  на единицу. Дл  расширенного объекта управлени  рассчитывают регул тор с новыми коэффициентами матрицы обратной св зи К, и коэффициентом К,, обеспечивающим заданное качество расширенного объекта управлени . Таким образом, в предлагаемом регул торе в режиме пропорционального регулировани  реализуетс  закон и,К„х, в режиме ПИ-регулировани 

- закон edt. При пере

ходе с П- на ПИ-закон коэффициенты матрицы Кр скачком мен ютс  на коэф- фициенты К„, . Следовательно, и управление , поступающее с выхода регул тора на объект, мен етс  скачком, что приводит обычно к нежелательным скачкам и в объекте управлени , поэтому предлагаетс  в момент перехо- да поддерживать равенство сигналов и и и, т.е. чтобы последнее значение выходного сигнала регул тора при пропорциональном регулировании равн лось первому значению выходного сигнала регул тора при ПИ-регулировании. Дл  этого в каждый момент времени вычисл етс  текуща  разность между управ- ЛЯЮ1ЦИМИ сигналами (выходами регул то

планным, без возможных дл  прототипа перескоков назад, к пропорциональному закону в случае, если скорость изменени  ошибки направлена на увеличение ошибки.

Если задать точность, обеспечиваемую регул тором, в виде скал рной величины д , равной значению квадратичной формы W в установившемс  режиме, то можно найти область начальных условий на вектор z,x в п+1-мерном пространстве, из которой ПИ-регул тор будет обеспечивать заданное качество процессов. Эта область задаетс  в

виДе выражени 

РТ41

xj xj

с, где с

const.

Когда величина W непрерывно вычисгул тора через первый вход переключател  7 выдаетс  сигнал пропорционального управлени  U, . Первый ключ 8 закрыт и сигнал на первом входе интегрирующего усилител  4 равен нулю. В этом случае сигнал на выходе интегрирующего усилител  4 устанавливаетс  равным сигналу начальных условий, поступающих на его второй вход с открытого в этом режиме второго ключа 9. Сигнал Z,проход щий на выход ключа 9 и далее на выход интегрирующего усилител  4, равен : ,-U.

л емой в регул торе квадратичной фор- 15 Эта разность непрерывно вырабатывает- мы становитс  меньше с, то регул тор переходит в режим ПИ-регулировани  (соответствует области малых отклонений от заданных значений регулируемой величины), при осуществл етс  20 П-закон регулировани .

Сущность изобретени  по сн етс  фиг. 1, 2 и 3, где обозначены первый формирователь 1, второй формировас  на выходе третьего сумматора 10. Сигнал Z с выхода интегрирующего усилител  4 поступает на второй вход второго сумматора 11, где складьюает- с  с сигналом Uj, с выхода формировател  I. Выходной сигнал сумматора II в этом случае равен U, так как U

2+Ui i и, .

Таким образом, в любой момент вре- тель 2, третий формирователь 3, интег-25мени при пропорциональном законе на рирующий усилитель 4, первый сумма-третьем входе переключател  7 присут- тор 5, релейный элемент 6, переключа-ствует сигнал, равный U,. При измене- тель 7, первый ключ 8, второй ключ 9, третий сумматор 10, второй сумматор I1. Остальные обозначени  соответ-30ратичной формы на выходе формироватении вектора состо ни  и сигнала z мен етс  по величине и сигнал квадствуют-упом нутым выше.

Регул тор работает следующим образом .

Сигналы, соответствующие текущим значени м вектора состо ни  х объекта управлени , поступают на первые п входов первого I, второго 2 и третьего 3 формирователей. На п+1-и вход формировател  3 поступает также сигнал z с выхода интегрирующего усилител  4.

Сигнал на выходе формировател  1 равен , а на выходе формировател  2 и,КрХ. Формирователь 3 формил  3. В момент, когда значение квадратичной формы W станет меньше с, срабатывает релейный элемент 6, переключа  закон регулировани  с пропор35 ционального на пропорционально-интегральный . Релейный элемент 6 отрицательным выходным сигналом закрьша- ет ключ 9, отключа  сигнал начальных условий на втором входе интегри40 рующего усилител  4, одновременно с этим открьшаетс  ключ 8, пропуска  сигнал ошибки на вход интегрирующего усилител  4. Усилитель 4 вьщает сигнал Z, пропорциональный уже интегра 3 Я50

рует квадратичную форму входных сиг- 45 У ошибки, с коэффициентом пропор- налов расширенного объекта управлени  циональности К. На сумматоре II происходит сложение сигналов z и U2

Сигнал с выхода сумматора 11 подаетс  на третий вход переключател  7. В режиме ПИ-регулировани  третий вход переключател  7 открыт, а первый вход закрыт управл ющим сигналом с выхода релейного элемента 6, поступающим на gg второй вход переключател  7. Поэто- . му на выход регул тора проходит сигt нал ,,х+К„ I edt, соответствующий

в виде

L Aj L J

Сигнал с выхода формировател  3 поступает на первый вход сумматора 5. Сумматор 5 производит сравнение этого сигнала с заданной величиной с, устанавливаемой на его втором входе. Допустим, что сигнал с выхода формировател  3 больше с, тогда релейньй элемент 6 выдает положительный сигнал , что соответствует работе регул тора в П-режиме. При таком сигнале с релейного элемента 6 на выходе ре

гул тора через первый вход переключател  7 выдаетс  сигнал пропорционального управлени  U, . Первый ключ 8 закрыт и сигнал на первом входе интегрирующего усилител  4 равен нулю. В этом случае сигнал на выходе интегрирующего усилител  4 устанавливаетс  равным сигналу начальных условий, поступающих на его второй вход с открытого в этом режиме второго ключа 9. Сигнал Z,проход щий на выход ключа 9 и далее на выход интегрирующего усилител  4, равен : ,-U.

Эта разность непрерывно вырабатывает-

Таким образом, в любой момент вре мени при пропорциональном законе на третьем входе переключател  7 присут ствует сигнал, равный U,. При измене ратичной формы на выходе формировате

нии вектора состо ни  и сигнала z мен етс  по величине и сигнал квадл  3. В момент, когда значение квадратичной формы W станет меньше с, срабатывает релейный элемент 6, переключа  закон регулировани  с пропор35 ционального на пропорционально-интегральный . Релейный элемент 6 отрицательным выходным сигналом закрьша- ет ключ 9, отключа  сигнал начальных условий на втором входе интегри40 рующего усилител  4, одновременно с этим открьшаетс  ключ 8, пропуска  сигнал ошибки на вход интегрирующего усилител  4. Усилитель 4 вьщает сигнал Z, пропорциональный уже интегра50

gg

пи-режиму. Если по каким-либо причинам (например, в результате действи  на OY большого возмущени  извне) величина сигнала W квадратичной формы с выхода формировател  3 резко возрастает и станет больше, то релейный элемент переключитс  и выдаст сигнал на переход регул тора в П-режим. В дальнейшем работа регул тора происходит как описано вьшге.

Предлагаемый регул тор позвол ет улучшить качество процессов регулировани  при переходе с одного закона управлени  на другой; устран ютс  скачки в сигнале управлени , вырабатываемом регул тором, и обеспечиваютс  заданные оценки качества даже при неопределенности параметров объекта управлени  или при изменении их в некоторой ограниченной области.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Регул тор с переменной структурой, содержащий датчик ошибки, интегрирующий усилитель, первый сумматор, выход которого через релейный элемент под

   3487706

   ключен к управл ющему входу первого ключа, первый формирователь, выхбд которого подключен к первому входу второго сумматора, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  качества регулировани , введены второй и третий формирователи, третий сумматор, второй ключ и переключа Q тель, выход второго формировател  подключен к первому входу переключател  и первому входу третьего сумматора , подключенного вторым входом к выходу первого формировател , а выходом - к входу второго ключа, управл ющий вход которого подключен к управл ющему входу переключател  и выходу релейного элемента, а выход - к первому входу интегрирующего усилител , вьЬсод которого соединен с вторым входом второго сумматора, подключенного выходом к второму входу переключател , и с входом третьего формировател , выход которого соеди25 нен с первым входом первого сумматора , выход первого ключа соединен с вторым входом интегрирующего усилител  , а вход - с выходом датчика ошибки .

   15

   20

   К ПК

   111

   X

   X -

   е-Р

   W

   Фие. f

   фиг. 2

   Составитель В. Кузин Редактор А. Маковска  Техред Л.Сердюкова

   Заказ 5186/45 Тираж 862Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

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

   фие. 3

   Корректор Г. Решетник