SU1388826A2

SU1388826A2 - Самонастраивающа с система комбинированного регулировани

Info

Publication number: SU1388826A2
Application number: SU864119123A
Authority: SU
Inventors: Владимир Геннадьевич Брусов; Евгений Александрович Сухарев; Юрий Владимирович Сметанин
Original assignee: Организация П/Я В-8413
Priority date: 1986-09-15
Filing date: 1986-09-15
Publication date: 1988-04-15

Abstract

Изобретение относитс к области самонастраивающихс систем автоматического управлени , может быть использовано дл управлени объектами в химической и других отрасл х промышленности и вл етс дополнительным изобретением к авт.св. № 1339494. Цель изобретени - повышение точности самонастраивающейс системы комбинированного регулировани при действии на объект управлени с нестационарной статической характеристикой возмущений значительной интенсивности . Система содержит измеритель рассогласовани 1, регул тор 2, сумматоры 3,4,5 и 6, объект управлени 7, датчик внешнего возмущени 8, блок самонастройки 9, корректирующий фильтр 10, компенсатор 11, включающий блок обратной модели, блоки умножени , сумматор, блок коррекции, интегратор, управл емый ключ, блок пам ти. Введение блока умножени с соответствующими св з ми позвол ет решить задачу адаптации коэффициента передачи блока обратной модели при действии на нестационарньй объект управлени 7 неконтролируемых воз- .мущений. 10 ил. i (Л

Description

СА5 00 00 00

го

05

.

у«;

го

. Изобретение : относитс к самонастраивающимс системам автоматического управлени и может быть использовано дл управлени .объектами в химической и других отрасл х промьшшенности.

Целью изобретени вл етс повышение точности системы при действии на объект управлени с нестационарн статической характеристикой возмущений значительной интенсивности.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемой самонастраивающейс системы комбинированного регулиро- вани ; на фиг,2 - структурна схема системы; на фиг.З - основные цепи компенсатора, снижающие чувствитель ность системы к неконтролируемым возмущени м; на фиг„4 - 6 - блок- схемы реализации обратной модели объекта; на фиг,7 - блок-схема реализации логических блоков системы на фиг,8 - блок-схема реализации операции интегрировани на скольз - щем интервале} на фиг,9 - принципиальна схема пневматического ПИ- регул тора; на фиг.10 - электрическа схема ПИД-регул тора.

Система (фиг,1 и 2) содержит из- меритель Г рассогласовани , регул тор 2, сумматоры 3 - 6,, объект 7 управлени , датчик 8 основного внешнего контролируемого возмущени , блок 9 самонастройки, корректирующи фильтр 10, компенсатор 11, блок 12 выделени модул , блок 13 дифференцировани , блок 14 выделени модул блок 15 дифференцировани , блок 16 выделени модул ,| логический блок 17, логический блок IBj, логически14 блок 19, логический блок 20, блок 21 вьщелени модул , блок 22 делени управл емый ключ 23, блок 24 пам ти блок 25 умножени ,, блок 26 задержки блок 27 обратной модели объекта, блок 28 умножени ,, блок 29 умножени сумматор 30, блок 31 коррекции, интегратор 32J управл емый ключ 33, блок 34 пам ти.

Блок-схемы реализации обратной мо дели объекта (фиг,4 - 6) содержат пропорциональные звень 35 и 36, инерционно-дифферениуарующее звено 37, сумматор 38, пропорциональное звено 39, инерционно-ди(})ференцирующее зве -но 40, сумматор 41, пропорциональное звено 42,. инерционно-дифференцирующее звено 43, сум1чатор 44, инерцион

5 20 25

ЗО Q , ., ,

35

, 50

55

ные звень 45-47, блок 48 дифференцировани , пропорциональное звено 49, .сумматор 50, блок 51 дифференцировани , пропорциональное звено 52, сумматор 53, блок 54 дифференцировани , пропорциональное зьено 55, сумматор 56, пропорциональное звено 57,

Блок-схема реализации логических блоков системы (фиг,7) содержит компаратор 58, управл емый ключ 59, компаратор 60, управл емый ключ 61, компаратор 62, управл емый ключ 63, компаратор 64, управл емый ключ 65,

Блок-схема операции интегрировани на скольз щем интервале (фиг,8) содержит блок 66 задержки, сумматор 67 и блок 68 инегрировани .

Принципиальна схема пневматического пи-регул тора (фиг.9) содержит злемент 69 сравнени , дроссельньй сумматор 70, элемент 71 сравнени , усилитель 72 мощности, элемент 73 сравнени , емкость 74, запорный клапан 75, отключающее реле 76,

На фиг,1-10 прин ты следующие обозначени ; Ay(t) - отклонение выходного сигнала от задани ; С - управл ющий сигнал; CQ - задание дл первого логического блока; С, - зада- .ние дл второго логического блока; С - задание дл третьего логического блока; Cj - задание дл четвертого логического блока; U,(t) - первый вьжодной сигнал регул тора; Un(t) - второй выходной сигнал регул тора (сигнал ПД-составл ющей закона регулировани ) ; Uj(t) - выходной сигнал разомкнутого контура; U(t) - совокупный управл ющий сигнал разомкнутого и замкнутого контуров управлени ; X (t) - основное контролируемое возмущение; X(t) - вход объекта по каналу.управлени ; y(t) - выход объекта; 6(t - выход обратной моде- - ли объекта; X(t) - выход второго блока умножени ; Xo(t) - выход третьего блока умножени ,(т,е, оценка входа объекта; X(t), полученна посредством обратной модели с использованием самонастройки коэффициента ее передачи ); f(t) - неконтролируемое возмущение; (t) - эквивалентное неконтролируемое возмущение, приведенное к объекта по каналу управлени ; f,(t) - вьпсод п того сумматора; f (t) - выход блока коррекции

ЭК&

(оценка эквивалентного неконтролируемого возмущени , приведенного к входу объекта по каналу управлени ); f(t) - усредненна на скольз щем интервале оценка f.Ct); fiCt) - вход второго блока пам ти; X,(t) - выход датчика основнот о внешнего возмущени ; .(t) - выходной сигнал блока 21; ) - выходной сигнал блока 12; jy,,(t) выходной сигнал блока 145 .5y.|-(t) - выходной сигнал блока 16; Р 5J, - сигнал, пропорциональный текущему значению регулируемого параметра; Рц командный сиг ал; Р J задание на регул тор ; ДД - регулируемый дроссель; ДИ - ре гулируемьй дроссель; Р а;,,.у - выходно сигнал регул тора; П - внешний перелючатель рода работы; Р; А - пейшмы работы регул тора Ручное Авто

Больше , Меньше - кнопки выбора знака приращени выходного сигнала в режиме ручного управлени и„ут напр жение внутреннего источника питани ; Р, Р,,, Рд - обмотки и контакты реле; Pv. , р резистор и конденсатор интегратора ручного управлени ; Ug, -U (-опорньге напр жени ; МКЛ-- модуль компенсации дрейфа; Д, - двухаиоднь:й стабилитрон; А, -А f - операционные интег- ралькые уси-т- тели; R у нысокоомный переменный резне/гор интегратора; Си - конденс; тор интегратора; U - выходной сигнал интегратора (И-сос- тавл юп(а ); К - общий .коэффициент пропорциональности регул тора; Uny., суммарный сигнал П,, И, Д-составл - ющих закона регулировани ; Кф, Сф - резистор и емкость апериодического звена (фильтра); U - сигнал-ограни читель выхода регул тора; Ugrp - выходной сигнал ограничител ; Д, Дэ диоды; Uf,,, U в сигналы ограниче ни выхода интегратора ручного управлени на нижнем и верхнем уровн L - сигнал рассогласовани заданно и текущего значени параметра; К, - электронный аналоговый ключ; S, - длительность интервала усреднени в блоке 321 f .(t-) - сигнал экг. запаздывающий на врем . Система состоит из разомкнутого контура управлени по возмущению, замкнутого контура по отклонению, цепей самонастройки разомкнутого контура, цепей расчета и компенсации эквивалентног о возмущени , приведенного к входу объекта по каналу управлени , цепей адаптации коэффи

Q 5

0

5

5 д . .с

0

5

циента усилени обратной модели объекта.

Основное внешнее возмущение X t) поступает на первый вход объекта 7 и вход датчика 8, На первый вход измерител 1 рассогласовани поступает з лаюпгее воздействие q(t). На третьи входь логических блоков 17-20 поступают сигналы защаний, соответст- зеппо, GO 5 С, С 2 и С, На первый Еход первого логического блока 17 подаетс управл ющий сигнал С, На третий вход объекта поступает неконт- pojinpyeMoe возмущение f(t). Замкнутый контур регулировани содержит последовптельно соединенные блоки 1, 2, 3; 6 и 7. охваченные отрица- обратной св зью. Разомкнутьй KOiii ур регулировани включав последовательно соединенные блоки 8, 10, Зз 6 и 7. Выходами замкнутого и ра зомк,нутого контура вл ютс соответственно сигналы U(t) и U,(t).

Нихге представлена последовательно работа разомкнутого, замкнутого контуров системы, а также работа компен- и цепей адаптации коэффициентов передачи разомкнутого контура и обратной модели объекта.

Разомкнутый контур работает следующим образом. В блоке 22 формируетс сигнал отношени величин, пропор- циональ; ых входным переменным, кото- рь.й через управл емый ключ 23 поступает в первый блок 24 пам ти. Сигналы , поступающие на первый и второй входы делител 22, пропорциональны на практике (применитепьно, например к области химической технологии) дозировкам соответственно реагента и сырь . Поэтому отношение сигналов, поступающее в первый блок 24 пам ти, пропорционально отношению дозировок реагента и сырь . Запись выходного сигнала блока 22 делени в блоке 24 пам ти производитс только в том случае, когда блок 9 самонастройки выдает управл юпщй сигнал С на открытие ключа 23. Выходной сигнал блока 24 пам ти поступает в блок 25 умножени , в котором формируетс выходной сигнал Uo(t) разомкнутого контура . Таким образом, выходной сигнал датчика 8 умножаетс в блоке 10 на некоторую величину (коэффициент передачи блока 10), котора между актами самонастройки корректирующего фршьтра 10 вл етс величиной посто нной и хранитс в блоке 24. При самонастройке блока 10 коэффициент передачи его измен етс скачкообразно , так как при наступлении состо ни квазистатики новое отношение входньк сигналов делител 22, пропорционально текущему соотношению дозировок реагента и сырь , пропускаетс через ключ 23 и запоминаетс в первом бло- ке 24 пам ти. При работе системы все изменени величины X(t) будут в определенном соотношении, равном коэффициенту передачи блока 10, отслеживатьс величиной U.j(t). Таким образом, корректирующий фильтр 10 представл ет собой пропорциональное звено с переменным коэффициентом передачи, которьй имеет кусочно- посто нный характер,

Блок 9 самонастройки работает следующим образомЛфиг„2), Блок 17 служит дл определени момента самонастройки , В блоках 18, 19 и 20 провер ютс услови квазистатики та управлени . Операции, выполн емые в блоках 17, 18, 19 и 20, описываютс соответственно формулами (1-4).

t:) Со;

с

ал

(2) (3)

(4)

Сумма сигналов U(l:;) и f g (t) представл ет собой реакцию замкнутого контура системы и цепей компенсации на действие всех ввдов возмущений, измен юпщх выход объекта. Если модуль указанной суммы сигналов, получаемый в блоке 16, превышает некоторую заданную величину Со (1) и при этом объект находитс в состо нии квазистатики, т,е, вьтолн ютс успо- ви (2,3,4), то управл ющий сигнал С проходит первый 17,, второй 18, третий 19, четвертый 20 логические блоки и поступает на управл ющие входы первого 23 и второго 33 управл емых ключей. Одновременно сигнал С поступает в регул тор 2, где обнул ет интегральную составл ющую скгна ла U(t), Пусть дл конкретности регул тор 2 реализует ПИД-закон регулировани , тогда

U,(t)B,dy(t)+Bj (Od

t -1+ В,

) dt

(5)

где В f Bj, Bj настраиваемые параметры регул тора, В результате акта самонастройки корректирующего фильтра 10 величина U(t) будет определ тьс следующей формулой:

U,(t)B,.y(t).-B3

(6)

Q , 0

5

0

5

0 5 0

Переход системь: в результате самонастройки корректирующего фильтра 10 на новое значение коэффициента его передачи, не вызывает возмущени входного сигнала X(t) объекта 7, При выполнении условий, провер емых в блоках 17, 18, 19 и 20 системы, сигнал С открывает ключ 23, в результате чего сигнал U(t) после суммировани с r(t) и вычитани из него в сумматоре 5 величины, определ емой выражением (6), проходит блок 22 делени , первый управл емый ключ 23, записываетс в блоке 24 пам ти, проходит первый блок 25 умножени и в виде сигнала U(t) поступает на второй вход первого сумматора 3, Операци обнулени И-составл ющей приведет к тому, что условие провер емое в первом логическом блоке 17, не будет выполн тьс , в результате чего сигнал С не пройдет логические блоки 17, 18, 19 и 20 и управл емый ключ 23 закроетс .

Таким образом, в первом блоке 24 пам ти будет записано новое значение коэффициента передачи корректирующего фильтра 10. При этом выходной сигнал и ,(t) регул тора 2 будет уменьшен, а выходной сигнал и i(t) разомнутого контура увеличен на И-составл ющую вькода регул тора, имевшую место в составе U,(t) перед моментом самонастройки . Второй выход и nftCt) рагу- л тора 2 определ етс выражением (6), т.е, представл ет собой ПД-составл ю- щую сигнала U,(t), Сигнал U(t) вычитаетс в сумматоре 5 из сигнала U(t). Этим исключаетс двойное суммирование 1Щ-составл ющей выхода регул тора 2 в сумматоре 3 и, следовательно , возмущение входа объекта. Цепь, св зывающа второй выход регул тора 2 с вторым входом сумматора 5, позвол ет повысить точность работы

системы за счет исключени возмущени входа объекта при адаптации фильтра 10, когда ПД-составл юща и(t) отлична от нул . При дальней- г шей работе величины U(t) и г (t) , как реакции соответственно замкнутого контура и цепей компенсации системы на отклонени y(t) от задани

будут измен тьс . Когда модуль ука- Ю занной суммы сигналов превзойдет заданную величину Ср, производитс анализ условий квазистатики объекта управлени . При наступлении квазистатичного состо ни выполн етс следую-15

щий акт адаптации фильтра 10. Величины С,

ч

С, вл ютс априорно настраиваемьми параметрами блока 9. Изменение величины выхода регул тора 2 с течением времени характеризует изменение динамических характеристик канала управлени И(ИЛИ) внешних условий функционировани системы. Величина модул суммы сигналов U(t) и г (t) в состо нии квазистатики объекта 7 характеризует степень несоответстви управл ющего сигнала X(t) величине основного контролируемого возмущени X,(t) в текущих услови х функционировани системы . В результате самонастройки фильтра 10 повышаетс качество компенсации на входе объекта возмущени X .j(t) и, следовательно, качество работы всей системы в целом, так как часть возмущений, котора до этого проходила через объект, увеличивала дисперсию выходного параметра и нагружала обратную св зь, будет скомпенсирована на его входе.

Компенсатор 11 работает следующим образом.

Компенсатор 11 предназначен дл определени и компенсации эквивалентного возмущени , приведенного к.входу объекта по каналу управлени . Цепи компенсатора, изображенные совместно с замкнутым контуром управлени (фиг.З), включает в себ блоки 26, 27, 30 и 31. Они вл ютс основой компенсатора (фиг.1 и 2) и в них выполн етс следующее: восстанавливаетс посредством блока 27 обратной модели вход объекта 7 из выходного сигнала объекта y(t), опреде.

20

25

30

35

40

45

50

Блок 28 умножени служит дл получе- ни из M(t) оценки входного воздействи X(t) объекта 7.

Св зь блока 32 с сумматором 5 служит дл использовани f(t) (скольз щего среднего оценки эквивалентного возмущени ) при адаптации коэффициента передачи корректирующего фильтра 10. Учет сигнала f(t), вл ющегос составной частью реакции объекта -на все виды действующих на его выход возмущений, позвол ет повысить качество адаптации коэффициента передачи разомкнутого контура.

Цепь, включающа блоки 33 и 34, предназначена дл образовани второго канала прохождени сигнала f(t) с целью исключени при самонастройке блока 10 возмущени их входа объекта Св зь выхода блока 31 коррекции с входом сумматора 4 предназначена дл использовани оценки эквивалентного возмущени f ) при определении необходимого услови адаптации, провер емого в блоке 17, (фиг,2). Эта св зь необходима, так как (t) вл етс составной частью сигнала оперативной реакции цепей системы на изменени выхода объекта.

Ниже приведено обоснование введени блока 29 умножени в состав компенсатора 11,

Прин ты следующие обозначени :

ti

t,4,два последовательных момента квазистатики объекта 7 (фиг,1 и 2), в которые происходит самонастройка фильтра 10, K,fi(t,.), (t.l Kp.Ct:.), К p,(t,.,,), K(ti), Kф(t,.,) «rf « ,--- - - - - , f - i . , - ff Y 1 KK T I T (

л етс разность действительного 5{(t) коэффициенты передачи объекта 7, раи восстановленного X(t) входов объектов посредством сумматора 30. Полученный сигнал разности пропускаетс

зомкнутого контура (блоки 8,10,7) и корректирующего фильтра 10 соответственно в моменты времени t.., t

1 +1

через блок 31 коррекции и суммируетс с выходом регул тора с целью компенсации эквивалентного возмущени , приведенного к входу объекта по каналу управлени . Модель объекта снимаетс по каналу У удобно тем, что модель, сн та по указанному каналу, позвол ет учитывать изменени обоих входных воздействий объекта X(t) и X ,(t). Выходом блока 27 обратной модели вл етс сигнал оценки:

M(t)

х(0 ,(t)

(7)

Цепь, включающа блоки 33 и 34, предназначена дл образовани второго канала прохождени сигнала f(t) с целью исключени при самонастройке блока 10 возмущени их входа объекта. Св зь выхода блока 31 коррекции с входом сумматора 4 предназначена дл использовани оценки эквивалентного возмущени f ) при определении необходимого услови адаптации, провер емого в блоке 17, (фиг,2). Эта св зь необходима, так как (t) вл етс составной частью сигнала оперативной реакции цепей системы на изменени выхода объекта.

Прин ты следующие обозначени :

ti

t,4,два последовательных момента квазистатики объекта 7 (фиг,1 и 2), в которые происходит самонастройка фильтра 10, K,fi(t,.), (t.l, Kp.Ct:.), К p,(t,.,,), K(ti), Kф(t,.,)Y 1 KK T I T (

коэффициенты передачи объекта 7, разомкнутого контура (блоки 8,10,7) и корректирующего фильтра 10 соответственно в моменты времени t.., t

1 +1

9138882610

Поскольку объект нестационарен, то ента передачи указанной цепи необходимо ввести цепь адаптации. Этой

to цели служит блок 29 умножени и св зь

выхода блока 24 пам ти с вторым вхогде некотора ; положительна дом блока 29. В этом случае величина

K,.(t,)K,(t,).K,,(t,); (9) K ;(i;Ki(t,)K-,.K,,. . (16) K,.(t...,)K,(t,.,)(t,.)J10) д, K-;, K-;/K,(t). (17) В результате перестройки корректи- момента t;+,;

рующего фильтра 10 (в момент t. ) v f -

KO 3jU- i4t J

Kp,(t.,,)K,,(t), (11) - K(t,.)«,;K(t-)-/-.

10

так как цепи самонастройки ф иьтра 10 t, (t. Ж ,-К g- предназначены дл стабилизации коэф- Ко, ахСсО .

фициента передачи разомкнутого кон- Введение цепи адаптации, состо :тура . Следовательно, из (9), (10) ищей из блока 29 умножени и св зи

(11) вытекает:выхода блока 24 пам ти с вторым входом блока 29, позвол ет ревгить задаK (t . ) йг K(t;) . (12)чу адаптации коэффициента передачи

2Sобратной модели в зависимости от изРассмотрим цепь, включаюш1ую блокименени коэффициента передачи объек7 , 27 и 28. Выход блока 28 Х(11)та 7, что повышает точность оценки

представл ет собой оценку входа бло-эквивалентного возмущени , приведенка по каналу управлени . Блок 28 ум-ного к вкоду объекта по каналу управножени дл удобства анализа замененлени , а это повышает качество рабоблоком усилени . Дл простоты прин -ты компенсатора, 11 и точность работы

то X ,(t j)X ,(t ,-),всей системы в целом,,

Claims

Kjg() X ,(t,-)К:1в, (13)Формула изобретени

Коэффициент передачи Кд, g цепи 35 Самонастраивающа с система ком (блоки 7, 27 и 28) в момент tj Sбинированного регулировани по

. № 1339494, отличаюК о By(t ;)Koj(t j)-K J-К jgj (14)щ a с тем, что, с целью повышени точности системы при действии

где К - коэффициент усилени .на объект управлени с нестационарной модели объектамной статической характеристикой воз- Дл момента t;+, :мущений значительной интенсивности, . второй вход п того сумматора соеди ot -1+1 - нен с выходом второго блока умноже ни через третий блок умножени ,

Из сравнени данньт (14) и (15) сл€: iвторой вход которого соединен с выдует , что дл стабилизации коэффици- ходом первого блока пам ти.

-.

10

ifi)

Ж

LliJ

SffefjUMue t e/rt/

фиЗ.,y.