SU1451644A1 - Адаптивна система автоматического управлени дл нестационарных объектов с запаздыванием - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к самонастраивающимс  системам управлени  объектами с запаздыванием, параметры которых неизвестны или мен ютс  во времен:-, и может быть использовано дл  управлени  технологическими процессами , например, в металлургии. химической, целлюлозно-бумажной, энергетической, горной и других отрасл х промышленности. Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи , точности и помехозащищенности системы. Система содержит за- датчик 1, сумматоры 2, 14, 21, регул тор 3, объект 4 управлени , дифференциаторы 9, 10 блок П управлени  задержкой, а также блок 7 задержки, задатчик 19 коэффициентов усилени , модели 5 и 6 объекта управлени  без о запаздьшани , блок 12 делени , блоки 8 и 13 умножени , ключ 15, интегратор 16, масштабирующий блок 17, формирователь 20 импульсов управлени  ключом. Система обеспечивает управление нестационарным технологическим объектом с измен ющимс  запаздыванием путем плавной адаптации коэффициента усилени  и времени задержки контура с моделью объекта управлени . 3 ил. i (Л 4 СП Од 4 4 «Лсв. Г

Description

Изобретение относитс  к самонастраивающимс  системам управлени  объектами с запаздыванием, параметры которых неизвестны или мен ютс  во времени, и может быть использовано дл  управлени  технологическими процессами , например, в металлургии, химической , целлюлозно-бумажной, энергетической , горной и других отрасл х промышленности

Цель изобретени  - повышение быстродействи , точности и домехоза- щищенности системы,

На фиг,1 показана блок-схема системы; на фиг.2 - блок задержки; на фиг.З блок управлени  задержкой.

Адаптивна  система автоматического управлени  дл  нестационарных объектов с запаздыванием содержит задат чик 1, первый сумматор 2, регул тор 3, объект 4 управлени , первую 5 и вторую 6 модели объекта без запаздывани , блок 7 задержки, первый бло 8 умножени , первый 9 и второй 10 дифференциаторы, блок П управлени  задержкой, блок 12 делени , второй блок 13 умножени , второй сумматор 14, ключ 15, интегратор 16, масштабирующий блок 17, вход 18 сброса интегратора , задатчик 19 коэффициента усилени , формирователь 20 импульсов управлени  ключом и третий сумматор 21 .

Блок задержки образуют аналого- цифровой преобразователь (АЦП) 22, запоминающее устройство (ЗУ) 23, генератор 24, счетчик 25 адресов, мультиплексор 26, вычитающее устройство (ВУ) 27, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 28.

Блок 11 управлени  задержкой состоит из регистра 29, задатчика 30 времени задержки, сумматора 31, элементов И 32 и 33, счетчика 34 времени рассогласований задержки, счетчика 35, триггера 36 и элементов ИЛИ 37 и 3S.

Блок 7 задержки может быть постр ен как в аналоговом варианте, так и в цифровом. В аналоговом исполнении он может представл ть собой ультра- звуков чо линию задержки с регулируемой характеристикой. В цифровом исполнении блока .задержки обладает большими возможност ми, так как задержка сигнала может быть любой длительности .

0

15

20

50 55

На фиг.2 представлен цифровой вариант блока 7 задержки. АЦП 22 преобразует входной сигнал в цифровой и передает на информационный вход ЗУ

23.которое переходит в режим записи при сигнале 1 на управл ющем входе и н режим считьшани  при сигнале О, поступающих с выхода генератора

24.ЗУ 23 запоминает входной сигнал по адресам, вырабатьшаемым счетчиком

25.При частоте f генератора в запоминающем устройстве 23 будет представлен сигнал в дискретном виде:

X(t,) X(N,T),

где Т f;

N - адрес запоминающего устройства .

. Мультиплексор 26 подключает к адресным входам ЗУ 23 выход счетчика 25 или ВУ 27 в зависимости от сигнала на выходе генератора 24: при сигнале 1 подключаетс  счетчик 25, при 25 сигнале О - выход ВУ 27, которое вычитает из значени  адреса ЗУ 23, в которое записалось текущее значение входного сигнала и код, пропорциональный времени задержки t, пос- 30 тупающий с выхода блока 11 управлени  задержкой. Полученный результат вычислени  на выходе ВУ 27 через мультиплексор 26 (О на выходе генератора 24), подключаетс  к адресному входу ЗУ 23, из которого считываетJ .4.

35

40

45

, Jf - - лт.- ..-f

с  информаци  X(t,-tj) о входном сигнале в момент времени (. Считанный из ЗУ 23 задержанньш сигнал преобразуетс  ЦАП 28 в аналоговую форму и подаетс  на второй выход блока 7 задержки. При переполнении пам ти ЗУ 23 (фиг.2) запись входного сигнала начинаетс  с первого адреса, т.е. процесс идет циклически. Второй вход ВУ 27 соединен с первым выходом блока 11 управлени  задержкой фиг.1 выход генератора 24 (фиг.2)  вл етс  управл ющим входом блока 11 управлени  задержкой.

Дифференциаторы 9 и 10 дважды дифференцируют сигналы с выхода объекта 4 управлени  и с выхода блока 7 задержки , выдел   начало переходных процессов в выходных сигналах и передают их на информационные входы блока 11 управлени  задержкой.

Блок 11 управлени  задержкой устран ет рассогласование времени задержки объекта 4 управлени  и модели

3

путем измерени  времени между импулсами с выходов дифференциаторов 9 и 10. Регистр 29 хранит величину времени задержки, котора  в начальный момент записываетс  с задатчика 30

задержки, а в процессе работы с выхода сумматора 31 по переднему фронту импульса с выхода элемента И 32. Счетчик 34 времени рассогласовани  задержки считывает импульсы с выхода генератора 24 блока 7 задержки по сигналу разрешени  с первого выхода счетчика 34 и выдает их на второй вход сумматора 31. Установка счетчиков 34 и 35 в О происходит по заднему фронту импульса с выхода элементов 32 или 33 через элемент ИЛИ 38. Сумматор 31 производит операцию сложени  сигналов с выходов регистра 29 и счетчика 34 или их вычитани  в зависимости от управл ющего сигнала с единичного выхода триггера 36. Сложение происходит при управл ющем сигнале 1, вычитание - при О.

Сложение, т.е. увеличение времени задержки, производитс  в том случае, если первым на входы элемента ИЛИ 37 поступает импульс с выхода второго дифференциатора 10; вычитание, т.е. уменьшение времени задержки модели, производитс  при поступлении первого импульса с выхода первого дифференциатора 9. В том случае, если импульсы с выходов дифференциаторов 9 и 10 поступают на элементы 33 и 37 блока 11 управлени  задержкой одновременно , т.е. перекрываютс  во времени, то элемент И формирует сигнал по заднему фронту которого счетчики 34 и 35 и триггер 36 устанавливаютс  в нулевое положение.

Счетчик 35 считает два последовательных импульса, поступающих через элемент ИЛИ 37 с дифференциаторо 9 и 10. При поступлении первого импульса сигнал по вл етс  на первом выходе счетчика 35, при поступлении второго импульса - на втором его выходе . При поступлении первого импульса на вход элемента ИЛИ 37, например с выхода первого дифференциатора 9 н первом выходе счетчика 35 по вл етс  1, поступающа  на вход разрешени  счета счетчики 34 и стробирую- ший вход триггера 36. В триггер 36 с выхода второго дифференциатора 10 записываетс  О, Тое. на единичном

выходе по вл етс  (или подтверждаетс ) О, который устанавливает сумматор 31 в режим вычитани . Счетчик 34 начинает считать импульсы с выхода генератора 24 блока задержки. Сумматор 31 вычитает из информации регистра 29, в котором хранитс  текущее врем  задержки t, информацию

0 на выходе счетчика 34 и передает на информационный вход регистра 29. При по влении импульса на выходе второго дифференциатора 10 на первом выходе счетчика 35 по вл етс  О, а

5 на втором - 1. Счетчик 34 прекращает считать импульсы генератора. В этот момент код в счетчике 34 пропорционален времени At. между импульсами на выходах дифференцирующих уст0 ройств 9 и 10--At пТ, где п - количество импульсов; Т - период импульсов; utj - врем  задержки объекта управлени  и модели, которое вычитаетс  сумматором 31 из времени за5 держки tj, хранимом в регистре 29, и передаетс  на информационный вход регистра 29

t t -4tj. Элемент И 32 по сигналам с второ0 го выхода счетчика 35 и выхода элемента 11ПИ 37 формирует сигнал, по переднему фронту которого формирователь 20 формирует сигнал управлени , в регистр 29 записываетс  значение t ,

5 времени задержки, а по заднему фронту происходит установка в нулевое состо ние счетчиков 34 и 35 и триггера 36.

0 В ТОМ случае, если на входы элемента ИЛИ.37 первым поступает импульс с выхода второго дифференциатора 10, который также поступает и на информационный вход триггера 36, при по в5 лении I на первом выходе счетчика 35 в триггер 36 записываетс  и на управл ющий вход сумматора 31 поступает сигнал, устанавливающий его в режим суммировани . К моменту прихо0 дз импульса с выхода первого дифференциатора устройства 9 на информационном входе регистра 29 (фиг.З) будет код, пропорциональны новому времени задержки

t;-

ч

At

5 Выход триггера 36  вл етс  управл ющим выходом блока 11 управлени  задержкой, счетный вход счетчн- ка 34  вл етс  входом генератора 24 блока 7 задержки.

51

Процесс подстройки коэффициента

усилени  моделей происходит следующим образом.

В начале работы выходной сигнал интегратора 16 равен единице, т.е. Z (tg) 1, а коэффициент усилени  устанавливаетс  задатчиком 19 равным к. Пусть параметры моделей 5 и 6 объекта управлени  адекватны пара- метрам самого объекта 4 управлени . Тогда выходной сигнал объекта 4 управлени  YO равен выходному сигналу полной модели Y . При этом выходной сигнал блока 12 делени  Z

-- - 1, выходной сигнал блока 8 YW

умножени 

г,-г,.г,.

Сигнал Z, на выходе интегратора 16 остаетс  равным единице. Подстройка коэффициентов усилени  моделей не производитс .

Пусть в некоторый момент времени t, коэффициент усилени  объекта 4 управлени  скачкообразно измен етс . Тогда выходной сигнал объекта Y (t) отличаетс  от выходного сигнала полной модели Y (t). Сигнал на выходе блока 12 делени 

/ ..

Выходной сигнал первого блока b умножени  в момент времени t,

Z,(t,)Z,(t.) Z,(t,)K,(t,)-l

KK(t,

Спуст  врем  5 , определ емое переходным процессом замкнутого конту- ра, образованного вторым сумматором 14, ключом 15 и интегратором 16, сигнал Z, становитс  равным

z(t, -t-n Za(t,) ,).

Подстройка коэффициента усилени  полной модели осуществл етс  путем умножени  выходного сигнала блока / на сигнал Z,, равный коэффициенту к коррекции K(t,).

В блоке 17 определ етс  текущее значение коэффициента усилени  объета путем домножени  исходного коэффициента усилени  на сигнал Z коррекции Z,(t, +П , +fi) KC,- Пусть в некоторьй момент времени t (t t ) коэффициент усилени  об екта% управлени  снова скачкообра

6446

но измен етс . Сигналы на выходах объекта и полной модели снова отличаютс  друг от друга Yo(t): ). Выходной сигнал блока 12 делени 

5

0 5

.(ч) 1:{Й- Выходной сигнал первого блока 8 умножени  равен

Z,(4)Z,(t) Z,(t2) (Z,(t2) Z,(t,+) К,(Ч)- K(t, ) .

Спуст  врем  , определ емое переходным процессом замкнутого контура , образованного вторым сумматором 14, ключом 15 и интегратором 16, сигнал Zj становитс  равным

Z,(t -bS)Z(t,,) K,(4)-Kj,(t, ).

В результате этого уровень сигнала на выходе второго блока умножени  8 увеличиваетс  в )-К (t,) раз. Сигналы на выходах объекта и г полной модели объекта станов тс  равными между собой, а выходной сигнал Z , блока 12 делени  становитс  равным единице.

Блок 17 оценивает текущее значение коэффициента усилени  объекта 4 управлени  путем умножени  исходного значени  коэффициента усиле- ни  объекта 4 управлени  К на текущее значение сигнала Z,. По сигналу Z. осуществл етс  перестройка коэффициента усилени  второй модели 6 объекта 4 управлени  без запаздывни . Если в дальнейшем коэффициент усилени  объекта 4 управлени  остаес  неизменным, то сигнал Z, на выходе блока 12 делени  остаетс  посто нным и равным единице.

Если коэффициент усилени  объект 4 управлени  мен етс , то процесс подстройки коэффициентов усилени  мделей объекта снова осуществл етс  по изложенному алгоритму.

Сигнал Z, на втором входе второг блока 13 умножени  можно представит

в виде

Z,(t) ),

где t - моменты времени в интервале (to,t), в которые происходит скакообразное изменение коэффициента . усилени  объекта, а сигнал Z на выходе блока 17 определ етс  выражением:

Z4(t) Z,(t)- к K KKCt;)

7

Задатчик 19 коэффициентов усилени позвол ет установить начальное значение к коэффициента усилени  первой модели 5 объекта и значение К в блоке 17. Ключ 15  вл етс  нормально замкнутым. При по влении сигнала управлени  на вькоде формировател  20 ключ 15 размыкаетс , и сигнал Z на выходе интегратора 16 остаетс  неиз- менным. Следовательно 5 при по влении сигнала на выходе формировател  20 перестройка коэффициента усилени  не производитс . При этом формирователь 20 вырабатывает импульс управлени  в момент начала очередной подстройки времени задержки блока 7.

Повышение помехозащищенности объ сн етс  тем, что второй блок 13 умножени , в котором осуществл етс  перестройка коэффициента усилени  полной модели, стоит за точкой подключени  входа второго дифференцирующего устройства 10. Поэтому перестройка коэффициента усилени  полной модели объекта не вызывает помехи дл блока П управлени  задержкой.

Введенный третий сумматор позвол ет получить сигнал (t), содержащий информавд ю о параметрическом рассогласовании объекта и его модели, который подаетс  через первый сумматор 2 на вход регул тора 3. Следовательно , сигнал 6(t) участвует в формиро- вании сигнала управлени . Это позвол ет повысить точность системы.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Адаптивна  система автоматического управлени  дл  нестационарных объектов с запаздыванием, содержаща  за- датчик коэффициента усилени , первую и вторую модели объекта без запазды- вани , задатчик, подключенный выходом к первому входу первого сумматора, выход которого соединен через регул тор с входом объекта управлени , подключенного выходом через первый диф- ференциатор к первому информационному входу блока управлени  задержкой, второй информационный вход которого соединен с выходом второго дифференциатора , первый выход блока управле- ни  задержкой соединен с управл ю

   5

   0 5

   0 5

   5 0 5

   6448

   щим входом блока задержки, первый выход которого подключен к управл ющему входу блока управлени  задержкой , вход объекта управлени  подключен к информационному входу второй модели объекта управлени  без запаздывани , выход которой соединен с вторым входом первого сумматора, о т- личающа с  тем, что, с целью повышени  быстродействи , точности и помехозащищенности системы, она содержит формирователь импульсов управлени  ключом, блок делени , первый и второй блоки умножени , второй и третий сумматоры, ключ, интегратор, масштабирующий блок, выход которого соединен с управл ющим входом второй модели объекта управлени  без запаздывани , информационный вход которой соединен с информационным входом первой модели объекта управлени  без запаздывани , подключенной выходом к информационному входу блока задержки , выход которого подключен к входу второго дифференциатора и к первому входу второго блока у1.1ножени , второй вход которого соединен с первым входом первого блока умножени , с пер вым входом второго сумматора, с выходом интегратора, с информационным входом масштабирующего блока, вход задани  коэффициента масштабировани  которого соединен с первым выходом задатчика коэффицента усилени , второй выход которого соединен с управл ющим входом первой модели объекта управлени  без запаздывани , выход объекта управлени  соединен с входом 0 делимого блока делени  и первым входом третьего сумматора, подключенного выходом к третьему входу первого сумматора, а вторым входом - к выходу второго блока умножени  и входу делител  блока делени , подключенного выходом к второму входу первого блока умножени , выход которого соединен с вторым входом второго сумматора , подключенного выходом к информационному входу ключа, выход которого соединен с входом интегратора, а управл ющий вход ключа соединен с выходом формировател  импульсов управлени  ключом, вход которого соединен с вторым выходом блока управлени  задержкой.

   .2

   Риг.З