SU1509828A1 - Самонастраивающа с система комбинированного регулировани - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к системам автоматического управлени  и может быть использовано дл  управлени  объектами в химической и других отрасл х промышленности. Целью изобретени   вл етс  расширение области применени  системы. Система содержит измерители рассогласовани  1,2, блок выбора режима 3, регул торы 4,6, сумматоры 5,7,10,12,15, блоки умножени  8,9, объект управлени  11, датчик внешнего возмущени  13, корректирующий фильтр 14, блок самонастройки 16. Система обеспечивает автоматическое управление двухрежимными процессами, например выпуском продукции двух сортов. При действии на нестационарный объект управлени  возмущений большой интенсивности блок 3 в зависимости от условий выбирает режим работы системы, подключа  один из двух основных каналов регулировани , содержащих измеритель рассогласовани  1 с регул тором 4 и измеритель рассогласовани  2 с регул тором 6. 5 ил.

Description

3150

Изобретение относитр  к системам автоматического управлени  и может быть исиольз.овано дл  управлени  объектами в химической и других отрасл х промьшленности.

Цепь изобретени  - расширение области применени  системы в услови х иестационарности объекта по коэффициенту передачи и воздействи  на объект управлени  возмущений значительной интенсивности.

На фиг.1 представлена блок-схема самонастраивающейс  системы комбинированного регулировани ;на фиГо2 - структурна  схема этой системы; на фиг.З - блок-схема реализации логических блоков этой системы;на фиг.4- принципиальна  схема пневматического 1Ш-регул тора; на фиг.З - элек- трическа  схема ПИД-регул тора.

Система (фиг.1 и 2) включает измерители 1 и 2 рассогласовани ,блок I3 выбора режима, первый регул тор 4, четвертый сумматор 5, второй регул - тор 6, третий сумматор 7, первый бло 8 умножени , второй блок 9 умножени , первьш сумь1атор 10, объект 11 управ -1ени , второй сумматор 12, датчик 13 внешнего возмущени , коррек- тирующий фильтр 14, шестой сумматор 15, блок 16 самонастройки, первый управл емый ключ 17, второй управл емый ключ 18, п тый сумматор 19, логический блок 20, блок 21 выделени  модул , блок 22 дифференцировани , блок 23 вьщелени  модул , блок 24 дифференцировани , блок 25 вьщелени  модул , логические блоки. 26 - 29, третий блок 30 выделени  моду- л , блок 31 делени , третий управл - емьй ключ 32, блок 33 пам ти, блок 34 умножени .

Блок-схема реализации логических блоков системы (фиг.З) включает ком- ларатор 35, управл емый ключ 36, компаратор 37, управл емый ключ 38,- компаратор 39, управл емый ключ 40, компаратор 41,управл емый ключ 42,

Принципиальна  схема пневматического Ш-регул тора включает элемент 43 сравнени , дроссельный сумматор 44, элемент 45 сравнени , усилитель 46 мощности, элемент 47 сравнени , емкость 48, запорньй клапан 49, от- 1шючающее реле 50,

На фиг, 1-5 прин ты следуюище обозначени : gf(t) - задающее воздействие; ) задающее воздействие;

Q

5 0

5 о .,

0 5

5

5

by«((t) - отклонение выходного сигнала объекта от первого зада1ги ; йу, (t) - отклонение выходного сигнала объекта от второго .задани ; R - управл ющий сигнал; С -- управл - ЮПД-1Й сигнал; Со - задание дл  логического блока 26; С( - задание дл  логического блока 27; С - задание дл  логического.блока 28; С - задание дл  логического блока 29;Kg- задание дл  логического блока 20; и, (t) - выход блока 8 умножени ; U(t) - выход блока 34 умножени ; Un(t) - выходной сигнал блока 9 умножени ; ХДс-) - основное контролируемое возмущение; X (t) - вход объекта по каналу управлени ; y(t) - выход объекта; K(p(t) - выходной сигнал блока пам ти; U(,(t) - выходной сигнал блока 30 выделени  модул ; uy,(t) - выходной сигнал блока 21 выделени  модул ; t,y(t) выходной сигнал блока 23 выделени  модул ; &.Уа(ь) - выходной сигнал блока 25 выделени  модул ; Р цх сигнал, про- порциональньп4 текущему значению регулируемого параметра; Р, - команд- ньй сигнал; P-i. - сигнал, пропорцио- нальньш заданному значению регулируемого параметра; ДД - регулируемый дроссель; ДИ - регулируемый дроссель; Pgbix выходной сигнал регул тора; II - внешний переключатель рода работы; Р и А - режимы работы регул тора, Ручное и Автомат ; Больще, Меньше - кнопки выбора знака приращени  выходного сигнала в режиме ручного управлени ; напр жение внутреннего источника питани ; Р, Р, PJ - обмотки и контакты реле; Rp, Ср - резистор и конденсатор интегратора ручного управлени ; +Ug, UM опорные напр жени ; М1СД - модуль компенсации дрейфа; Д - двуханодный стабилитрон; А, - Ag - операционные интегральные усилители; RU - высокоомный переменный резистор интегратора; С - конденсатор интегратора;; Uy - выходной сигнал интегратора (И-составл юща ); К й - общий коэффициент пропорциональности регул тора; - сум- марньй сигнал П, И, Д-составл ющих закона регулировани ; Rq,, С q, - резистор и емкость апериодического звена (фильтра); сигнал-ограничитель выхода регул тора; Ugrp - выходной сигнал ограничител ; Дг, До

диоды; UHM ъч сигналы ограничени  выхода интегратора ручного управлени  на нижнем и верхнем уровн х; - сигнал рассогласовани  заданного и текущего значений выходного параметра; К - электронный аналоговый ключ.

Система содержит два замкнутых контура регулировани , первый из которых включает блоки 1, 17, 4, 7, 8, 10 и 11, а второй - блоки 2, 18, 6, 7, 8, 10 и 11, охваченные обратными отрицательными св з ми, разомкнутый контур регулировани , который включает последовательно соединенные блоки 13, 14, 10 и 11, вькод- ными управл ющими сигналами замкнутого и разомкнутого контуров  вл ютс  соответственно сигналы ) и U(t). Цепи самонастройки разомкнутого контура содержат блоки 15, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29. и 30 о Цепи стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы включают блоки 12, 13, 14, 10, 8, 9. Цепи выбора режима работы системы автоматического регулировани  включают блоки 17, 18, 19 и 20.

Система решает задачу управлени  нестационарным объектом, который в общем виде можно описать уравнением:

миц - kggCt) kд,g,,,J

do6(t) d, а ; const; .,

(2)

Уравнени  (1) и (2) описывают движение объектов, нестационарных

по статической характеристике. Задача управлени  заключаетс  в сведении до заданной величины ошибки регулировани  в двух режимах функци-. онировани  системы, определ емых

ограничени ми на величину коэффициента передачи объекта ko6(t) по

каналу - y(t):

/&y,,(t)U &, , k(t) k,,

AAOKcJ; () /&y,,i(t)/ 2 , k(t) kg (4)

где

30 u.y „ (t) g,(t) - y(t)r

iy,a.(t) g/t) - y(t) .

) + y(t) ) X

ЖЬ O5(t)-f(t),

(1)

де а;, koeCt),

dog(t) - параметры объекта

управлени ;

y(t) - регулируема  величина;

X(t) - входной сигнал объекта (совокупное управл ющее воздействие ) ; X (t) - основное внешнее

контролируемое воз- пущение (возмущение на нагрузке) - выход блока 13; f(t) - внешнее неконтролируемое возмущение .

Рассматриваютс  нестационарные бъекты, следующего вида:

Система работает следующим об- р аз ом о

Проанализируем последовательно работу контуров системы. Разомкнутый контур формирует сигнал управлени , пропорциональный величине осг новного внешнего возмущени  X.,(t)..

Дл  этого в блоке 31 формируетс  сигнал отношени  величин, пропорциональных в ходным переменным, ко-, торый через управл емый ключ 32 поступает в блок 33 пам ти. Сигналы, поступающие на первый и второй входы делител  31, пропорциональны на практике (применительно, например, к области химической технологии) дозировкам соответственно реагента и сырь . Поэтому отношение сигналов, поступающее в блок 33 пам ти, пропорционально отношению дозировок реагента и сьфь . Запись выходного сигнала блока 31 делени  в блоке 33 пам ти производитс  только в том случае , когда блок 16 самонастройки выдает управл юпр1й сигнал С на открытие ключа 32. Выходной сигнал Km(t) блока 33 пам ти поступае в блок 34 умножени , п котором формируетс  выходной сигнал D,j,(t) разомкнутого контура. Таким образом, выходной сигнал датчика 13 умножаетс  в блоке 1А.на некоторую величину Krp(t) (коэффициент передачи блока 14), котора  -между актами самонастройки корректирующего фильтра 14  вл етс  величиной nocToHHH ofi и хранитс  в блоке 33 пам ти. При самонастройке блока 14 коэффициент передачи его измен етс  скачкообразно, так как при наступлении состо ни  квазистатики объекта новое отношение входных сигналов блока 31, пропорциональное текущему соотношению дозировок реагента и сырь , пропускаетс  через ключ 32 и запоминаетс  в блоке 33 пам ти. При работе С1-1стемы все изменени  величины X(t) будут в опре- деленном соотношении,равном текущему коэффициенту передачи блока 14, отслеживатьс  величиной TJ(t}. Таким образом, корректирующий фильтр 14 представл ет собой пропорциональное звено с переменньм коэффициентом передачи , который имеет кусочно-посто нный характер.

Рассмотрим работу блока 1,6 самонастройки (фиг.2). Блок 26 служит дл  определени  момента самонастройки . В блоках 27-29 провер ютс  услови  квазистатики объекта управлени . Операции , выполн емые в блоках 26-29 описываютс  соответственно формулами

/U(t)/ С„;(5)

ду „(t)| С,, /Ay(t)| С,; (6)

С

2

С,

С

3

(7)

(8)

С.

Сигнал U,(t) представл ет реакцию замкнутого контура системы на действие всех видов возму (ений, изме- выход объекта. Если модуль указанной величины, получаемый в блоке 30, превьш ает некоторую заданную величину Cg (формула (5)) и при этом объект находитс  в состо нии квазистатики, т.е. выполн ютс  услови  формл л (6)-(8), то управл ющий сигнал С проходит логические блоки 26-29 и поступает на управл ющий вход ключа 32. Одновременно сигнал С поступает в регул торы 4

и 6,где обнул ет интегральную составл ющую выходного сигнала работающего регул тора. Одновременно регул торы 4 и 6 не работают, что обеспечиваетс  цеп ми блока 3. Если выходной сигнал Km(t) блока 33 пам ти

удовлетвор ет ограничению, провер емому в логическом блоке 20 (фиг.2)

Kcp(t) К,

(9)

то работает цепь, включающа  блоки 2, 18, 6, в противном случае - цепь, состо ща  из блоков 1, 17, 4.

Пусть, например, работающий ре- гул тор 4 (или 6) реализует ПИД-за- кон регулировани , тогда

U

U,(t) в, iy(t) + Bg J йу () d +

о

.B,,). (,о)

&y(t) йу „(t)V U У,г (t),

35

где В,, Bj,

В - настраиваемые параметры регул тора. В результате самонастройки филь- тра 14 величина U,(t) будет определ тьс  формулой

u,(t)B,Mt).B,

X Vt);

(11)

0

тогда переход системы управлени  на новое значение коэффициента передачи корректирующего фильтра не вызывает возмущени  входного сигнала X(t) объекта 11.

При вьшолнении условий, провер емых в блоках 26-29 системы, сигнал С открывает ключ 32. Сигнал X(t) после вычитани  из него в сумматоре 12 величины Upi(t) проходит блок 31 делени , ключ 32, записываетс  в бло915

ке 33 пам ти, проходит блок 34 умно- и в виде сигнала Uj(t) поступает на вход сумматора 10. Операци  обнулени  И-составл ющей приведет к тому, что условие, провер емое в логическом блоке 26, не будет выполн тьс , в результате чего сигнал не пройдет логические блоки 26 - 29 и управл емьш ключ 32 закроетс . Таким образом, в блоке 33 пам ти будет записано новое значение коэффициента передачи корректирующего фильтра 14. При этом выходной управл ющий сигнал U(t), формируемый зам- кнутым контуром, будет уменьшен, а выходной сигнал разомкнутого контура U(t) увеличен на величину И-составл ющей выхода регул тора,имевшую место в составе выхода регул тора пере моментом самонастройки.Второй выход регул тора 4 (или 6) определ етс  выражением (11), т.е. представл ет собой ПД-составл ющую сигнала U,(t), умноженную в блоке 9 на величину X(p(t) . Сигнал Up(t) вычитаетс  в сумматоре 12 из сигнала X(t). Этим исключаетс  двойное суммирование ПД-составл ющей выхода регул тора 4 (или 6) в сумматоре 10 и, следова- тельно, возмущение входа объекта.

При дальнейшей работе системы величина и/ (t), как реакци  замкнутог контура системы на отклонение y(t) от задани , будет измен тьс .Когда модуль указанного сигнала превзойдет заданное значение CQ, производитс  анализ условий квазистатики объекта управлени , при поступлении которого выполн етс  следующий акт самонастройки фильтра 14. .Величины Со,С,,С2., Сз  вл ютс  априорно настраиваемыми параметрами блока 16, Изменение величины выхода регул тора 4 (или 6) с течением времени характеризует изменение характеристик канала управлени  и (или) внешних условий функционировани  системы . Величина модул  сигнала U (t) в состо нии квазистатики объекта 11 характеризует несоответствие управл ющего сигнала X(t) величине основного контролируемого возмущени  X,(t) в текущих услови х функционировани  системы. Акт самона- стройки фильтра 14 повышает качество компенсации на входе объекта возмущени  X ,(t) посредством управл ющего сигнала X(t) и, следователь-

10

но, качество работы всей системы в целом, так как часть возмущений, котора  до этого проходила через объект , увеличивала дисперсию выходной координаты и нагружала обратную св зь, будет скомпенсирована на входе его.

Задача стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы рассматриваетс  как часть задачи, сформулированной ранее (см. форьгулы (1) (4)).

Обозначим k(,g(t) - нестационарный коэффициент передачи объекта управлени ; Крер - коэффицизнт передачи работающего регул тора 4 (или 6); Kpg(t) - коэффициент передачи разомкнутой системы.

Блок 8 умножени , например, представлен в виде усилител  переменньй коэффициент усилени  которого замен ет второй входной сигнал (t) этого блока.

Задача стабилизации К.(t) может быть сформулирована

МИН 06 ллакс;

Крег const;

Kp,(t) Kpg,- K(t) k(t);

К, Kpc(t) : K,j, требуетс  обеспечить

Kg К( i 0 2

где K , , - предельные значени  величины

4s(

Кц, К - предельные значени  величины , Kp(t); о„ - некоторое заданно положительное число .

Цепи самонастройки величины Kp(,(t), использованные в системе, позвол ют решить указанную задачу. Пусть t; (i 1, 2,...,n) - моменты квазистатики объекта управлени . Дл  момента t j

) k,,(t.,) yt;)

где lCpj,(t;) - коэффициент передачи разомкнутого контура системы.

11

Дл  момента t

1-И

k,(t,,) k-,(t;). &,,

где Z некотора  величина. Тогда

Kpx(t,4, ) ). K(t,v,). .

В результате самонастройки коэффициента передачи фильтра 14 в момент t.

1+-1

1

Kq,(ti,) - yt;) ,

так как в пределах некоторой допустимой погрешности система посредством блока 16 обеспечивает посто нство коэффициента передачи разомкнутого контура. Следовательно

К„Д,ч.) K.,(t;).

рк

Pk

Дл  разомкнутой системы в момент 25 tt (при отсутствии блока 8)

) - Kp,,k(t;).

Дл  момента t fctt;.,) Kp,,k,(t;),.

Из сравнени  последних двух выражений с учетом выражени  дл  Km(t;, ) следует, что дл  стабилизации величины Kpg(t) достаточно умножить ее на величину Кд,(1) . После введени  в систему блока 8 (фиг.2) можно записат1 дл  момента tj

) Кр„ K(t;) ), - где Kjer Kpe,/K(t;),

дл  момента t , (в пределах допустимой погрешности самонастройки)

,) К,К (t.) -i- ),,50

pc T,e,

) - Kp,(t;). ,

-pc

Таким образом, использование указанных цепей самонастройки позвол  ет решить сформулированную задачу стабилизации величины Kp.(t),

10

15

во 20

25

50982812

Решение этой задачи расшир ет . область устойчивости системы, повышает точность работы ее (в услови х воздействи  на объект неконтролируемых шумов значительной интенсивности и при неизменных настройках регул тора) за счет обеспечени  посто нства условий функционировани  регул тора.

Третий блок умножени  предназначен дл  того, чтобы обеспечить равенство ПД-составл ющих выходного сигнала регул тора при взаимной компенсации их в сумматоре 10,

Рассмотрим работу блока 3 выбора режима. Блок 3 предназначен дл  переключени  регулирующих цепей в системе с целью изменени  задани  дл  системы и характеристик регулирующего устройства. Потребность в подобных переключени х возникает при управлении многорежимными процессами, посредством которых на одном и том же технологическом оборудовании получают целевой материал разных сортов путем изменени  тех или иных параметров режима, В логическом блоке 20 провер етс  -условие, описанное формулой (9). Управл ет работой блока 20 и режимом работы объекта 11 сигнал K|.p(t) , хран щийс  в блоке 33 пам ти, Посредством указанного сигнала производитс  при наступлении необходимых дл  этого условий автоматическое изменение режима работы объекта 1.1,

Рассмотрим, как, например, определ етс  величина К - задание на логический блок 20, Пусть имеютс  экспериментальные данные - ограничени  на величины коэффициента k,.(t)

, .ОЬ

и Kp(t)

30

35

40

К,.„„ 6k(t) К

МИН

ОБ

макс ;

К, ё Kpc(t)

Kpe(t) K(t).k;,g(t) ; k (t) )K

(12) (°13)

ОБ

per

поэтому

К, K(t).(t) Kg, (14) Так как

) О, ,cx то можно записать

K ;(t) )

(15)

Рассматриваютс  процессы, изменение режимов которых основываетс  на левом соотношении огра}1Ичени  (12)

) k,,

(16)

Подставим в (15) вместо k (t)

(j у

16) и используем правую

часть полученного выражени 

V) k

К 1

V

Мин per

где

K(t) К,

Kg - Kper ,

При соблюдении услови  (17), провер емого в блоке 20, выходкой управл ющий сигнал этого блока открывает ключ 18 и закрывает ключ 17, переключа  регулирующие цепи и мен   тем самым ре сим работы объекта. В противном случае работает регулирующа  цепь, содержаща  блоки 1, 17 и 4, сохран   прежний режим работы объекта 11 управлени .

Claims (1)

1. Введение блока 20 и соответствующих ему цепей позвол ет посредством косвенного параметра K(t) автоматически контролировать величину козф- фициента передачи объекта по каналу управлени  и осуществл ть своевременное автоматическое изменение релшма работы объекта с целью избе-; жать брак готового продукта и обеспечить выпуск целевого материала того сорта, который отвечает поступающему на вход процесса сырью, что расшир ет область применени  системы. Формула изобретени 

   Самонастраивающа с  система комбинированного регулировани , содержа- ща  первый измеритель рассогласовани , первый регул тор, первый и второй блоки умножени , первый и второй сумматоры, датчик внешнего возмущени , корректирующий фильтр, блок самонастройки и объект управлени , выход которого подключен к выходу системы и к первому входу первого измерител  рассогласовани , второй вход которого подключен к первому входу задающего воздействи  системы , выход датчика внешнего возмущени  подключен к первому входу корректирующего фильтра, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, суммирую1Щ1й вход которого подключен к входу объекта управлени  и к выходу первого сумматора, первый вход которого подключен к вому выходу корректирующего фильтра , второй выход которого подключен к первым входам первого и второго блоков умножени , выходы которых подключены соответственно к второму (17) 15 входу первого сумматора и к вычитающему входу второго сумматора, выход первого блока умножени  соединен с первым входом блок самонастройки, выход которого соединен с управл ю20 и(им входом первого регул тора и с управл юищм входом корректирующего фильтра, отличающа с  тем, что, с целью расширени  области применени  системы,в нее введены

   25 третий, четвертый., п тый, шестой сумматоры , первый и второй управл емые ключи, логический блок, второй измеритель рассогласовани ,второй регул тор , управл ющий вход которого

   3Q соединен с управл юш5 м входом первого регул тора, подключенного выходом к первому входу третьего сумматора , второй вход которого соединен с первым выходом второго регул тора, второй выход которого подключен к первому входу четвертого сумматора, второй вход которого соединен с вторым выходом первого регул тора,вход которого подключен к первому входу шестого, сумматора и к выходу первого управл емого ключа, информационный вход которого подключен к выходу первого измерител  рассог.ласова- ни ,первый вход которого подключен к первому входу второго измерител  рассогласовани , второй вход которого подключен к второму входу задающего воздействи  системы, а выход - к информационному входу второго управл емого ключа , подключенно50 го выходом к входу второго регул тора и к второму входу шестого сумматора , выход которого соединен с вторым входом блока самонастройки, выходы третьего и четвертого суммато-55 ров подключены соответственно к вторым входам первого и второго блоков умножени , первые входы которых соединены с первым входом логического

   35

   40

   45

   151509828

   блока, второй и третий ВХОДЫ которого соединены соответственно с входами управл ющего ,сигнала и сигнала задани  системы, выход логического блока соединен с управл ющим входом второго управл емого ключа и с вы16

   читающим входом п того сумматора, суммируюп(ий вход которого соединен с входом управл ющего сигнала системы , а выход п того сумматора соединен с управл ющим входом первого управл емого ключа.

   х,ЧЦ

   Фие.

   $ue.k

   Внешние

   ЛЗ /45,, „

   L i KlgzL - Фие .