SU736046A1 - Регул тор с переменной структурой - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к системам управлени  и может быть использовано дл  автоматического регулировани  общепромышленными, в частности нефтеперерабатывающими и нефтехимическими объектами, переходные процессы которых аппроксимируютс  передаточными функци ми вида о.( |«iPi КдР - коэффициент передачи объекта; a-(.i-12. параметры, характе ризутощие динамику объекта, Г- посто нна  времени запаздывани . В процессе регулировани  параметры объекта измен ютс  в широких диапазонах , mat. a.,. Требуемое качество работы система регулировани  в этих услови х дости10 S 20 25 30 гаетс  за счет адаптации параметров регул тора к измен ющимс  параметрам объекта и внешним возмущающим воздействи м . Известны адаптивные регул торы, состо щие из двух функциональных частей: - основного контура, формирующего пропорционально-интегральнодифференциальный закон регулировани , содержащего последовательно соединенные первый сумматор, дифференциатор , второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, множительное устройство, на вход которого подаетс  выходной сигнал контура адаптации, интегратор, и третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом множительного устройства; - и контура адаптации, формирующего автоматически измен емый коэффициент усилени  регул тора. Известен адаптивный регул тор, в контуре адаптации которого содержатс  последовательно соединенные блок умножени , входы которого соответственно соединены с входами дифференциатора и второго сумматора, двухпозиционное реле и ограничитель, выход которого соединен со вторым входом

множительного устройства основного контура, формируетс  коэффициент усилени  регул тора как усредненное значение двух посто нных уровней 1

Наиболее близким техническим решением  вл етс  регул тор, содержащий блок изменении структуры,последовательно соединенные первый сумматор , дифференциатор, второй сум1чатор и блок умножени  и последовательно соединенные интегратор и третий сумматор , ко второму входу которого под соединен вход интегратора, выход первого сумматора соединен со вторым входом второго сумматора и через четвертый сумматор - с первым входом второго сумматора, блок выд(гле ни  модул , выход которого через последовательно соединенные первый фильтр, первый масштабирующий блок, п тый сумматор и блок делени  соедииен со вторым входом блока yf«to7seни , второй блок выделени  модул ,вы::од которого через второй фильтр соединен со вторым входом блока делени  С 2 J.

Недостатки регул торов состо т В тфм, что неэффективно адаптируетс  автоматически измен емый коэффициент усилени , вследствие чего систег«л автоматического регулировани , построенные на базе этих регул торов не могут удовлетвор ть требовани м, йредъ вл емым к качеству переходного процесса. Это вызвано тем, что автомтически измен ег ий коэффициент усилени  регул тора сохран ет повьшшнное значение и на втором участке переходного процесса (участок торможени  ). Кроме того, эти регул торы в основном контуре содержат множительные устройства, перемножающие выходные сигналы второго сумматора и контура адаптации, что при ненадежной работе множительного устройства или одного из блоков контура адаптации приводит к ненадежной работе и основного контура регул тора.

Цель изобретени  более на  адаптаци  автоматически измен емого коэффициента усилени , улучшающа  качество переходного процесса регулировани .

Указанна  цель .достигаетс  тем,, что регул тор содержит шестой сумматор , второй масштабируюпдай блок,, первый и второй ключи, первые вхо}уз которого соединены соответственно со входом и выходом дифференциаторе, выход второго сумматора через посл едовательно соединенные второй масштабирующий блок и шестой сумматор соединен со входом интегратора, выходом блока умножени  и через блок изменени  структуры - со вторыми входами первого и второго ключей, выходь( которых соединены соответственно со входами первого и второго блоков выделени  модул .

На чертеже изображена блок-схема предложенного регул тора, содержата  сумматоры 1-6, дифференциатор 7, первый и второй масштабирующие блоки 8, 9, блок 10 умножени , интегратор 11, блок 12 изменени  структуры , второй и первый ключи 13, 14, второй и первый блоки 15, 16 выделени  модул , второй и первый фильтры 17, 18 и блок 19 делени .

Регул тор реализует закон управлени .

.(( f-I(K

uai

м о

Kjj(0-|(E((e)We,,

с

0 где

оидабка регулировани , равна  Xj-X,

и X реолируема  выходна  коорд -1ната объекта и задание; t - врем ;

О переменЕ1а  интегрировани  ;

К„ и к.

соответственно посто нна  и автоматически измен ема  части коэффициента усилени  регул тора;

Д-1 -соответственно посто нвремени дифференцировани  и интегрировани ,,

Регул тор работает следующим образом .

Регулируема  выходна  координата объекта х и задание Xj подаетс  соответственно на г.1инусовой н плюсовой входы первого сумматора 1, выходной сигнал Е которого поступает на вход дифференциатора 7 и на первый вход EiToporo суь-матора 2„ На входе дифференциатора 7 формируетс  реальна  производна  ошибки, котора  поступает на второй вход второго сумматора 2, Выходной сигнсш Е--ЛД второго сумматора 2, поступа  на вход второго масштабируемого блока 8 и на первый вход блока 10 умножени , умножаетс  соответственно на посто нную К , и автоматически измен емую часть коэффициента усилени  Kjj. На второй вход блока 10 умножени  поступает сигнал Kg, с выхода блока 19 делени  контура адаптации .

Выходные сигналы второго масштабирующего блока 8 и блока 10 уг-отожени  суммируютс  в шестом сумматоре 6. Выходной сигнал шестого сумматора б, равный (Кг, + KQ) (Е +АдЕ) ,, посту. пает на вход интегратора 11 и на первый вход третьего сумматора 3, ка втопой вход которого поступает иыходной сигнал интегратора 11, На выходе третьего сумматора 3 формируетс  выходной сигнал регул тора U(t).

В контуре адаптации на основе сигнала ошибки и ее реальной производной формируетс  автоматически измен ема  ласть коэффициента усилени  регул тора Kg по алгоритму

4U,E1lll - Ж ;Щ|Т1 °

деm - посто нный масшт бный

коэффициент;

ci - мала  посто нна  величина , определ ема  из услови  физической реализуемости операции делени ;

f.E,t)- переменна  функции, причем

iP(E,E) . lottfja gr o, А..Ё-Е,

реализуетс  с помощью четвертого сумматора 4, блока изменени  структуры 12 и ключевых элементов 1.3, 14; 1Ё| и 1Ё1 - соответственно максимальные значени  модул  ошибки и ее реальной производной формйруе№ае в блоках выделени  модул  15, 16 и фильтрах 17, 18 по алгоритмам

Т -fr lEHlilMii, dt

,u

, P ,.

(Е.1ЧЕ|, . ,

T,nfju ,

где T и Tj - посто нные времени фильтра.

Контур адаптации, содержащий сумматоры- 4, 5, первый масштабирующий блок 9, блок изменени  структуры 12, ключевые элементы 13, 14, блоки выделени  модул  смибки и ее производной 15, 16, фильтры 17, 18 и блок 19 делени  работает следующим образом.

Выходной сигнал первого сумматора 1 поступает на первые входы второго ключа 13 и четвертого сумматора 4, на второй (плюсовой) вход которо

го поступает сигнал с выхода дифференциатора 7. В четвертом сумматоре 4 формируетс  сигнал -А.Ё-Е, поступающий на первый вход блока изменени  структуры 12, на второй вход которого поступает сигнал ЛдЕлЕ с выхода второго сумматора 2. в блоке 12 изменени  структуры производитс  логическое умножение сигналов f ид. Выходной сигнал Sign (fig) блока 12 изменени  структуры постуo пает на вторые (управл ющие) входы ключей 1-3 и 14. Вследствие этого ключи 13 и 14 замыкают при $0 (Sign(f-g)1) входы второго блока выделени  модул  ошибки 15 и первого

5 блока выделени , .модул  производной 16 соответственно с выходами первого сумматора 1 и дифференциатора 7, а при f-g 0 (Sign(f-g) 0) - размыкают . На выходах блоков выделени  рлодул  15 и 16 формируютс  соответствен0 но сигналыVU,e)lE/ и Ч (Б-,Ё)/Е}, которые поступают на входы фильтров 17 и 18. При выбранном соотношении посто нных времени Тг, и Т фильтры оценивают максимальное значение модул 

5 ошибки I I I и ее реальной производной I Ё I по формулам (4) и (5). Выходной сиРиал первого фильтра 18, умножа сь в первом масштабирующем блоке 9 на посто нный масштабный

0 коэффициент т, поступает затем на первый вход п того сумматора 5, на второй вход которого подаетс  посто нна  величина Ь. Выходные сигналы п того сумматора 5 и второго

5 фильтра 17 поступают на соответствующие входы блока делени  19, в котором формируетс  автоматически измен ема  часть коэффициента усилени  регул тора К,. Выходной сигнал блока 19 делени  поступает на второй

0 вход блока 10 умножени  основного контура.

Регул тор компенсирует вли ние изменени  параметров объекта на общий коэффициент усилени  систег ы в

S апериодических переходных процессах.

При уменьшении (увеличении) коэффициента передачи объекта система становитс  более медленной (быстрой ) автоматически измен емаН

0 часть коэффициента усилени  регул -- тора К0 увеличиваетс  (умейьшаетс ) по уровню, так как в течение всего переходного процесса выполн етс  условие f-g 05

Но в колебательных переходных процессах автоматически измен ема  часть коэффициента усилени  регул тора адаптируетс  (измен етс ) как

0 в, зависимости от изменени  параметров объекта, так и от состо ни  его фазовых координат (Ё , Е ) .

Блок изменени  структуры, производ  логическое умножение сигналов f-X.fe-E и , определ ет необ5

моменты переключений ключей 13 и 14, закыкающих при f-gSO входэ блока выделени  модул  и Рлока выделени  производной соответственно с выходaNW первого сумматора 1 к дкфферен1и1атора 7, а при - размыкают.

В колебательном переходном процессе на про1 ежутке времени О - t , при. котором Р Означение автоматически измен емой части коэффициента равно соответствующей максимальной величине (так как в начальный переходного процесса |11чт с % |Е1ИЁ I о затем экспоненциально убывает до некоторого уровн  с увеличением I 1 Таким образом на промежутке времени t переходного процесса регул тор быстро сводит ошибку к нулю, уменьша  врем  регулировани .

А на промежутке времени Ц-t переходного процесса, при котором f.g70, автоматически измен ема  часть коэффициента усилени  равна нулю. Следовательно, на промежутке времени t,-t происходит торможение переходного процесса, вследствие чего уменьшаетс  перерез-улирование ошибки и времени регулировани  до минимально возможного значени  .

Вследствие такой адаптации козффициента усилени  регул тора уменьшаетс  перерегулирование сшибки (в 2-3 раза) и врем  регулировани  (и 1,2-1,4 раза) переходного процесса регулировани  по сравнению с системами регулировани , построенными на базе известных адаптивных регул торов с переменной структурой

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   Регул тор с переменной структурой , содержащий блок изменени  структуры , последовательно соединенные первый сумматор, дифференциатор, второй сумматор и блок умножени , и последовательно соединенные интегратор и третий сумматор, ко второму вхду которого подсоединен вход интегратора , выход первого сумматора соединен со вторым входом второго сумматора и через четвертый сумматор - с первым входом второго сумматора, первый блок выделени  модул , выход которого через последовательно соединенные первый фильтр, первый масштабирующий блок, п тый сумматор и блок делени  соединен со вторым входом блока умножени , второй блок выделени  модул , выход которого через второй фильтр соединен со вторым входом блока делени , отличающийс   тем, что с целью повышени  качества переходного процесса и повышени  надежности регул тора он содержит шестой сумматор, второй масштбирующий блок, первый и второй ключи первые входы которых соединены соответственно со входом интегратора выходом блока умножени  и через блок изменени  структуры со вторыми входами первого и второго ключей,выходы которых соединены соответственно со входами первого и второго блоков выделени  модул .

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1,Авторское свидетельство СССР 467327, кл. G 05 В 13/02, 1975.
2. 2.Журнал Приборы и систеь« управлени  1, М., 1974, с. 5-10 (прототип).

   Оснобной мнтур

   xw

   Кмшрадаптащии

   1