SU911463A1 - Устройство дл регулировани объекта с запаздыванием - Google Patents

Description

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОРЬЕКТА С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ

I

Изобретение относитс  к устройствам автоматического регулировани  линейных динамических объектов с запаздыванием, способным функционировать в услови х действи  неконтролируемых случайных возмущающих воздействий и шумов измерени  при наличии нестационарного дрейфа передаточной функции объекта и статических характеристик, возмущающих воздействий и шумов, и может быть использовано в химической, нефтехимической , цементной и других отрасл х промышленности, преимущественно дл  управлени  качеством продукции и полупродуктов при изменении нагрузки и качества сырь .

Известны системы автоматического регулировани  дл  объектов с запаздывани м , обладающие повышенной точностью (комбинированные и каскадные ) , 8 которых используетс  импул1 с по возмущению или импульс из

npON myточной Точки, обладающий меньшим запаздыванием РЗОднако указанные системы имеют сравнительно узкую область применени  , так как измерение возмущающих воздействий или отбор импульса из промежуточнсй точки зачастую затруднены по техническим или экономическим причинам.

Наиболее близкой по технической

10 сущности к предлагаемому устройству  вл етс  комбинированна  самонастраивающа с  система, содержаща  по- CJ eдoвaтeльнo соединенные исполнительный механизм, объект, датчик ре15 гулируемого параметра, первый сумматор и адаптивный фильтр, а также бло ки-пр мой модели объекта, обратной модели объекта, идентификации объекта , второй сумматор и датчики режим20 ных параметров объекта, выходы которых соединены с первыми входами блока идентификации объекта, выходы которого соединены с первыми входами

3 . 9 блока пр мой модели объекта и блока обратной модели объекта, причем второй вход блока пр мой модели соединен с выходом блока обратной модели, а выход - . с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом обратной модели, а второй вход с вторым входом блока идентификации объекта, выход задатчика соединен со вторым входом первого сумматора .

Известна  система не обеспечивает |Стабильность среднего значени  выходного параметра. Действительно,модель объекта, включенна  во внутреннюю положительную обратную св зь, как бы размыкает систему и обеспечивает -за счет этого эффект вычислени  оценки возмущенного воздействи  на выходе сумматора (с обратн.ым знаком). Последовательно включенные фильтрэкстрапол тор и компенсатор компенсируют , насколько это практически возможно, чистое и емкостное запаздывание объекта и таким образом обеспечивают оптимальное подавление возмущений на выходе объекта, т.е. данна  система функционирует как разомкнута  -адаптивна  система. На практике не удаетс  обеспечить абсолютно точное совпадение модели и объекта, точно реализовать компенсатор и т.д. В результате на выходе объекта возникает ошибка, величина которой не контролируетс .

Цель изобретени  - повышение точности регулировани  при наличии у объекта существенного чистого запаздывани , неконтролируемых случайных , возмущений и шума измерени  в услови х нестационарного дрейфа передаточной функции объекта и статических характеристик возмущений и шумов.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дополнительно содержит последовательно соединенные фильтр нижних частот, регул тор и третий сумматор, а также блок настройки регул тора и четвертый сумматор , первый- вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, второй вход - с выходом адаптивного фильтра, а выход - с вторым входом второго сумматора, вход фильтра нижних частот соединен с выходом первого сумматора, входы блока настройки регул тора соединены с выходами блока идентификации объекта, а выход 34

с вторым входом регул тора, второй вход третьего сумматора соединен с выходом блока обратной модели объекта , а выход - с входом испрлнительного механизма.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Предлагаемое устройство содержит объект 1 регулировани , датчик 2

регулируемого параметра, сумматоры 3-6, фильтр 7 нижних частот, адй 1тивный фильтр 8, регул тор 9 исполнительный механизм 10, блок 11 пр мой модели объекта, блок 12 обратной

модели объекта, блок 13 идентификации объекта, датчики It режимных параметров объекта, блок 15 настройки регул тора и задатчик 16,

Отдельные блоки системы выполн ют

следующие функции.

Регул тор подавл ет низкочастотную составл ющую возмущающего воздействи  по принципу обратной св зи, т.е. устран ет накопление ошибок

на выходе системы и обеспечивает равенство среднего значени  регулируемого параметра заданному значению (заданию).

Фильтр нижних частот обеспечивает пропускание только таких низкочастотных составл ющих сигнала ошибки , на которых система регулировани  с регул торе в обратной св зи функционируют устойчиво при имеющемс  в объекте запаздывании.

Блок нйстройки регул тора обеспечивает правильную настройку контура обратной св зи в услови х дрейфа динамических характеристик объекта, т.е. оптимальную настройку по критерию минимума среднеквадратической ошибки при обеспечении ограничени  по заранее заданному запасу устойчивости .

Третий сумматор обеспечивает . суммирование регулирующих воздействий контура обратной св зи и контура компенсации возмущени ; четвер .тый - разв зку контуров регулировани  по принципу обратной св зи и компенсацию вы исленного возмущени  за счет центрировани  сигнала ошибки.

Устройство работает следующим образом .

Линейный динамический объект 1 имеет один регулируемый выход U(t) и несколько параметров, характеризующих режим работы объекта alt). Осе

5 , 3

неконтролируемые слу айные возмущающие воздействи  приведены к выходу объекта и обозначены величиной (l(t) , аддитивно присоединенной к регулируемому выходу объекта. Регулируема  величина y(t) измер етс  датчиком 2 с аддитивной погрешностью (шумом измерени ) n(t). Выход этого датчика подаетс  на первый сумматор 3. где он вычитаетс  из заданного значени  уо . Сигнал ошибки e(t) с выхода сумматора 3 подаетс  н входы фильтра 7 нижних частот ч ааптив .ного фильтра 8. Фильтр 7 нижних частот представл ет собой, например, одноемкостное динамическое звено, посто нна  времени которого выбираетс  таким образом, чтобы обеспечить устойчивость замкнутого контура и

эффективное подавление низкочастотной составл ющей d(t) с помощью стандартного регул тора. Выход фильтра 7 нижних частот подключен на сумматор 6 и на вход регул тора 9-Выход регул тора 9 подключен к входу третьего сумматора 5. выход которого подключен к входу исполнительного механизма 10, который воздействует на объект 1. Рассмотренный контур обратной св зи обеспечивает равенствосреднего значени  регулируемого параметра y(t) заданному значению у .Однако дисперси , регулируемого параметра Су может достигать неприемлемо , больших значений, поскольку контур обратной св зи с фильтром 7 нижних частот и регул тором 9 подавл ет тoльko низкочастотную часть возмущаю/щего воздействи  d(t).

В адаптивном фильтре 8 происходит подавление паразитнь1х высоких частот вызванных погрешностью измерени  и другими шумами. Адаптивный фильтр представл ет собой одноемкостное динамическое звено, посто нна  времени которого автоматически измен етс  по результатам анализа коррел ционной функции ошибки, который также автоматически осуществл етс  в адаптивном фильтре В. В сумматоре 6 из выходного сигнала адаптивного фильтр 8 вычитаетс  выходной сигнал фильтра нижних частот, т.е..осуществл етс  операци  центрировани  сигнала ошибки . Полученный таким образом сигнал поступает на вход сумматора и блока 13 идентификации объекта, т.е. служит входным сигналом дл  контура -компенсации вычисл емого возмущени .

.

Контур компенсации возмущени  работает следующим образом. Пусть объект 1 совместно с исполнительным механизмом 10 и датчиком 2 описываетS с  передаточной функцией

V

Тогда блок 11 пр мой модели объекта имеет аналогичную Структуру с параметрами к, Т и /с, которые  вл ютс  некоторыми оценками параметров объекта . При прин той структуре модели

(и объекта) передаточна  функци  блока 12 обратной модели, объекта равна,,

) -м (Р)

Л

в с тем, что оператор чистого прогноза физически нереализуем , используетс  его приближение, например линейна  часть разложени  в р д Тейлора. Тогда

)

W

что легко реализовать на цифровых и

дискретных элементах.

Поскольку блок 11 пр мой модели объекта фактически включен параллельно объекту 1, то на их входы подаетс  один и тот же (за исключе:нием низкочастотной состав.п ющей) сигнал с выхода блока 12. При алгебраическом сложении выходов объекта и модели на выходе сумматора k формир-уетс  оценка центрированной составл ющей воздействи . На выходе объекта эта компонента преобразуетс  в U(t) путем последовательного прохождени  через блок 12 обратной модели объекта и объект 1, т.е. через оператор. .

Р) )

пои k k, Т имеем

или

-РЕГ

w(p) (ггр+1)е

Claims (2)

1. т.е. оператор близкий к единичному, что гарантирует почти оптимальную компенсацию с помощью сигнала ll(t) центрированной составл ющей ll(t) . Соответствие параметров блоков 11 и 12 параметрам объекта 1 в услови х нестационарных изменений эти параметров обеспечиваетс  блоком 13 идентификации, причем емкостное и транспортное запаздывание вычисл етс  по аналитической модели объект использующей параметры, измер емые датчиками I, а коэф(1)1Цйент усилени  находитс  путем минимизации величины среднего квадрата ошибки на выходе сумматора 6, например, методом стохастической аппроксимации, измен   коэффициенты усилени  блока П и блока 12. Дл  систем регулировани  по возмущению такой минимум всегда существует и достигаетс  в том случае, когда коэффициент усилени  компенсатора равен коэффициенту усилени  объекта (при равенств остальных параметров, т.е. емкостно го и транспортного запаздыпанй ). Оценки параметров объекта, получаемые в блоке 13, автоматически пе редаютс  в блоки 11 и 12, где они  вл ютс  параметрами. Кроме того, по оценкам параметров объекта в блоке 15 выЧ1Л;л ютс  оптимальные зн чени  параметров настройки регул то ра 9. Формула изобретени  Устройство дл  регулировани  объ екта с запаздыванием, содержащее по следовательно соединенные исполнительный механизм, объект, датчик ре гулируемого параметра, первый сумма тор и адаптивный фильтр, а также блоки пр мой модели объекта, обратной модели объекта, идентификации объекта, задатчик, второй сумматор и датчики режимных параметров объек та, выходы которых соединены с первыми входами блока идентификации объекта, выходы ко1;орого соединены с первыми входами блока пр мой модели объекта и блока обратной модели объекта , причем второй вход блока пр мбй модели соединен с выходом блока обратной модели, а выход - с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом обратной модели, а второй вход - с вторым входом блока идентификации объекта, Iвыход задатчика соединен со вторым входом первого сумматора, отличающеес  тем, что, с цел1зю повышени  точности, в него введены последовательно соединенные фильтр нижних частот, регул тор и третий сумматор, а также блок настройки регул тора и четвертый сумматор, первый вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, второй вход с выходом адаптивного фильтра, а выход - со вторым входом второго сумматора , вход фильтра-нижних частот соединен с выходом пе:рвого сумматора, входы блока настройки регул тора соединены с выходами блока идентификации объекта, а выход - со вторым входбм регул тора, второй вход третьего сумматора соединен с выходом блока обратной модели объекта, а выход - с входом исполнительного механизма . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Турецкий X. Анализ и синтез систем управлени  с запаздыванием. М., Машиностроение, 197, с. 211-216.
2. 2.Основы автоматизации химических производств. Под ред. П.А. Обновленского . Л., Хими , 1975, с, (прототип).