SU980068A1 - Прогнозирующий регул тор с переменной структурой - Google Patents

Description

.(54) ПРОГНОЗИРУЮЩИЙ РЕГУЛЯТОР С ПЕРЕМЕННОЙ Изобретение относитс  к автоматическому управлению и регулированию и может быть использованно дл  портроени  систем управлени  техническими объектами. Передаточна  функци  каналов регулировани  рассматриваемого класса объектов . .,.,, где к - коэффициент усилени ;Т t.T посто нные времени, представлена последовательным соединением инерционногр звена первого пор дка, звена .чистого запаздывани  и интегрирующего звена с отсечкой. Объект управлени  подвержен вли нию контролируемых возмущений, которые характеризуютс  циклической нестационарностью . Примером такого рода объектов  вл етс  современна  доменна  печь, если рассматривать задачу компенсации контролируемых возмущений, вли  ющих на основность шлака. В этом случае последовательным соединением инерционного звена первого пор дка и звена чистого запаздывани  аппрок симируетс  часть доменной печи от к СТРУКТУРОЙ лошника до горна. Горн доменной печи аппроксимируетс  интегрирующим звеном с отсечкой. КонтролируемЕлии возмущени ми  вл ютс  изменени  химического состава и массы шихтовых материалов, управл ющим воздействуем - расход флюсирующих добавок с различным эффектом действи , известн к повышает основность ишака, а кварцит ее понижает. Циклическа  нестационарнбсть контролируемых возмущений обусловлена такой последовательностью загрузки в печь отдельных видов шихтовых мате1риалов , котора  образует технологические циклы, причем длительность технологического цикла равна или меньше времени .. Задача управлени  заключаетс  в минимизации величины управл емого воздействи  при условии выполнени  ограничений на отклонени  выходной переменной объекта от заданного значени . Применительно к доменной печи задача управлени  состоит в минимизации расхода флюсирующих добавок при условии, что основность шлака будет находитьс  в заданных пределах. Известна система автоматического уп1}авлени  дл  компенсации контролируемых возмущений, содержаща  объект управлени , быструю модель объекта управлени , блок задани  .начальных условий, экстрапол тор контролируемых возмущений, блок формировани - си нала управлени  моделью, согласующее устройство, блок синхронизации и контакты 13. Недостатком этой системы  вл ютс ее сложность, обусловленна  необходимостью моделировани  в увеличенном масшт-абе времени и реализации п исковых процедур оптимизации. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  п гнозирующий регул тор, содержащий последовательно включенные первый фильтр низкой частоты, первый масшт бирующий блок, первый блок задержки первый блок сравнени , третий фильт низкой частоты, первый экстрапол тор , второй сумматор, исполнительны блок, четвертый фильтр низкой часто ты, четвертый блок задержки, восьмой блок сравнени  и блок адаптаци выход которого соединен с выходом первого масштабирующего блока, последовательно включенные п тый блок сравнени , третий блок задержки, третий блок сравнени , инерционное SBeHO первого пор дка, второй масшт бирующий блок и первый сумматор, последовательно включенные шестой блок сравнени , выход которого соед нен с входами первого и восьмого блоков задержки, последовательно включенные вторые экстрапол торы, четвертые блоки сравнени  и четвертые масштабирующие блоки, выходы которых подключены к входам первого сумматора, последовательно включенные вторые блоки задержки, вторые блоки сравнени  и втоЕУые блоки адаптации , своими выходами подключенные к дополнительным входам первого и вторых экстрапол торов, выходы которых соединены с входами вторых блоков задержки, п тые блоки задержки, подключенные входами к выходу п того блока сравнени , а выходами к входам четвертых блоков сравнени  выход первого масштабирующего блока соединен с входом второго сумматора и одним входом п того блока сравнени , другой вход которого подключен к выходу четвертого фильтра низкой частоты, выход первого блока сравнени  соединен с выходом третьего блока сравнени , выход третьего фильтра низкой частоты - с входами вторых экстрапол торов и с входами вторых блоков сравнени , выход четвертого блока задержки - с входом седьмого блока сравнени , выход п того блока сравнени  - с входом од ного из четвертых блоков сравнени , выход первого сумматора - с входом второго сумматора 2j Прогнозирующий регул тор предназначен дл  компенсациикак контроируемых , так и не контролируег/их возмущений. С точки зрени  подавлени  контролируемых возмущений в этом егул торе не минимизируетс  величина управл ющего воздействи  с выполнением требований на точность регуировани , что  вл етс  его недостатком . Цель изобретени  - минимизаци  величины управл ющего воздействи  при заданной точности регулировани . Поставленна  цель достигаетс  тем, что Б прогнозирующий регул тор, содержащий сумматор, два входа которого через соответствующие масштабные блоки подключены к выходам первого и второго фильтров, а выход - к первому входу первого блока сравнени , второй вход, которого соединен через третий фильтр с выходом исполнительного блока, последовательно соединенные первый блок задержки, второй блок сравнени , экстрапол тор, второй блок задержки и третий блок сравнени , второй вход которого соединен с выходом второго блока сравнени , последовательно соединенные четвертый фильтр, четвертый блок сравнени  и третий масштабный блок, а также последовательно соединенные третий блок задержки , п тый блок сравнени , инерционное звено и четвертый масштабный блок, введены два интегратора, опреде-. литель модул , задатчик, ключ последовательно соединенные первый умножитель , второй сумматор и п тый масштабный блок, а также последовательно соединенные реле, четвертыйблок задержки и второй умножитель, второй вход которого соединен с выходом реле , а выход - с управл ющим входом ключа, информационные вход и выход которого подключены соответственно к выходу четвертого масштабного блока и к второму входу второго сумматора , выход п того масштабного блока подключен к входу исполнительного блока, первый вход первого умножител  соединен с выходом экстрапол тора, а второй вход - с выходом третьего масштабного блока, выход задатчика подключен к второму входу четвертого блока сравнени , вход и выход определител  модул  соединены соответственно с выходом третьего блока сравнени  и с входом четвертого фильтра , вход первого интегратора соединен с выходом первого сумматора, а выходс входом первого блока задержки и с вторым входом второго блока сравнени , вход второго интегратора соединен с выходом первого блока сравнени , а выход - с сходом третьего блока задержки и с вторым входом п того блока сравнени , вход реле

соединен с выходом инерционного звена .

На чертеже представлена схема предлагаемого прогнозирующего регул тора с переменной структурой.

Прогнозирующий регул тор содержит фильтр 1 низкой частоты, масштабирующий блок 2, фильтр 3 низкой частоты , масштабирующий блок 4, сумматор 5 интегратор 6, блок 7 задержки, блок 8 сравнени , экстрапол тор 9, блок 10 задержки, блок 11 сравнени , блок 12 определени  модул , фильтр 13 низкой частоты, блок 14 сравнени , задатчик 15, масштабирующий блок 16, блок 17 умножени , сумматор 18, масштабирующий блок 19, исполнительный блок 20, фильтр 21 низкой частоты , блок 22 сравнени , интегратор 23, блок 24 задержки, блок

25сравнени , инерционное звено 26, масштабирующий блок 27, реле

26трехпозиционное, блок 29 задержки , блок 30 умножени , ключ 31.

На чертеже прин ты обозначени ; W(t) и W(t) - первое и второе контролируемые возмущени  в t-ый момент времени, ) - управл ющее воздействие.

Регул тор работает следующим образом .

Измер емый сигнал об изменени х первого контролируемого возмущени  w(t) поступает на фильтр 1 низкой частоты, реализованный например в виде последовательно соединенных блока сравнени , усилител  с насыщением и интегратора, выход которого соединен с входом блока сравнени . В фильтре 1 низкой частоты подавл етс  восокочастотна  измерительна  помеха сигнала W(t), и далее он поступает на масштабирующий блок 2, где умножаетс  на посто нный коэффициент пересчета изменений контролируейых возмущений в изменени  управл ющего воздействи . Пересчитанный таким образом в масштаб управл ющего воздействи  сигнал поступает на один вход сумматора 5. Аналогично измер емый сигнал об изменени х второго конролируемого возмущени  N,(1) с помощью фильтра 3 низкой частоты и масштабирующего блока 4 пересчитываетс  в масштаб управл ющего воздействи  и поступает на другой вход сумматора 5. По аналогии может быть учтено и ббльшее количество контролируемых возмущений.

Выходной сигнал сумматора 5 о величине управлени , требуемого дл  ко пенсации изменений V;-,(t) и Vi,j(t) подаетс  на вход интегрального з-вена с отсечкой с передаточной функцией

Wv.). . Это звено реализуетс  с помощью

интегратора 6, блока 7 задер/кки и блока 8 сравнени . Сигнал с виходп интегратора 6через блок 7 задержки подаетс  на вход блока 8 суаынени , где и вычи-таетс  из выходного сигн-з- ла интегратора 6. В результате на выходе блока В сравнени  получаетс  сигнал о суммарном за врем  технологического цикла t изменении управл ющего воздействи  из-за изменений контролируемых возмущений. .Этот сигнал экстрополируетс  в экстрапол торе 9, например в виде форсирующего звена, на предсто щий технологический цикл и поступает на

5 блок 17 умножени , где умножаетс  на весовой коэффициент, величина которого адаптируетс  в зависимости от точности экстрапол ции.

Дл  адапта-ции весового коэффициента выходной сигнал экстрапол тора 9

0 задерживаетс  на врем  экстрапол ции в блоке 10 задержки и вычитаетс  в блоке 13. сравнени  из вьлход ного сигнала экстрапол тора 9. Сй-fнал о полученной разности с выхода

5 блока 11 сравнени  поступает через блок определени  модул  12, где устран етс  знак этого сигнала, на фильтр 13 низкой частоты. В результате на выходе фильтра 13 низкой час0 тоты получаетс  сигнал о текущем среднемодульном отклонении на скольз щем интервале времени,длина которого определ етс  настройками фильтра 13 низкой частоты. Выходной сиг5 нал фильтра 13 низкой частоты вычитаетс  в блоке 14 срар :ени  из си1- нала, поступающего с задатчика 15. Сигнал о результате вычитани  умножаетс  в масштабирующем блоке 16 на по0 сто нный коэффициент и подаетс  на вход блока 17 умножени . Таким образом , если величина ошибки экстрапол ции болъша , то больша  и величи 1а среднемодульного отклонени ,

5 а величина выходного сигнала блока 14 сравнени  становитс  маленькой, и сигнал с выхода экстрапол тора 9 умножаетс  на маленькую величину. Если же ошибка экстрапол ции маленька  ,. то экстраполированный сигнал ум0 ножаетс  на большую величину, стрем щуюс  в пределе к единице.

Сигнал об управл ющем воздействии U(t) с выхода исполнительного блока

5 20 через фильтр 21 низкой частоты, в котором подавл етс  высокочастотна  помеха, подаетс  на блок 22 сравнени , где из него вычитаетс  выходной сигнал сумматора 5. В результате

0 получаетс  сигнал о разности между требуемым с точки зрени  полной компенсации изменений контролируемых возмущений и фактически регшизованным управлением. По этой разности прогно5 зируетс  с помощь-ю модели канала регулировани  суммарное за технологический цикл отклонение выходной переменной объекта управлени . Если сумматорное отклонение превышает на конечном интервале времени допустимый диапазон, то сигнал о разности подсуммируетс  к выходному сигналу блока 17 умножени . Если суммарное отклонение лежит в допустимом диапазоне , то в последующих расчетах разHocTb между требуемым и фактическим 0 управлением не учитываетс .

Выходной сигнал блока 22 сравнени  подаетс  на вход интегратора 23(на интеграторе 23,блоке 24 задержки и блоке 25 сравнени  реализовано интегральное 15 звено с отсечкой ). Из выходного сигнала интегратора 23 в блоке 25 сравнени  вычитаетс  выходной сигнал этого же интегратора 23, задержанныйв блоке 24 задержки на интервал време-20 ни На выходе блока 25 сравнени  получаетс  сигнал о суммарной на интервале разности между требуемым и фактическим управлением , этот сигнал подаетс  на инерционное 25 звено 26, реализованное в виде интегратора , охваченного отрицательной обратной св зью.

С выхода инерционного звена 26 сигнал об отклонении выходной переменной -jn объекта управлени  подаётс  на вход трехпозиционного реле 28, функционирование которого описываетс  выражением -И при Vg(t)/A,2J

о при (i)A,

вых( - при ),

в котором :)вых ( вх. соответствен- но выходной и входной сигналы реле А - посто нна  величина.

- .(

исходной сигнал трехпозиционного еле 28 задерживаетс  в блоке 29 заержки на интервал времени t и поаетс  на вход блока 30 умножени , 45 где умножаетс  на выходной сигнал рехпозиционного реле 28 в текущий моент времени. При отклонении входноо сигнала реле 28 сверх допустимого иапазона в одну сторону в моменты сп ремени t и t-tjвыходной сигнал второго блока умножени  равен величине +±. Во всех других случа х этот сигнал равен величине О или -1. В случае, когда величина выходного сигнала блока 30 умножени  равна +1 ключ 31 замыкаетс  и соедин ет выход асштабирующего блока 27 с входом сумматора 18. Тем самым мен етс  структура всего прогнозирующего егул тора. Выходной сигнал инерци-. 60 онного звена 26 идет на масштабирующий блок 27 (П-регул тор ), где умножаетс  на посто нный коэффициент и поступает (когда ключ 31 замкнут ) на вход сумматора 18,в котором суммируетс  65

с выходным сигналом блока 17 умножени . Выходной сигнал сумматора 18  вл етс  суммарным управлением на весь технологический цикл. В масштабирующем блоке 19 этот сигнал умножаетс  на величину, обратно пропорциоJ aльнyю длительности технологического цикла, то есть суммарное управление распредел етс  по длительности цикла. .Сигнал о полученном управлении подаетс  на исполнительный блок 20 дл  реализации .

Введение новых блоков и св зей в предлагаемом регул торе позвол ет минимизировать величину управл ющего воздействи  при выполнении ограничений на величину отклонени  выходной переменной объекта управлени . Например , при стабилизации основности шлака доменного процесса, как показывают результаты моделировани , применение предлагаемого пронозирующего регул тора позвол ет снизить по сравнению с известным регул тором расход флюсующих добавок на 20-30% при заданной точности регулировани . В результате повышаетс  производительность доменной печи на 1-1,5% и с ижаетс  расход кокса на 0,3-0,5 кг/т, что в свою очередь, дает экономический эффект пор дка 200 тыс,руб. в год на одну доменную печь большого объема.

Формлула изобретени 

Прогнозирующий регул тор с переменной структурой, содержащий сумматор , два входа которого через соответствующие масштабные блоки подключены к выходам первого и второго фильтров, а выход - к первому входу первого блока сравнени , второй вход которого соединен через третий фильтр с выходом исполнительного блока , последовательно соединенные первый блок задержки, второй блок сравнени , экстрапол тор, второй блок задержки и третий блок сравнени , второй вход которого соединен с выходом второго блока сравнени , последовательно соединенные четвертый фильтр четвертый блок сравнени  и третий масштабный блок, а также последовательно соединенные третий блок задержки , п тый блок сравнени , инерционное звено и четвертый масштабный блок, отличающийс  тем, что,,с целью минимизации управл ющего воздействи , в регул тор введены два интегратора, определитель модул , задатчик, ключ, последовательно соединенные первый умножитель, второй сумматор и п тый масштабный блок, а также последовательно соединенные реле, четвертый блок задержки и второй умножитель, второй вход которого соединен с выходом реле, а выход с управл ющим входом ключа, информаци онные вход и выход которого подключены соответственно к выходу четвертого масштабного блока и к второму «ходу второго сумматора, выход п того масштабного блока подключен к входу исполнительного блока, первый вход первого умножител  соединен с . выходом экстрапол тора, а второй вход - с выходом третьего масштабного блока, выход эадатчика подключен к второму входу четвертого блока сравнени , вход и выход определител  модул  соединены соответственно с .выходом третьего блока сравнени  и с входом четвертого фильтра.

вход первого интегратора соединен с выходом первого сумм)атора, а выход - с входом первого блока задержки и с вторым входом второго блока сравнени , вход второго интегратора соединен с выходом первого блока сравнени , а выход - с входом третьего блока задержки и с вторым входом п того блока сравнени , вход реле соединен с выходом инерционного эвен&.

Источники информации, прин тие во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 371562, кл. G 05 В 17/00, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР W 815713, кл. G 05 В 13/02, 1979 (протчтип).

Claims (1)

1. Формлула изобретения

   Прогнозирующий регулятор с переменной структурой, содержащий сумматор, два входа которого через соответствующие масштабные блоки подключены к выходам первого и второго фильтров, а выход - к первому входу первого блока сравнения, второй вход которого соединен через третий фильтр с выходом исполнительного блока, последовательно соединенные первый блок задержки, второй блок сравнения, экстраполятор, второй блок задержки и третий блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго блока сравнения, последовательно соединенные четвертый фильтр, четвертый блок сравнения и третий масштабный блок, а также последовательно соединенные третий блок задержки, пятый блок сравнения, инерционное звено и четвертый масштабный блок, отличающийся тем, что, с целью минимизации управляющего воздействия, в регулятор введены два интегратора, определитель модуля, задатчик, ключ, последовательно соединенные первый умножитель, второй¹ сумматор и пятый масштабный блок, а также последовательно соединенные реле, четвертый блок задержки и вто9 рой умножитель, второй вход которого соединен с выходом реле, а выход с управляющим входом ключа, информационные вход и выход которого подключены соответственно к выходу четвертого масштабного блока и к второму •'ходу второго сумматора, выход пятого масштабного блока подключен к входу исполнительного блока, первый вход первого умножителя соединен с . выходом экстраполятора, а второй вход - с выходом третьего масштабного блока, выход задатчика подключен к второму входу четвертого блока сравнения, вход и выход опреде'лителя модуля соединены соответственно с выходом третьего блока сравнения и с входом четвертого фильтра, вход первого интегратора соединен с выходом первого сумматора, а выход - с входом первого блока задержки и с вторым входом второго блока сравнения, вход второго интеграто5 ра соединен с выходом первого блока сравнения, а выход - с входом треть его блока задержки и с вторым вхо-’ дом пятого блока сравнения, вход ре ле соединен с выходом инерционного 10 эвена.