SU993206A1 - Система экстремального управлени дл объекта с запаздыванием - Google Patents

Description

(5) СИСТЕМА ЭКСТРЕМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТА С ЗАПАЗдаВАНИЕМ

1

Изобретение относитс  к автомати ческому экстремальному управлению объектами с запаздыванием, имеющими контролируемые управл ющее и внешнее воздействи , ненаблюдаемое внешнее воздействие, наблюдаемую и регулируемую выходные переменные и может быть использовано в металлургической промышленности, в частности, в системе управлени  плавкой стали в мартеновской печи.

Известна система автоматического управлени , содержаща  объект управлени , а также последовательно соединенные первый блок сравнени , второй блок сравнени , регул тор, модель , блок задержки, третий блок сравнени , выход которого соединен с вторым входом второго блока сравнени . Выход регул тора соединен с входом объекта управлени , выход которого подключен к входу первого блока сравнени , а выход модели объекта соединен с вторым входом третьего блока сравнени  3Недостатком системы автоматического управлени   вл етс  неудовлетворительна  точность управлени , обусловленна  отсутствием учета действи  на объект управлени  контролируемых возмущений.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой  вл етс 

10 система экстремального управлени  дл  объектов с запаздыванием, содержаща  блок синхронизации, последовательно соединенные блок задани  начальных условий, первый ключ,

15 первую модель, второй ключ, блок управлени , блок согласовани  и последовательно соединенные первый экстрапол тор и третий ключ, соединенный выходом с вторым входом первой

20 модели, вторым входом - с вторым выходом блока задани  начальных условий , а третьим входом - с вторым входом первого ключа и первым I 9 выходом блока синхронизации, подключенного вторым выходом к второму входу второго ключа, а третьим выходом - к второму входу блока согласовани , первый вход которого соединен с третьим входом первого ключа , а выход - с первым входом объекта и с первым входом блока задани  начальных условий, второй вход которого подключен к второму входу объекта и входу первого экстрапол тора f2J. К недостаткам этой системы автоматического управлени  относитс  низ ка  точность управлени , обусловленна  отсутствием учета действи  на объект управлени  ненаблюдаемых возмущений . Цель изобретени  - повышение точности системы. Поставленна  цель достигаетс  тем что она содержит последовательно сое диненные вторую модель, сравнивающий элемент, третью модель, второй экстр пол тор и четвертый ключ, второй вхо которого подключен ко второму выходу второго экстрапол тора, третий вход к выходу блока синхронизации, а выход - к третьему входу первой модели первый вход второй модели подключен к первому входу объекта, а второй вход - к второму входу объекта, выхо которого соединен с вторым входом сравнивающего элемента. f-ia чертеже представлена блок-схема системы управлени  Система управлени  содержит объект 1, первую модель 2, блок 3 задани  начальных условий, первый экстра пол тор , блок 5 управлени , блок 6 согласовани , блок 7 синхронизации первый ключ 8, второй ключ 9, третий ключ 10, вторую модель 11, сравнивающий элемент 12, третью модель 13, второй экстрапол тор 14, четвертый ключ 15. В схеме прин ты следующие обозначени  : управл ющее воздействие; контролируемое возмущение ненаблюдаемое возмущениеj X(t) - регулируема  выходна  пер менна  объекта управлени  наблюдаема  выходна  переменна  объекта управлени сжата  предыстори  управл ющего воздействи ; Z (t )- сжата  предыстори  контро лируемого возмущени . ()- сжата  траектори  прогнозируемых значений контролируемого возмущени -, значение ненаблюдаемого возмущени  приведенного к регулируемому выходу, значение нелаблюдаемого возмущени , приведенного к наблюдаемому выходу объекта , прогнозируемые значени  ненаблюдаемого возмущени , приведенного к регулируемому выходу объекта; z (t.)сжата  траектори  прогнозируемых значений ненаблюдаемого возмущени  приведенного к регулируемому выходу объекта; )- сжата  траектори  i-ro варианта управл ющего воздействи ; --масштаб времени (S 1); -врем  переходных процессов в объекте; -текущее врем , -врем  запаздывани  объекта по возмущению. Система автоматического управлени  работает следующим образом. На входы объекта 1 и второй модели 11 поступают сигналы об управл ющем воздействии V(t) и о контролируемом возмущении Z(t) , Втора  модель объекта П предназначена дл  определени  реакции объекта 1 управлени  по наблюдаемой выходной переменной X(t) на действие контролируемого возмущени  Z,(t) и управл ющего воздействи  V(t) и работает в реальном масштабе времени. С выхода второй модели объекта 11 на первый вход сравнивающего элемента 12 подаетс  сигнал с модельном значении наблюдаемой выходной переменной объекта управлени  X(t). Сравнивающий элемент 12 путем вычитани  сигнала из сигнала о фактическом значении регулируемой выходной переменной X«(t), поступающего с выхода объекта 1 управлени , формируетс  сигнал о приведенном к наблюдаемому выходу объекта ненаблюдаемого возмущении Z(t). Сигнал (t) с выхода сравнивающего элемента 12 поступает на вход третьей модели объекта 13, где си1 нал (t) пересчитываетс  в оценку

вли ни  того же ненаблюдаемого возмущени  на регулируемый выход объекта управлени  .( (t). Сигнал с выхода третьей модели 13 объекта поступает на вход второго экстрапол тора 1, который прогнозирует траекторию изменени  ненаблюдаемого возмущени  приведенного ж регулируемому выходу объекта на интервале времени (t+T, t+T+Tr,).

Второй экстрапол тор 14 имеет два выхода. С первого выхода второго экстрапол тора 14 на первый информационный вход четвертого ключа 15 подаетс  сигнал о прогнозируемом значении ненаблюдаемого возмущени  Z..(t) на момент времени t+i;. С второго выхода на второй информационный вход того же ключа поступает сигнал о прогнозе сжатой во времени в масштабе S траектории изменени  ненаблюдаемого возмущени  чнэ(с) интервале времени (t+t, t+TVTf,).

Сигналы о контролируемом возмущении Zn(t) и об управл ющем воздействии поступают также на вход блока задани  начальных условий 3 который осуществл ет запоминание и выдачу сжатых во времени, в масштабе S, тра екторий изменени  этих сигналов,

С первого выхода блока задани  начальных условий 3 на первый информационный вход первого ключа 8 подаетс  сигнал сжатой во времени в мас штабе S траектории изменени  управл ющего воздействи  ), а с второго выхода на второй информационный вход третьего ключа 10 подаетс  сигнал о сжатой во времени (в масштабе S) траектории изменени  контролируемого возмущени  Z(t,-.i.

Сигнал о контролируемом возмущении 2(t) поступает на вход первого экстрапол тора 4, который осуществл ет прогноз сжатой во времени в масштабе S траектории изменени  контролируемого возмущени  ) на интервале времени (t, t+T) . Сигнал с выхода первого экстрапол тора k поступает на первый информационный вход третьего ключа 10.

Работа остальной части схемы происходит циклически. Формирование цикла осуществл ет блок 7 синхронизации , путем управл ющих сигналов на управл ющие входы согласующего устройства 6 и ключей 8, 9,

10 и 15- Каждый цикл состоит из двух интервалов временидлительностью интервала задани  начальных условий и интервала прогноза. 5 На первом интервале времени проис ходит задание начальных условий. При этом сигналами с выхода блока 7 синхронизации ключи В, 9, 10 и 15 устанав ливаютс  в следующие позиции. Вто10 рой ключ 9 разомкнут.

Первый ключ 8 соедин ет первый выход блока 3 задани  начальных условий с первым входом первой модели 2 объекта, четверУый ключ 15 соедиts н ет первый выход второго экстрапол тора 14 с третьим входом первой модели объекта.

При этом на входы первой модели объекта 2 с выходов блока задани  20 начальных условий 3 поступают сигналы о сжатой предыстории изменени  управл ющего воздействи  V(t:g} и контролируемого возмущени  /-(ц), а также, в отличие от прототипа, на 25 третий вход первой модели объекта 2 с первого выхода второго экстрапол тора 14 через четвертый ключ 15 постуг-ает сигнал о прогнозируемом на текущий момент времени значении 30 ненаблюдаемого возмущени  ).

Перва  модель объекта 2 работает в ускоренном масштабе времени и предназначена дл  определени  реакции объекта 1 управлени  по регулируемой JJ переменной на действие входных воздействий . В конце первого интервала времени на выходе первой модели объекта 2 устанавливаютс  искомые начальные услови . При этом обеспечиваетс  боQ лее точна  установка начальных условий по отношению к прототипу за счет дополнительного учета вли ни  на объект 1 управлени  ненаблюдаемых возмущений, путем использовани  инфорj мации о наблюдаемой выходной переменной X(t) .

На втором интервале времени осуществл етс  расчет оптимального варианта управлени  на ближайший цикл работы системы.При этом сигналами с

0 выхода блока 7 синхронизации ключи В, 9. 10 и 15 устанавливаютс  в следующие позиции. Второй ключ 9 замкнут. Первый ключ 8 соедин ет выход блока 5 управлени  с первым входом первой

Claims (2)

1. 5 модели объекта 2, третий ключ 10 соедин ет выход первого экстрапол тора 4 с вторым входом первой модели объекта 2, четвертый ключ 15 соедин ет 7 второй выход второго зкстрапол то ра 1 с третьим входом первой модезл объекта
2. 2. Блок 5 генерирует вариан ты сжатых во времени траекторий управлени  V (t ) на иг тервале времен t, t+T. Каждый варианч; управлени  (tc;) подаетс  через первый ключ о .- гО на первый вход nepeos-i модели объекта 2, на остальные входы которой Через ключи 10 и 1ч Г0ступа:от соответственно сигналы о сжатых во времени прог(-1озируемь х траекчпри х кон тролируемого Zi/ tij) и ненаблюдаемого возиущеьжй -- jjialtg) на том we интервале времени ft , t+Tp) . С помощью первой модели объекта 2, работаюи ей в ускоренном масштабе зреме ни определ етс  реакци  объекта 1 управлени  по регулируемому выходу объекта на воздейстаи   / (t,,) , Учь в отличие m рототипа на третий зход первой модели объекта 2 с второго выхода второго зкстрапол тора 1 через четвертый ключ 15 поступает сигнал о прогнозе ока юй во времени траектории изменени  ненаблюдаемого возмущени  /;,,„( t,.-, ) . Это позвол ет осуидествить более точный прогноз реакции объекта упрае;лени  1 за счет дополнительного учета вли  ни  этого возмущени . В блоке 5 управлени  осуществл етс  расчет заданного критери  качества управлени  ,ал  каждого варианта управлени  ( выбор и запоминание варианта, обеспечивающего движение в направлении достижени  экстремального значени  этого критери  . Описанные действи  повтор ютс  до тех пор, пока не будет найден оптимальный вариант управлени , экстремизирующий заданный критерий. Этот вариант через согласующее устройство 6 подаетс  на объект 1 управлени  . Техническа  реализаци  моделей объекта 2 и 11, 13 определ етс  сво ствами конкретного объекта и может быть наполнена, например, в виде це пей, собранных на RC-цепочках, опер ционных усилител х и блоках задержки . Экстрапол торы i и 1 могут бы реализованы на основе форсирующих звеньев и  чейках пам ти. В качеств элементной базы блока 3 задани  начальных условий могут быть использо ны  чейки пам ти и ключи. 6 управлени  может быть peaлигован на Ьазе генераторов функции, ИНТ eipaiopoe 5 квадраторов, блоков сравнени S  чейках пам ти. Ключи могут быть выполнены на основе реле. Таким образом, в отличие от прототипа введение в систему автоматического управлени  второй модели объекта 11, сравнивающего элемента 12, третьей модели объекта 13, второго экстрапол тора 1 и четвертого ключа 5 позвол ет при определении оптимальных режимов функционировани  объекта управлени  учесть вли ние не только контролируемых, как в прототипе , но и ненаблюдаемых возмущений за счет использовани  информации обизмерении наблюдаемой выходной переменной и как следствие этого повысить точность управлени . При использовании предложенной системь дл  управлени  периодом дозодки мартеновской плавки стали с пеприменением метода имитационного мо .(елировани  в качестве наблюдаемых выходных переменнь1Х прин ть информацию о температуре насадок, свода , давлении под сводом. При этом по сравнению с прототипом система позвол ет повысить частоту попаданий в заданную область зна1- ен- .-1й по содержанию углерода и температуре металла в период доводки мартеновской плавки на 4%. Это приводит к у|1еньшению числа плавок с корректиРУЮ1ЦИМИ операци ми по устранению отклонений фактииеских значений выходных переменных от заданных и, вследствие этого, к сокращению средней продолжительности плавки на 6,5б мин и повышению производительности агрегата на 0;97 S также к снижению удельного расхода руды и мазута на 0,1Ьб кг/т и 0,328 кг/т, соответственно , Формула изобретени  Система экстремального управлени  дл  объекта с запаздыванием, содержаи а  блок синхронизации, последовательно соединенные блок задани  начальных условий, первый ключ, первую- модель, второй ключ, блок управлени , блек согласовани  и последовательно соединенные первый экстрапол тор и третий ключ, соединенный выходом с вторым входом первой модели, вторым входом с вторым выходом блока задани  начал ных условии, а третьим входом-- с вт рым входом первого ключа- и первым выходом блока синхронизации, подключенного вторым выходом к второму входу второго ключа, а третьим выходом - к второму входу блока согласовани , первый вход которого соединен с третьим входом первого ключа , а выход - с первым входом объекта и первым входом блока задани  начальных условий, второй вход которого подключен к второму входу объек та- и -входу первого экстрапол тора, отличающа с  тем, что, с целью повышени  точности системы, она содержит последовательно соединенные вторую модель, сравнивающий элемент, третью модель, второй экстр

   ///4/

   да 6 и четвертый ключ, второй пол тор вход которого подключен к второму выходу второго экстрапол тора, третий вход - к выходу блока синхронизации , а выход - к третьему входу первой модели, первый вход второй модели подключен к первому входу объекта , а второй вход - к второму входу объекта, выход которого соединен с вторым входом сравнивающего элемента . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Турецкий X. Анализ и синтез систем управлени  с запаздыванием. М., Машиностроение, Э7, с. 2U. 2.Авторское свидетельство СССР (f 371562, кл. G 05 В 17/00, 1970 (прототип).