Самонастраивающаяся система комбинированного регулирования

54) САМОНАСТРАИ ОМБИНИРОВАННОГО 1 АЯСЯ СИСТЕ ГУЛИРОВАНИЯ 57) Изобретение от амонастраивающихся ится к областистем автоматижет быть исния объектами авлени ческог зовано для упра мической и друг енности и являе изобретением к изобретения х отраслях прося дополнительвт.св. 9 1339494овышение точносв м ным Цел ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ ти самонастраивающейся системы комбинированного регулирования при действии на объект управления с нестационарной статической характеристикойвозмущений значительной интенсивности. Система содержит измерительрассогласования 1, регулятор 2, сумматоры 3,4,5 и 6, объект управления7, датчик внешнего возмущения 8,блок самонастройки 9, корректирующийфильтр 10, компенсатор 11, включающий блок обратной модели, блоки умножения, сумматор, блок коррекции,интегратор, управляемый ключ, блокпамяти. Введение блока умноженияс соответствующими связями позволяетрешить задачу адаптации коэффициентапередачи блока обратной модели придействии на нестационарный объектуправления 7 неконтролируемых возмущений. 1 О ил./48 Тираж 866 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раушд, 4 едприяти Производственно-полиграфическ Подпискомитета С и открытий ская наб Ужгород, ул. Проектная, 4. Изобретение относится к самонастраивающимся системам автоматического управления и может бытьиспользовано для управления, объекта 5ми в химической и других отрасляхпромышленности.Целью изобретения является повышение точности системы при действиина объект управления с нестационарной 1 Остатической характеристикой возмущений значительной интенсивности.На фиг. 1 представлена блок-схемапредлагаемой самонастраивающейсясистемы комбинированного регулирования; на фиг.2 - структурная схемасистемы; на фиг.З - основные цепикомпенсатора, снижающие чувствитель"ность системы к неконтролируемымвозмущениям; на Фиг 4 - 6 - блоксхемы реализации обратной моделиобъекта; на фиг.7 - блок-схема реализации логических блоков системьцка фиг.8 - блок-схема реализацииоперации интегрирования на скользящем интервале, ка фиг.9 - принципиальная схема пневматического ПИрегулятора; .на фиг.О - электрическая схема ПИД-регулятора.Система (Фиг. 1 и 2) содержит измеритель 1 рассогласования, регулятор 2, сумматоры 36, объект 7 управления, датчик 8 основного внешнего контролируемого возмущения,блок 9 самонастройки, корректирующийФильтр 10, компенсатор 11, блок 12выделения модуля, блок 13 дифференцирования, блок 14 выделения модуля,блок 15 дифференцирования, блок 16выделения модуля , логический блок17, логический блок 18, логическийблок 19, логический блок 20, блок21 выделения модуля блок 22 деления,управляемый ключ 23, блок 24 памяти,блок 25 умножения блок 26 задержки, 45блок 27 обратной модели объекта,блок 28 умножения блок 29 умножения,сумматор 30, блок 31 коррекции, интегратор 32, управляемый ключ ЗЗ,блок 34 памяти.Блок-схемы реализации обратной модели объекта (фиг,4 - 6) содержатпропорциональные звенья 35 и 36,инерционно-дифференцирующее звено 37,сумматор 38, пропорциональное звено5539, инерционно-дифференцирующее зве-но 40, сумматор 41, пропорциональноезвено 42 инерционно-дифференцирующее звено 43, сумматор 44, инерционные звенья 45-47, блок 48 дифференцирования, пропорциональное звено 49,сумматор 50, блок 51 дифференциро"вания, пропорциональное звено 52,сумматор 53, блок 54 дифференцирования, пропорциональное звено 55, сумматор 56, пропорциональное звено 57.Блок-схема реализации логическихблоков системы (фиг.7) содержит компаратор 58, управляемый ключ. 59,компаратор 60, управляемый ключ 61,компаратор 62, управляемый ключ 63,компаратор 64, управляемый ключ 65.Блок-схема операции интегрирования на скользящем интервале (фиг.8)содержит блок 66 задержки, сумматор67 и блок 68 инегрирования.Принципиальная схема пневматического ПИ-регулятора (фиг.9) содержитэлемент 69 сравнения, дроссельныйсумматор 70, элемент 71 сравнения,усилитель 72 мощности, элемент 73сравнения, емкость 74, эапорный клапан 75, отключающее реле 76,На фиг.1-1 О приняты следующиеобозначения: Ьу - отклонениевыходного сигнала от задания; С - управляющий сигнал; Со - задание дляпервого логического блока; С, - задание для второго логического блока;С - задание для третьего логического2блока; С З - задание для четвертогологического блока; П, - первыйвыходной сигнал регулятора; Пдвторой выходной сигнал регулятора(сигнал ПД-составляющей закона ре"гулирования); э(й) - выходной сигнал разомкнутого контура; П - совокупный управляющий сигнал разомкнутого и замкнутого контуров управления; Х,(С) в .основное контролируемое возмущение; Х(с) - .вход объектапо каналу управления; у - выходобъекта; Й(1 - выход обратной моде-ли объекта; Х - выход второго блока умножения; Х,(й) - выход третьегоблока умножения (т.е, оценка входаобъекта; Х(с), полученная посредствомобратной модели с использованием самонастройки коэффициента ее передачи); Е(С) - неконтролируемое возмущение Е- эквивалентное неф ээконтролируемое возмущение, приведенное к входу объекта по каналу управления; Г,(С) - выход пятого сумматора Й (С) - выход блока коррекцииф Эквду объекта го каналу управления);Г . - Усредненная на скользящемл линтервале оценка Г,; Г,(С) - выход второго блока памяти Х (С)у5выхсц датчика основнот о внешнеговозмущения ".,(".) - выходной сигналблока 21; ау (С.) - вы;одной сигналблока 12; д у,(Т) - выходной сигналблока 14; ау;(г.) - выходной сигналблока 16; Р . - сигнал, пропорциональный текущему значению регулируемого параметра; Р, - командный сигнал Р - задание на регулятор",ДД - регулируемый дроссель; ДИ - регулируемый дооссель; Р , -. выходнойсигнал регулятора; П " внешний переключатель рода работы; Р.А - Ре:";имыработы регулятора . Учное ,Авто 1.) 11мат; Боль це, "Меньше" - кнопки0выбора знака приращения выходногосигнала в режиме ручного управления;О , - напряжение внутреннего источника питания; Р Р Р- обмоткии контакты реле; К, С- резистор 25и конденсатор интегратора ручногоуправления; +Н -0-опорные напряжения; МКЛ"- модуль компенсациидрейфа, Д., - двухаиодньй стабилитрон; А, -А, - операционные интегоальные уси: .тели; Е- высокоомныйпеременный резистор интегратораС- конденсат ор интегратора; Н выходной сигнал интегратора (И-составляющая); К - общий. коэффициентпропорциональности регулятора; с,35лилсуммарный сигнал П, И, Д-составляющих закона регулирования; Кф, Сф -резистор и емкость апериодическогозвена (фильтра); с- сигнал в ограчитель выхода регулятора; По, - выходной сигнал ограничителя; Ц, Д диоды; Пн, -0 ь - сигналы ограничения выхода интегратора ручного управления на нижнем и верхнем уРовнях; 45Г - сигнал рассогласования заданногои текущего знач ния параметра КФ 1электронный аналоговый ключдлительность интервала усредненияв блоке 32; Г .,(-7) - сигналл 502 , запаздывающий на времяофСистема состоит из разомкнутогоконтура управления по возмущению,замкнутого контура по отклонению,целен самонастройки разомкнутогоконтура. цепей расчета и компенсации эквивалентного возмущения, приведенного к входу объекта по каналууправления, цепеи адаптации коэффициента усиления обратной моделиобьекта,основное внешнее возмущение Х (С)1поступает на первый вход объекта 7к вход датчика 8. На первый входизмерителя 1 рассогласования поступает задающее воздействие ц(1), Натре.ьи вхсдь: логических блоков 17-20поступают сигналы заданий, соответстзенио, С, С, С и С , На первыйвхд первого логического блока 17 подается управляющий сигнал С, На третий вхсц объекта поступает неконтролируемое возмущение 1, Замкнутый онтур регулирования содержитпоследэватально соединенные блоки2, 3. 6 и 7, охваченные отрицател. Чей обптнсй :вязью, Разомкнутыйкои;ур регулирования включает последовательно соединенные блоки 8, 10,3, 6 и 7, Выходами замкнутого и Разомкнутого контура являются соответственно сигналы Ни П (") .Ниже представлена последовательноработа разомкнутого, замкнутого контуров системы, а также работа компен-а-ора и цепей адаптации коэффициентовз передачи разомкнутого контура иобратной модели объекта.Разомкнутый контур работает следующим образом. В блоке 22 формируется сигнал отношения величин, пропорциональных входным переменным, котоРьй .враз упавляемый ключ 23 поступ;.а- и первый блок 24 памяти. Сигналы, поступающие на первый и второйвходы делителя 22, пропорциональнына практике (применительно, напримерк области химической технологии)дозировкам соответственно реагентаи сырья. Поэтому отношение сигналов,поступающее в первый блок 24 памяти,пропорционально отношению дозировокреагента и сырья. Запись выходногоскгнала блока 22 деления в блоке 24памяти прокзводится только в томслучае, когда блок 9 самонастройкивыдает управляющий сигнал С на открытие ключа 23. Выходной сигнал блока24 памяти поступает в блок 25 умножения, в котором формируется выходной сигнал 11(й) разомкнутого контура. Таким образом, выходной сигналдатчика 8 умножается в блоке 10 нанекоторую величину (коэффициент передачи блока 10), которая между актами самонастройки корректирующегофильтра 10 является величиной пос138882 тоянной и хранится в блоке 24. При самонастройке блока 10 коэффициент передачи его изменяется скачкообразно,так как при наступлении состояния кназистатики новое отношение входных5 сигналов делителя 22, пропорционально текущему соотношению дозировок реагента и сырья, пропускается через ключ 23 и запоминается в первом бло О ке 24 памяти. При работе системы все изменения величины Х(Г) будут в определенном соотношении, равном коэффициенту передачи блока 1 О, отслеживаться величиной Ц Таким образом, корректирующий фильтр 10 представляет собой пропорциональное звено с переменным коэффициентом передачи, который имеет кусочно- постоянный характер. 20Блок 9 самонастройки работает следующим образом,(фиг.2), Блок 17 служит для определения момента самонастройки. В блоках 18, 19 и 20 проверяются условия кнаэистатики объекта управления, Операции, выполняемые н блоках 17, 18, 19 и 20, описываются соответственно Формулами (1-4),П.(е) ь Е,(с)( С (1) ау ( С,;й Г д(е)3(4) лСумма сигналов П,(1) и Г (г.) нредставляет собой реакцию замкнутогоконтура системы н цепей компенсации 4 Она дейстние всех видов возмущений,изменяющих выход объекта. Если мо-.дуль укаэанной суммы сигналов, получаемый в блоке 16, превышает некоторую заданную величину С(1) и при 45этом объект находится в состояниикнаэистатики, т.е. выполняются условия (2,3,4), то управляющий сигналС проходит первый 17 второй 18,третий 19, четвертый 20 логическиеблоки и поступает на управляющиевходы первого 23 н второго 33 управляемых ключей, Одновременно сигналС поступает в регулятор 2, где обнуляет интегральную составляющую сигна ла У(ь). Пусть для конкретности регулятор 2 реализует ПИД-закон регулирования, тогда(5) где ВВ , В - настраиваемые параметры регулятора, В результате актасамонастройки корректирующего фильтра10 неличина П(г.) будет определятьсяследующей формулой: 0,(г) В дуй) ВэЖс 11 а (г)3й Переход системы и результате самонастройки корректирующего фильтра 10на новое значение коэффициента егопередачи, не вызывает возмущения входного сигнала Х(г.) объекта 7, При выполнении условий, проверяемых и блоках 17, 18, 19 и 20 системы, сигналС открывает ключ 23, н результате чего сигнал У(1) после суммированияс 3(Г.) и вычитания иэ него н сумматоре 5 величины, определяемой выражением (6), проходит блок 22 деления,первый управляемый ключ 23, записывается в блоке 24 памяти, проходитпервый блок 25 умножения и в видесигнала 0(г.) поступает на второйвход первого сумматора 3, Операцияобнуления И-составляющей приведетк тому, что условие, проверяемоев первом логическом блоке 17, не будет выполняться, н результате чегосигнал С не пройдет логические блоки17, 18, 19 и 20 и управляемый ключ23 закроется,Таким образом, в первом блоке 24памяти будет записано новое значениекоэффициента передачи корректирующегоФильтра 10, При этом выходной сигналП, регулятора 2 будет уменьшен,а выходной сигнал Празомнутогоконтура увеличен на И-составляющуювыхода регулятора, имевшую место всоставе П,(с) перед моментом самонастройки Второй выход П п регулятора 2 определяется выражением (6),те. представляет собой ПД-составляющую сигнала П Сигнал 0вычитается в сумматоре 5 из сигналаП(г.). Этим исключается двойное суммирование ПД-составляющей выходарегулятора 2 в сумматоре 3 и, следовательно, возмущение входя объекта.Цепь, связывающая второй выход регуляторас вторым входом сумматора 5,позволяет повысить точность работысистемы за счет исключения возмущения входа объекта при адаптации фильтра 10, когда ПД-составляющая П(С) отлична от нуля. При дальнейшей работе величины П (С) и 1 ,(г) как реакции соответственно замкнутого контура и цепей компенсации системы на отклонения у от задания будут изменяться. Когда модуль ука занной суммы сигналов превзойдет заданную величину С , производится анализ условий квазистатики объекта управления, При наступлении квазистатичного состояния выполняется следующий акт адаптации фильтра 10. Величины С СС Сз являются априорно настраиваемыми параметрами блока 9. Изменение величины выхода регулятора 2 с течением времени характери зует изменение динамических характеристик канала управления И(ИЛИ) внешних условий функционирования системы. Величина модуля суммы сигналов П (С) и 1, (1) в состоянии 25 квазистатики объекта 7 характеризует степень несоответствия управляющего сигнала Х величине основного контролируемого возмущения Х, в текущих условиях функционирования системы. В результате самонастройки фильтра 10 повышается качество компенсации на входе объекта возмущения Х (с) и, следовательно, качество работы всей системы в целом, так как часть возмущений, которая до этого проходила через объект, увеличивала дисперсию выходного параметра и нагружала обратную связь, будет скомпенсирована на его входе, 40Компенсатор 11 работает следующим образом.Компенсатор 11 предназначен для определения и компенсации эквивалентного возмущения, приведенного к Вхо ду объекта по каналу управления. Цепи компенсатора, изображенные сов-. местно с замкнутым контуром управления (фиг.3), включает в себя блоки 2 б, 27, 30 и 31. Они являются основой компенсатора (фиг.1 и 2) и в них50 выполняется следующее: восстанавли" вается посредством блока 27 обратной модели вход объекта 7 из выходного сигнала объекта у(Г) опреде-. ляется разность дейслтвительного Й(С) и восстановленного Х входов объектов посредством сумматора 30. Полученный сигнал разности пропускается через блок 31 коррекции и суммируется с выходом регулятора с целью компенсации эквивалентного возмущения, приведенного к входу объекта по каналу управления. Модель объекта сниХмается по каналу---- у1. ЭтоХ,И)удобно тем, что модель, снятая по указанному каналу, позволяет учитывать изменения обоих входных воздействий объекта Х и Х,. Выходом блока 27 обратной модели является сигнал оценки:Х(е)М(г) = - - --Х,И) (7)Блок 28 умножения служит для получел,ния из М(С) оценки входного воздейстлвия Х объекта 7,Связь блока 32 с сумматором 5служит для использования Г(С) (скользящего среднего оценки эквивалентного возмущения) при адаптации коэффициента передачи корректирующегофильтра 10. Учет сигнала ЙИ) являющегося составной частью реакции объекта на все виды действующих на еговыход возмущений, позволяет повыситькачество адаптации коэффициента передачи разомкнутого контура.Цепь, включающая блоки 33 и 34,предназначена для образования второго канала прохождения сигнала Г(1)с целью исключения при самонастройкеблока 10 возмущения их входа объекта.Связь выхода блока 31 коррекции свходом сумматора 4 предназначена дляиспользования оценки эквивалентноголвозмущения Г,кз при определениинеобходимого условия адаптации, проверяемого в блоке 17, (фиг,2), Эталсвязь необходима, так как Г(С)является составной частью сигналаоперативной реакции цепей системына изменения выхода объекта.Ниже приведено обоснование введения блока 29 умножения в состав компенсатора 11.Приняты следующие обозначения:1,+, - два последовательных момента квазистатики объекта 7 (фиг. 1и 2), в которые происходит самонастройка фильтра 10, К,(,) К,е (с; ).К р(с,.), К (е,.) Кф(е,) К(е;)коэффициенты передачи объекта 7, разомкнутого контура (блоки 8, 10,7) икорректирующего фильтра 10 соответственно в моменты времени С, 1;+1388826 10ента передачи указанной цепи необходимо ввести цепь адаптации, Этой цели служит блок 29 умножения и связь выхода блока 24 памяти с вторым вхо 5дом блока 29, В этом случае Поскольку объект нестационарен, то(8) К, И;) =К,Б И;)"где С - некоторая положительная величина Коья С 1)Коб(С;)КФ(С 1) мк гВ 110где К= К, /КИ;)Для момента с;: К рк(С 1) Кф(С 1) оа ( 1) ф(17) В результате перестройки корректирующего фильтра 10 (в момент с, ) Ко. вм(г 11 )(18)К о, вх (с 1)Введение цепи адаптации, состоящей из блока 29 умножения и связивыхода блока 24 памяти с вторым входом блока 29, позволяет решить зада- (12) чу адаптации коэффициента передачиобратной модели в зависимости от изменения коэффициента передачи объекта 7, что повышает точность оценкиэквивалентного возмущения, приведенного к входу объекта по каналу управ 30ления, а это повьппает качество рабо"ты компенсатора. 11 и точность работывсей системы в целом К,(с;,) = К р(с,),так как цепи самонастройки фильтра 10 предназначены для стабилизации коэффициента передачи разомкнутого контура. Следовательно, из (9), (10) и (11) вытекает К,(с) = К,(с,) -;-.1 Рассмотрим цепь, включающую блоки 7, 27 и 28, Выход блока 28 Х(11) представляет собой оценку входа блска по каналу управления, Блок 28 умножения для удобства анализа заменен блоком усиления, Для простоты принято Х,(С;)=Х 1(С;1) х К г в ( с; ) = Х, И; ) =К г в.(15)45 Иэ сравнения данных (14) и (15) сле-, дует, что для стабилизации коэффици-Коэффициент передачи К, в цепи(блоки 7, 27 и 28) в момент Ко.в.(С,)=КоЕ(С;) К м К.вх Ко вх(С 1+1) оБ() "1" м й Формула изобретения Самонастраивающаяся система комбинированного регулирования по авт.св. Р 1339494, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повьппения точности системы при действии на объект управления с нестационарной статической характеристикой возмущений значительной интенсивности, второй вход пятого сумматора соединен с выходом второго блока умножения через третий блок умножения, второй вход которого соединен с выходом первого блока памяти.