Самонастраивающаяся система комбинированного регулирования

; ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Кф 35 .Суха ашени тельство СССРВ 13/00, 1986.льство СССРВ 13/00, 1986 лен 54 ОМБ 57 ам ож те равдру елью е об- ема х изо лас ОСУДАРСТНЕННЫЙ НОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидР 1339494, кл. С 05Авторское свидетН 1386957, кл, С 05 САМОНАСТРАИВАЮШАЯСЯ СИСТЕ НИРОВАННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ Изобретение относится к с втоматического управления быть использовано для уп объектами в химической и траслях промышленности. Ц етения является расширени применения системы, Сист содержит измерители рассогласования 1, 2, блок выбора режима 3, регуляторы 4, 6, сумматоры 5, 7, 10, 2, 15, блоки умножения 8, 9, объект управления 11, датчик внешнего возмущения 13, корректирующий фильтр 14, блок самонастройки 16. Система обеспечивает автоматическое управие двухрежимными процессами, например выпуском продукции двух сортов. При действии на нестационарный объект управления возмущений большой интенсивности блок 3 в зависимости от условий выбирает режим работы системы) подключая один из двух основных каналов регулирования, содержащих измеритель рассогласования 1 с регулятором 4 и измеритель рассогласования 2 с регулятором 6.1509828 5 нианцв Вюи оставителехред Л. орректор М.Иаксимиии Редактор С.Пека ж 788 Подписное омитета по изобретениям и оосква, Ж, Раушская наб оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина Заказ 580 ВНИИПИ Го 43 ар Ти твенного 113035, Е.Власоврдюкова рытиям при ГКНТ ССС 4/53 1509828Изобретение относится к системамавтоматического управления и можетбыть использовано для управленияобъектами в химической и других от 5раслях промышленности.Цель изобретения - расширение области применения системы в условияхнестационарности объекта по коэффициенту передачи ц воздействия на 10объект управления возмущений значительной интенсивности.11 а фиг.1 представлена блок-схемасамонастраивающейся системы комбинированного регулированиярна фиг,2 -структурная схема этой системы; наФиг,З - блок-схема реализации логических блоков этой системы;на Фиг,4 -принципиальная схема пневматического 11 И-регулятора; на фиг.5 - электрическая схема ПИД-регулятора.Система (фиг.1 и 2) включает измерители 1 и 2 рассогласования, блок3 выбора режима, первый регулятор 4,четвертый сумматор 5, второй регулятор 6, третий сумматор 7, первый блок8 умножения, второй блок 9 умножения, первый сумматор 10, объект 11управления, второй сумматор 12, датчик 13 внешнего возмущения, корректирующий фильтр 14, шестой сумматор15, блок 16 самонастройки, первыйуправляемый ключ 17, второй управляемый ключ 18, пятый сумматор 19,логический блок 20, блок 21 выделения модуля, блок 22 дифференцирования, блок 23 выделения модуля, блок124 диФференцирования, блок 25 выделения модуля, логические блоки 2629, третий блок 30 выделения модуля, блок 31 деления, третий управляемьй ключ 32, блок 33 памяти, блок34 умножения.Блок-схема реализации логическихблоков системы (Фиг.З) включает ком 45паратор 35, управляемый ключ 36,компаратор 37, управляемый ключ 38,компаратор 39, управляемый ключ 40,компаратор 41,управляемый ключ 42.Принципиальная схема пневматического ПИ-регулятора включает элемент 5043 сравнения, дроссельный сумматор44, элемент 45 сравнения, усилитель46 мощности, элемент 47 сравнения,емкость 48, запорньц клапан 49, отключающее реле 50.На Фиг.1-5 приняты следующие обо-;значения: 8, - задающее воздействием 8(С) - задающее воздействие; Ьу - отклонение выходного сигнала объекта от первого задания; Ьу, (С) - отклонение выходного сигнала объекта от второго задания; В - управляющий сигнал; С - управляющий сигнал; Со - задание для логического блока 26; С - задание для логического блока 27; С- задание для логического блока 28; Сз - задание для логического блока 29;К в - задание для логического блока 20;11 - выход блока 8 умножения; У - выход блока 34 умножения; Пп - выходной сигнал блока 9 умножения; Х, - основное контролируемое возмущение; Х (г) - вход объекта по каналу управления; у выход объекта; К (С) - выходной сигнал блока памяти; 11 - выходной сигнал блока 30 выделения модуля; Ьу, - выходной сигнал блока 21 выделения модуля; А у(С) - выходной сигнал блока 23 выделения модуля; у (г.) - выходной сигнал блока 253выделения модуля; Р- сигнал, пропорциональньп текущему значению регулируемого параметра; Р - командньп сигнал, Р - сигнал, пропорциональнььй заданному значению регулируемого параметра; ДД - регулируемый дроссель; ДИ - регулируемый дроссель; Р ь, - выходной сигнал регулятора; Й - внешний переключатель рода работы; "Р" и "А" - режимы работы регулятора "Ручное" и "Автомат"; "Больше", "Меньше" - кнопки выбора знака приращения выходного сигнала в режиме ручного управления;У напряжение внутреннего источника питания; Р, Р , Р - обмотки и контакты реле; К, С- резистор и конденсатор интегратора ручного управления; +11, -11, - опорные напряжения; МКД - модуль компенсации дрейфа; Д - двуханодный стабилитрон; А, А - операционные интегральные усилители; Е - высокоомный переменный резистор интегратора; С - конденсатор интегратора: Пц - выходной сигнал интегратора (И-составляющая); К - общий коэффициент пропорциональности регулятора; 11 - суммарный сигнал П, И, Д-составляющих закона регулирования; К, С- резистор и емкость апериодического звена (Фильтра); 11 . - сигнал-ограничитель выхода регулятора; 11 Р - выходной сигнал ограничителя; Д, Д,9(8) 50 ка 33 памяти поступает в блок 34 умножения, в котором формируется выходной сигнал П (1:) разомкнутого контура. Таким образом, выходной сигнал датчика 13 умножается в бло 5 ке 14.на некоторую величину К1) (коэффициепт передачи блока 14), которая между актами самонастройки корректирующего Фильтра 14 является величиной постоянной и хранится в блоке 33 памяти, При самонастройке блока 14 коэффициент передачи его изменяется скачкообразно, так как при наступлении состояния квазистатики объекта новое отношение входных сигналов блока 31, пропорциональное текущему соотношению дозировок реагента и сырья, пропускается через ключ 32 и запоминается в блоке 33 памяти. При работе системы все изменения величины Х:) будут в опре- деленном соотношении, равном текущему коэффициенту передачи блока 14, отслеживаться величиной Ц :). Таким 25 образом, корректирующий Фильтр 14 представляет собой пропорциональное звено с переменным коэффициентом передачи, который имеет кусочно-постоянный характер.Рассмотрим работу блока 16 самонастройки (Фиг,2). Блок 26 служит для определения момента самонастройки. В блоках 27-29 проверяются условия квазистатики объекта управления. Операции, выполняемые в блоках 26-29 описываются соответственно о)ормулами Сигнал 11 представляет реакцию замкнутого контура системы на дей 55 ствие всех видов возмущений, изменяющих выход объекта. Если модуль указанной величины, получаемый в блоке 30, превышает некоторую заданную величину С (Формула (5 ипри этом объект находится в состоянии квазистатики, т.е, выполняютсяусловия Формул (6) -(8), то управляющий сигнал С проходит логическиеблоки 26-29 и поступает на управляющий вход ключа 32. Одновременносигнал С поступает в регуляторы 4и б,где обнуляет интегральную составляющую выходного сигнала работающегорегулятора. Одновременно регуляторы 4 и 6 не работают, что обеспечивается цепями блока 3, Если выходной сигнал К(р блока 33 памятиудовлетворяет ограничению, проверяемому в логическом блоке 20 (Фиг,2) то работает цепь, включающая блоки 2, 18, 6, в противном случае - цепь, состоящая из блоков 1, 17, 4.Пусть, например, работающий регулятор 4 (или 6) реализует ПИЦ-закон регулирования, тогдау(г) = Ьу иЧ Ь у( (") в В 1 в ВйэВ - настраиваемые пара"Ьметры регулятора.В результате самонастройки фильтра 14 величина 11, будет определяться Формулой И) = В,)у(е) + В -- х1 Г Ь .(Д тогда переход системы управления на новое значение коэффициента передачи корректирующего Фильтра не вызывает возмущения входного сигнала Х объекта 11.При выполнении условий, проверя" емых в блоках 26-29 системы, сигнал С открывает ключ 32. Сигнал Х после вычитания иэ него в сумматоре 12 величины У,) проходит блок 3 1 де" ления, ключ 32, записывается в блоке 33 памяти, проходит блок 34 умножения и в виде сигнала 0(С) поступает на вход сумматора 10Операция обнуления И-составляющей приведет к тому, что условие, проверяемое в логическом блоке 26, не будет выполняться, в результате чего сигнал не пройдет логические блоки 26 29 и управляемый ключ 32 закроется. Таким образом, в блоке 33 памяти будет записано новое значение коэффициента передачи корректирующего фильтра 14. При этом выходной управляющий сигнал 0(С)формируемый замкнутым контуром, будет уменьшен, а выходной сигнал разомкнутого контура У(С) увеличен на величину И-составляющей выхода регулятора, имевшую место в составе выхода регулятора перед моментом самонастройки. Второй выход регулятора 4 (или 6) определяется выражением (11), т.е. представляет собой ГЩ-составляющую сигнала ц,(С), умноженную в блоке 9 на величину ХР(С), Сигнал У Р (С) вычитается в сумматоре 12 из сигнала Х(С). Этим исключается двойное суммирование ПД-составляющей выхода регулятора 4 (или 6) в сумматоре 10 и, следовательно, возмущение входа объекта,При дальнейшей работе системы величина У (С), как реакция замкнутого контура системы на отклонение у(С) от задания, будет изменять"я.Когда модуль указанного сигнала превзойдет заданное значение С , производится анализ условий квазистатики объекта управления, при поступлении которого выполняется следующий акт самонастройки фильтра 14, Величины Се,сС С являются априорно настраиваемьми параметрами блока 16, Изменение величины выхода регулятора 4 (или 6) с течением времени характеризует изменение характери стик канала управления и (или) внешних условий функционирования системы. Величина модуля сигнала У,(С) в состоянии квазистатики объекта 11 характеризует несоответствие управляющего сигнала Х(С) величине основного контролируемого возмущения Х 1(С) в текущих условиях функционирования системы, Акт самонастройки фильтра 14 повышает качество компенсации на входе объекта возмущения Х,(С) посредством управляющего сигнала Х(С) и, следователь Кмин - 1 соь(С) К моксК - сопзС 30 К рс(С) К рег Кр(С) об(С) ККр (С) К,35 требуется обеспечитьК - К, с где К К иак40минмакс предельные значения величины 1 с (С),предельные значения величиныРснекоторое заданное положительное число,Цепи самонастройки величиныК Р (С), использованные в системе,позволяют решить указанную задачу.Пусть С, (д = 1, 2 .и) - моменты квазистатики объекта управления.Для момента С 55 К рк("1) = "ов (С ) где К (С;) - коэффициент передачиразомкнутого контурасистемы. но, качество работы всей системы вцелом, так как часть возмущений, которая до этого проходила через объект, увеличивала дисперсию выходнойкоординаты и нагружала обратнуюсвязь, будет скомпенсирована на входе его.Задача стабилизации коэффициента 10 1 передачи разомкнутой системы рассматривается как часть задачи, сформулированной ранее (см, формулы (1) -(4,Обозначим 1 с (С) - нестационарный коэффициент передачи объекта управления; Крег - коэффициент передачи работающего регулятора 4 (или6) К рс(С) - коэффициент передачиразомкнутой системы.Блок 8 умножения, например, представлен в виде усилителя переменныйкоэффициент усиления которого заменяет второй входной сигнал К(С)этого блока.Задача стабилизации К (С) можетбыть сформулирована(14) Кр (,м ) = Кр,(;),55 Так как то можно записатьЭ 1 сщ (С 1) 1 с (С ) ь,где- некоторая величина, Тогда 1 ОВ .результате самонастройки коэффициента передачи фильтра 14 в момент й;+,так как в пределах некоторой допустимой погрешности система посредством блока 1 б обеспечивает постоянство коэффициента передачи разомкнутого 20 контура. Следовательно Для разомкнутой системы в момент 25(при отсутствии блока 8) К рс(" ) рег 1 сов(" )Дпя момента1+1К (С ) - К 1 с (е ).,Из сравнения последних двух выражений с учетом выражения для К р(Т;+,) следует, что для стабилизации величины Кдостаточно умножить ее на велйчину Кр. После введения в систему блока 8 (фиг.2) можно записатьффдля момента ; рс( ) рег ср( ) оь( 1) э. где Крег Крег Ар(") ф для момента , (в пределах допустимой погрешности самонастройки) Таким образом, использование ука занных цепей самонастройки позволяет решить сформулированную задачу стабилизации величины К рс (й) . Решение этой задачи расширяетобласть устойчивости системы, повышает точность работы ее (в условияхвоздействия на объект неконтролируемых шумов значительной интенсивности и при неизменных настройкахрегулятора) за счет обеспечения постоянства условий функционированиярегулятора,Третий блок умножения предназначен для того, чтобы обеспечить равенство ПД-составляющих выходногосигнала регулятора при взаимной компенсации их в сумматоре 10.Рассмотрим работу блока 3 выборарежима. Блок 3 предназначен для переключения регулирующих цепей в системе с целью изменения задания длясистемы и характеристик регулирующего устройства. Потребность в подобных. переключениях возникает при управлении многорежимными процессами,посредством которых на одном и томже технологическом оборудовании получают целевой материал разных сортов путем изменения тех или иных параметров режима. В логическом блоке20 проверяется условие, описанноеформулой (9). Управляет работой блока20 и режимом работы объекта 11 сигналК,р, хранящийся в блоке 33 памяти,Посредством указанного сигнала производится при наступлении необходимых для этого условий автоматическоеизменение режима работы объекта 11.Рассмотрим, как, например, определяется величина Ко - задание на логический блок 20. Пусть имеются экспериментальные данные - ограничения на величины коэФфициента Е (г)и КгсЫ Кмик1 соемакс 3 К К (й) К ) ,(е) = К (е) 1 с, (е)1 с ов1 с об (")К ег К К (Е) 1 се (Е)К 1 сО, 9б 1.0, о Д,-сК6 --- , (15) К ОБ Р К об( Рассматриваются процессы, изменение режимов которых основывается на левом соотношении ограничения (12) Подставим в (15) вместо 1 сОБограничение (16) и используем правуючасть полученного выражения КК (с) ------ (17) 15мин Рег При соблюдении условия (17), проверяемого в блоке 20, выходной управляющий сигнал этого блока открывает ключ 18 и закрывает ключ 11,переключая регулирующие цепи и меняятем самым режим работы объекта. Впротивном случае работает регулирующая цепь, содержащая блоки 1, 17 и 4,сохраняя прежний режим работы объек 30та 11 управления.Введение блока 20 и соответствующих ему цепей позволяет посредствомкосвенного параметра Кавтоматически контролировать величину коэф- З 5фициента передачи объекта по каналу управления и осуществлять своевременное автоматическое изменениережима работы объекта с целью избе-;жать брак готового продукта и обеспечить выпуск целевого материала тогосорта, который отвечает поступающемуна вход процесса сырью, что расширяет область применения системы,Формула изобретения Самонастраивающаяся система комбинированного регулирования, содержащая первый измерительрассогласования, первый регулятор, первый и второй блоки умножения, первый и вто рой сумматоры, датчик внешнего возмущения, корректирующий фильтр, блок самонастройки и объект управления, выход которого подключен к выходу системы и к первому входу первого 55 измерителя рассогласования, второй вход которого подключен к первому входу задающего воздействия систе" мы, выход датчика внешнего возмущения подключен к первому входу корректирующего фильтра, второй входкоторого подключен к выходу второгосумматора, суммирующий вход которого подключен к входу объекта управления и к выходу первого сумматора,первый вход которого подключен к первому выходу корректирующего фильтра, второй выход которого подключенк первым входам первого и второгоблоков умножения, выходы которыхподключены соответственно к второмувходу первого сумматора и к вычитающему входу второго сумматора, выходпервого блока умножения соединен спервым входом блока самонастройки,выход которого соединен с управляющим входом первого регулятора и суправляющим входом корректирующегофильтра, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью расширения областиприменения системы,в нее введенытретий, четвертый пятый, шестой сумматоры, первый и второй управляемыеключи, логический блок, второй измеритель рассогласования, второй регулятор, управляющий вход которогосоединен с управляющим входом первого регулятора, подключенного выходом к первому входу третьего сумматора, второй вход которого соединенс первым выходом второго регулятора,второй выход которого подключен кпервому входу четвертого сумматора,второй вход которого соединен с вторым выходом первого регулятора, входкоторого подключен к первому входушестого, сумматора и к выходу первогоуправляемого ключа, информационныйвход которого подключен к выходупервого измерителя рассогласования,первый вход которого подключен кпервому входу второго измерителярассогласования, второй вход которого подключен к второму входу задающего воздействия системы, а выход - к информационному входу второго управляемого ключа; подключенного выходом к входу второго регулятора и к второму входу шестого сумматора, выход которого соединен свторым входом блока самонастройки, выходы третьего и четвертого сумматоров подключены соответственно к вторым входам первого и второго блоковумножения, первые входы которых соединены с первым входом логическогоблока, второй и третий входы которого соединены соответственно с входами управляющего сигнала и сигнала задания системы, выход логическогоблока соединен с управляющим входомвторого управляемого ключа и с вычитающим входом пятого сумматора,суммирующий вход которого соединенс входом управляющего сигнала системы, а выход пятого сумматора соединен с управляющим входом первогоуправляемого ключа.