Регулятор с моделью объекта

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 18 ЕНИЯ ТЕЛ ЬСТВ из и си.нтез,апаздыванием. 1974, с. 214 ОДЕЛЬЮ ОБЪБКТА сравнения,вательно вклю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ к двтожкомм св(71.) Сибирский ордена ТрудовогоКрасного Знамени металлургическийинститут им. Серго Орджоникидзе.(54)(57) РкгуЛятор С Исодержащий первый блокблок задержки, последо.80108 ченные второй блок сравнения, первыйрегулятор, модель объекта без запаздывания и третий блок сравнения,второй вход которого соединен черезблок задержки с выходом модели объекта без запаздывания, а выход - спервым входом второго блока сравнения, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повьпаения точности регулирования, в него введены сумматор,последовательно включенные второйрегулятор, модель объекта с запаздыванием и четвертый блок сравнения,Причем выход первого блока сравненияподключен к входу второго регулятора и второмувходу четвертого блокасравнения, выход которого соединенс вторым входом второго блока сравнения, первый вход сумматора соединен с выходом первого регулятора, авторой вход - с выходом второго регулятора,Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для построения систем управления техническими объектами, содержащими значительные запаздывания и подверженны ми влиянию неконтролируемых внешних воздействий.Предполагается, что динамика объекта по каналам регулирования описывается передаточной функцией 10)5, где К - коэффициент передачи;Т постоянная времени инерции)время, запаздывания. Внешние воздействия значительно изменяются на интервале времени. Задача управления заключается в обеспечении инвариантности регулируемой координаты от внешних воздействий.Известна управляющая система с моделью объекта, содержащая систему оценивания, прогнозирующую модель в ускоренном времени, блок вычисления значения функционала. на свободном движении, блак численного дифференцирования 1 3.Недостаток этой управляющей сис темы заключается в ее сложности, связанной с решением задач вычисления значений функционала на свободном движении и численного дифференцирования. 35Известен регулятор с моделью объекта .(регулятор Смита), содержащий первый блок сравнения, блок задержки, последовательно включенные второй блок сравнения, первый регулятор 4 О модель объекта без запаздывания и третий блок сравнения, второй вход которого соединен через блок задержки с выходом модели объекта без запаздывания, а выход - с первым вхо дом второго блока сравнения, Этот регулятор построен таким образом, что модель объекта без запаздывания, блок задержки и третий блок сравнения в совокупности с натурным объектом управления образуют составной натурно-модельный объект управления, в котором скомпенсировано запаздывание. Уже для такого составного объекта построен регулятор с типовым законом регулирования 2). 55Недостаток этого регулятора заключается в низкой точности регулирования, что объясняется следующим. Регулирующее воздействие регулятора Смита при нулевых начальных условиях бО и при задающем воздействии, равном нулю, определяется выражениема ,(р) ар (р),-р).)(р) - "= Е ш(Р), 21+ 9 (р) Юр(р)65 где Ф (р) - передаточная функцияР.регулятора;и - внешнее воздействие. Из этого выражения видно, что регулирующее воздействие наносится на модель объекта без запаздывания, подверженноговлиянию внешнего воздействия с запаздыванием. В выходном сигнале У (с) модели объекта без запаздывания отражаются эффекты предыстории ш( -т-Е)+и(Е-аЦ при ВО. Регулирующее воздействие направлено на подавление именно отклонений у от заданного уровня, а не отклонений выходного сигнала У натурного объекта. В выходном же сигнале натурного объекта М отражаются эффекты предыстории ю (1 0)+ ОИ-т- ВЦ Поэтому отклонения У от У может быть сколь угодно большим. Целью же регулирования является минимизация отклоненийот заданного уровня, а значит точность регулирования может быть невысокой.Цель изобретения - повышение точности регулирования.Поставленная цель достигается тем, что и регулятор введены сумматор, последовательно включенные второй регулятор, модель объекта с запаздыванием и четвертый блок сравнения,. причем выход первого блока сравнения подключен к входу второго регулятора и второму входу четвертого блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом второго блока сравнения, первый вход сумматора соединен с выходом первого регулятора, второй вход сумматора - с выходом второго регулятора.Введенный второй регулятор пред- назначен для выработки корректирующего воздействия дО для подавления отклонений между у и у. ЭФфекты йО, полученные с помощью модели объекта с запаздыванием, вычитаются в четвертом блоке сравнения из ошибки регулирования. Тем саьым производится модельное разделение вновь введенного корректирующего контура от контура Смита, иначе последний в "погоне".за целью У =0 будет воспринимать аО как компоненту возмущения.На чертеже приведена блок-схема регулятора с моделью объекта.Регулятор с моделью объекта содержит первый блок 1 сравнения, блок 2 задержки, второй блок 3 сравнения, первый регулятор 4, модель 5 объекта беэ запаздывания, третий блок 6 сравнения,. сумматор 7, второй регулятор 8, модель 9 объекта с запаздыванием, четвертый блок 10 сравнения.На чертеже приняты обозначения: ъ - выходная переменная (коордиО=0+ 10 При условии У+:-0 операторное выражение для определения 0 С" имеет вид О (Р):- В (Р 9/ (Р ФР (%Ю.передаточная функция регулятора Смита, в которой % (р) - передаточная функция первого регулятора 4,Подставляя выражение (7) в выражение (б) и производя преобразования получаем 1ОФ=- к Е(ф1 РТ Е И (+ где К Р, Т - коэффициент усиления управления, состоящий из натурногои время изодрома неР О объекта управления и регуляторавого регулятора. Смита, й остаточное возмущение изСигнал о ОИ) подается через мо- выражения (8). дель 5 объекта без запаздывания в Применение регулятора с моделью третий блок б сравнения, в котором объекта позволяет,как показываютвычитается выходной сигнал этой же 5 результаты моделирования, уменьшить модели, задержанный в блоке 2 задерж- среднеквадратическое отклонение на ки на интервал времени. Сигнал о 20-40 по сравнению с регулятором О(Ф) с выхода первого регулятора 4 Смита, который можно принять за баподается также на сумматор 7, где зовый объект. Использование регуляЬлгебраически суммируется с сигна- тора в системах регулирования процеслом о ЬО(с . На выходе сумматора 7 6 О )сами углеобогащения позволит полу- получается сигнал о скорректированном чить экономический эффект 148 тыс.руб. регулирующем воздействии в год,ВНИИПИ Заказ 1337/48 ,Тираж 842 ПодписноеФФилиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул.Проектнв, 4. Натаобъекта регулирования в 1 -ймомент непрерывного времени; (Сзадание на выходную координату (1);Н 1 - регулирующее воздействие.Реглуятор с моделью объекта рабо-тает следующим образом,Сигнал с выходной переменной 1)натурного объекта регулирования поступает на первый блок 1 сравнения,где из него вычитается сигнал о заданном значенииу"( выходной переменной. Сигнал с выхоца первогоблока 1 сравнения идет на второйрегулятор 8, например, с пропорциональным законом регулирования. Второй регулятор 8 вырабатывает корректирующее регулирующее воздействие/ы =-к ", .ч-ф(ц ,где К; - коэффициент усиления втоФрого регулятора.Сигнал Л(ф) подается на второй вход сумматора 7 и вход модели 9 объекта с запаздыванием, на выходе которой получается сигнал об эффекте корректирующего регулирующего воздействия. - ду (Ч . Этот сигнал в четвертом блоке 10 сравнения вычитается из выходного сигнала первого блока сравнения и тем самым из него исключаются эффекты ЛО(6), динамика контура Смита не нарушается.Далее выходной сигнал четвертого блока 10 сравнения обрабатывается в контуре Смита. Для этого во втором блоке 3 сравнения из выходного сигнала третьего блока б сравнения вычитается сигнал с выхода четвертого блока 10 сравнения и сигнал о полученной разности преобразуется первым регулятором 4, например, с пропорционально-интегральным законом регулирования. Первый регулятор вырабатывает регулирующее воздействиер (Р)фЬо(Р) (=О( Р Р)Первое слагаемое правойчасти выражения (8) представляет составляющую регулятора Смита, первый сомножитель второго слагаемого есть передаточная функция замкнутого коррек тирующего контура относительно регулирующего воздействия, а второй сомножитель - остаточное возмущение всхеме Смита. Для обеспечения .устойчивости системы регулирования с кор 45 ректирующим регулятором настройки посл(,днего можно находить известными методами 23. При этом следует ориентироваться на обобщенный объект