Система регулирования для объектов с запаздыванием

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО В 13/О 51) 4 ТЕТ СССР И ОТКРЫТ ОСУДАРСТВЕННЫИ К О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 24 юл, У 9еталлургическийго Орджоникидзе(0888)кое свидетельство СССкл. С 05 В 13/00, 198 54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАН БЪЕКТОВС ЗАПАЗДЫВАНИЕ(21) 3921114/ (22) 26.06.85 (46) 07.03. 87 (71) Сибирски институт им,(57) Система регулирования объекта с запаздыванием на входе и в состояниях относится к области автоматич еского управления и регулирования. Цель изобретения - повьппение точности регулирования, Система ре гулирования содержит объект 1 регулирования, исполнительный блок 2, дат чик 3, второй 4, третий 15 и первый 19 сумматоры, пятый 5, третий 7, второй 9, четвертый 13, первый 16 блоки задержки, вторую 6 и первую 18 модели прямого канала без1295365 запаздывания, третий 8, четвертый 2, второй 17 и первый 22 блоки вычитания, вторую 10 и первую 14 моде ли рецикла без запаздывания, второй 11 и первый 20 экстраполяторы, регу лирующий блок 21 и эадатчик 23, В системе регулирования с помощью моделей объекта оценивается и экстра" Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано при автоматическом управлении объектами с рециклом, содержащими запаздывания 5 на входе, а также в прямом и обратном рециркуляционной части и подверженными влиянию неконтролируемых возмущений и контролируемых возмуще 10 ний по заданному входу.Динамика объекта по каналу регулирования описывается передаточной функцией где ц (р) - передаточная функция пряомого канала рециркуляционной части объекта 20без учета запаздывания;р (р) - передаточная функция вцепи положительной обратной связи (обратном канале) без учета эапаздываь,ь,ь - время запаздывания соответственно на входе объекта, в прямом и обратномканалах рециркуляционной 30части объекта,Параметры модели (1) практическине изменяются во времени, а неконтролируемые возмущения имеют нестационарные статистические свойства. .За- Здача регулирования заключаешься вобеспечении инвариантности выходнойкоординаты объекта от контролируемых и неконтролируемых возмущений.Примером указанных объектов являются барабанные грануляторы цехов подготовки шихты металлургических предприятий,полируется приведенное возмущение,а также исключается отрицательноевлияние рецикла, Характеристическоеуравнение системы не содержит запаздываний, что позволяет увеличитькоэффициенты регулирующего блока иповысить точность регулирования.1 ил. Цель изобретения - повышение точности регулирования.На чертеже представлена блок - схема системы регулирования (где Б(Г) регулирующее воздействие в С-й момент времени; у - выход объекта регулирования; ц (Г) - неконтролируемое возмущение). Система регулирования объекта с запаздыванием на входе и в состояниях содержит объект 1 регулирования, исполнительный блок 2, датчик 3, второй сумматор 4, пятый блок 5 задержки, вторую модель 6 прямого канала беэ запаздывания, третий блок 7 задержки, третий блок 8 вычитания, второй блок 9 задержки, вторую модель 10 рецикла без запаздывания, второй экстраполятор 1, четвертый блок 12 вычитания, четвертый блок 13 задержки, первую модель 14 рецикла беэ запаздывания, третий сумматор 15, первый блок 16 задержки, второй блок 17 вычитания, первую модель 18 прямого канала без запаздывания, первый сумматор 19, первый экстраполятор 20, регулирующий блок 21, первый блок 22 вычита ния, задатчик 23. Модели 6,10, 14 и 18 прямого канала и рецикла без запаздывания предтавлены, например, в виде последовательного соединения ин рционных звеньев, Регулирующий блок 21, в частности, с пропорционально-интегральным законом регулирования реализован в виде параллельного соединения интегратора и масштабирующего блока. Экстраполяторы 11 и 20 представлены реальньми форсирующими звеньями. В качестве исполнительного1295365 3блока 2 может служить, например,весовой дозатор непрерывного дей -ствия, а в качестве датчика 3 -весоизмеритель непрерывного действия.Предлагаемая система работаетследующим образом,Регулирующее воздействие, вырабатываемое регулирующим блоком 21в замкнутом через первую модель 18прямого канала без запаздыванияконтуре, экстраполируется первымэкстраполятором 20 на время Г +ь);Из экстраполированного регулирую;щего воздействия исключается вчетвертом блоке 12 вычитания прогноз эффекта рецикла, Этот прогнозсостоит из преобразованной в первоймодели 14 рецикла беэ запаздыванияэкстраполированной оценки неконтролируемого возмущения и (с), получаемого на выходе второго экстраполятора 11, и эффекта регулирующего воздействия с выхода второймодели 6 прямого канала без учетазапаздывания. Ошибка экстраполяциирегулирующего воздействия пересчитывается в, первой модели 18 прямогоканала без запаздывания в приращения выходной переменной объекта иалгебраически суммируется с ней впервом сумматоре 19,Для реализации описанного алгоритма функционирования системы выход у(с) объекта 1 регулирования измеряется датчиком 3 и полученный сигнал суммируется в первом сумматоре 19 с выходным сигналом первой модели 18 прямого канала без запаздывания, Выходной сигнал первого сумматора 19 о натурно-модельном входе вычитается в первом блоке 22 вычитания из сигнала задатчика 23 о заданном значении выхода и поступает на вход регулирующего блока 21, например, с пропорционально-интегральным законом регулирования. Выходной сигнал регулирующего блока 21 экстраполируется на время запаздывания на входе С объекта и в прямом канале ь рециркуляционной части, т,е, на ь + со, и идет на вход четвертого блока 12 вычитания и на вход первого блока 16 задержки. Задержанный на время (+) в первом блоке 16 задержки сигнал вычитается во втором блоке 17 вычитания из выходного сигнала регулятора 21, и в результате получается сигнал об ошибке экстраполяции регулирующего воздействия, который преобразуется первой моделью 18 прямого канала беззапаздывания в сигнал корректировки хда у(г) Для оценивания неконтролируемого возмущения я (С) сигнал с регулирующем воздействии У преобразуется полной моделью объекта 1регулирования, содержащей второйсумматор 4, пятый блок 5 задержки,вторую модель 6 прямого канала беззапаздывания, вторую .модель 1 О рецикла беэ запаздывания, второйблок 9 задержки и третий блок 7 задержки, В третьем блоке 7 задержкимоделируется запаздываниенавходе объекта, в четвертом блоке 5задержки - 6 , а во втором блоке 9 задержки - ьг Выходной сигнал третьего блока 7 задержки об 25 оценке у(г.) без эффекта И (й) вычитается в третьем блоке 8 вычитания из сигнала датчика 3 о у,таким образом получается сигнал обоценке и (й), Этот сигнал экстрапогЗО лируется на времявторым экстраполятором 11 и суммируется в третьем сумматоре 15 с выходным си 1- налом второй модели 6 прямого канала без запаздывания о прогноэируемомна времяэффекте регулирующего воздействия 11(г.), Таким образом, на выходе третьего сумматора15 получается сигнал .у(й+) олпрогнозируемом на времязначении 40 выхода у(С) объекта 1 регулирования.Сигнал у(с+ о) преобразуется в первой модели 14 рецикла без запаздывания, задерживается на время в четвертом блоке 13 за держки и вычитается в четвертом бло:ке 12 вычитания из выходного сигнала первого экстраполятора, За счет этого исключается отрицательное влияние рецикла объекта. Выходной сигчал четвертого блока 12 вычитания поступает на исполнительный блок 2, которым осуществляется изменение вещества или энергии, поступающей в объект 1 регулирования.Для анализа системы регулирования объекта с запаздыванием на входе и в состояниях записываем сначала операторное выражение выходного сигнала третьего сумматора 15(4) 1+ Ча(Р)(Р ) где ). (Р) - передаточная функциявторого экстраполятора,При условии 1,з е Р,получаем где-(р), й., (р) - передаточные функции соответственно регулирующего блока и первого экстраполятора;Фу (Р) - задающий вход.системы.Из (4) видно, что характеристическое уравнение системы как по задающему входу, так и входу некоитролируемого возмущения1+Ю,(Р) К(Р)=Оне содержит запаздывания, а значит,можно увеличить коэффициент усиления,регулирующего блока 21, что повышаетточность регулирования, Если принятьКз =1, то для статического объектаПереходные процессы заканчиваютсяпри подаче ступенчатого возмущенияПо задающему входу за время (а+ ),а по входу неконтролируемого возмущения - за 2 (о+ь ) т, е, переходныепроцессы заканчиваются через минимальное время и система является оптимальной в смысле минимизации времени переходного процесса,Формула изобретенияСистема регулирования для объектов с запаздыванием, содержащая за-датчик, первую модель прямого канала без запаздывания, первую модельрецикла без запаздывания, последовательно включенные исполнительныйблок, объект регулирования, датчик,первый сумматор, первый блок вычитания, регулирующий блок, первый экстраполятор, первый блок задержки ивторой блок вычитания, последовательно включенные вторую модель рецикла У(Р) =е У(Р), (3) Тогда при условии адекватности модели объекту получаем операторное выражение для выхода объекта без запаздывания, второй блок за держки и второй сумматор, последовательно включенные третий блок задержки и третий блок вычитания, выходзадатчика подключен к второму входупервого блока вычитания, выход регулирующего блока - к второму входувторого блока вычитания, выход первой модели прямого канала без запаздывания - к второму входу пер:вого сумматора, о т л и ч а ю щ а я - ЗО с я тем,что, с целью повышения точности регулирования, в нее введенывторой экстраполятор, четвертый блоквычитания, четвертый блок задержки,последовательно включенные пятый З 5 блок задержки, вторая модель прямого канала без запаздывания и третийсумматор, выход которого через после.довательно включенные первую модельрецикла без запаздывания и четвер тый блок задержки. подсоединен к первому входу четвертого блока вычита-.(ния, выход датчика через последовательно включенные третий блок вычитания и второй экстраполятор соединен с вторым входом третьего сум-.матора, выход,.второй модели прямого канала без запаздывания подключен к входу третьего блока задержки и к входу второй модели рецикла без запаздывания, выход второгоблока вычитания соединен . с входомпервой модели прямого канала без запаздывания, выход первого экстраполятора через четвертый блок вычитанияподключен к второму входу сумматораи входу исполнительного блока, выход второго сумматора соединен с входом пятого блока задержки.