Прогнозирующий регулятор

(54) (57) стра Изоб гноз изводстоматика" надеж сод во СССР1978.СССР1979. мод пят экст 8 и УЮ ЦЕ( ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ПИСАНИЕ И ОБРЕТ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельстф 699490 ь кл. С 05 В 13/02Авторское свидетельствоВ 815713, кл. С 05 В 13/02 3 Щ рдЦуЙВ 1.,1с м ПРОГНОЗИРУ 10 ЩИЙ РЕГУЛЯТОР Изобретение относится к самонавающимся системам управления. етение позволяет упростить прорующий регулятор и повысить его ность. Прогнозирующий регулятор жит блок 1 сравнения, два фильт-. и 16 низкой частоты, обратную ь 3 объекта без запаздывания, сумматоров 4, 6, 13, 15 и 17, аполятор 5, инерционный блок 8, масштабирующих блоков 9, 12, 14, 19, блок 10 регулирования и два 11 и 20 задержки. 1 ил.Изобретение относится к самонастраивающимся системам управления и может быть использовано для построения систем управления техническими объектами, содержащими значительные запаздывания и подверженными влиянию неконтролируемых внешних воздействий,Цель изобретения - упрощение регуЛятора, 10Динамика объекта по каналам регулирования достаточно хорошо аппроксимируется оператором К -Р"у(р) =; -- етр+1(1) ,5 коэффициент усиления К и постоянные времени Т,Г которого незначительно меняюя в течение длительности протекания переходного процесса. Харак теристики объекта управления па отношению к контролируемым внешним воздействия изменяются существенна, Характеристики внешних сил претерпевают также существенные изменения на интервлах времени длительностью Г . За дача управления состоит в обеспече" нии инвариантности регулируемой координаты от внешних сил, Один из подходов в таких ситуациях состоит в кос венном измерении характеристик внешних сил, прогнозировании результатов этих измерений на интервал длительности Г и использовании полученных оценок в Функции управления.На чертеже приведена блок-схема прагнозирующего регулятора.На чертеже обозначены; у(с) - выходной сигнал объекта; у(Р) - сигнал задания; Е (Т) - сигнал сглаженнойиошибки регулирования; Ц (1) - сигнал восстановленного образцового управления; Ц (с) - сигнал экстраполированного образцового управления; а(с)45 сигнал сглаженного Фактически реализованного управления оса - сигнал корректировочного управления.Прогнозирующий регулятор содержит блок 1 сравнения, первый фильтр 2 низ :ай частоты, обратную модель 3 объекта без запаздывания, первый сумматор 4, экстраполятор 5, второй сумматор 6, исполнительный 7,инерционный 8 и четвертый масштабирующий 9 блоки, блок 10 регулирования, первый блок 11 задержки, третий масштабирующий блок 2, четвертый сумматор 13, первьп масштабирую яй блок 14, пятый суммагар 15 ь,о,ОЙ фильтр 16 низка": чс,ты, третий сумматор 1/, второй 18 ипятый 19 масштабирующие блоки 19 ивторой блок 20 задержки.Зкстрапалятор 5 реализуется, например, в виде реального форсирую.цего звена. Инерционный блок 8 реализуется в виде инерционнога звена первого порядка. Обратная модель 3 объекта без запаздывания реализуется в виде пропорционально-дифференциальногозвена.Блок 10 регулирования реализует,в частности, пропорциональный, законрегулирования. Фильтры 2 и 16 низко.";частоты реализуются в виде инерционных звеньев первого порядка, Исполнительный блок 7 может быть представленсистемой дозиравания сыпучих материалов, Такие блоки ширака распространены в промышленности в частнзст, в".ерной металлсрг- и,Прагнозирующий регулятор работаетследующим образом.Измеряе" : зыходнай сигнал объекз блоке 1 ра,пения в ".лтаотся :-: с,;ала а его .-аданна ьначе .и . Сиг:.а ;алученнсй разности проходит 1 епервый Фильт, 2 низкой частоты, подавляюп;ий выокочастотную составляющук сигнала, что повышает гочнасть егодальнейшей обработки.С выхода фильтра 2 низкой частотысигнал преобразуется обратной моделью3 объекта без запаздывания, а получ.зев .ный на ее выходе сигна апгебраически суммируется в первом сумматоре 4 свыходным сигналом первого блока 11задержки. На вход первого блока 11задержки поступает сигнал о реализованном в исполнительном бла".е 7 управления, измерительная помеха которого подавляется во втором фильтре16 низкой частоты. В результате навыходе первого сумматора 4 фармируется сигнал П (с)образцового управления, восстановленного с запаздыванием с Далее сигнал П(ь) )в экстрапалято - ре 5 преобразуется в сигнал экстраполированного образцового управления на текущий момент времени с Зтот сигнал корректируется во втором с".мматоре б алгебраическим сложением с корректировочным сигналом 3 Ц (с), поступающим из блока 10 регулирования. Скорректи рова нный такю образам сигьа.1 ,датинтервала запаздывания;С ,- коэФФициенты масштабиру"щих элементов и пропорционального звена.В силу того, что динамическая часть объекта представлена инерционным звеном первого порядка, коэффициенты в (5) определяются равенствами=ехр(-Г/Т); С Так как параметры в (2) - (4) вьби-.раются следующим образом Ко 1/К Кв К, =К =; К =Кс/и; К 8 1 -К = -19 1 ц то уравнение (2) эквивалентно уравнению (5). Тем самым известный и пред. лагаемый прогнозирующие регулято ры эквивалентны.В предлагаемом прогнозирующем регуляторе сигнал корректировочного правления 3 Б(ь) формируется следующим образом.В третьем сумматоре 17 из сигнала Б(.) вычитается выходной сигнал первого блока 11 задержки, умноженный на коэффициентв третьем масштаб- рующем блоке а палученньй снал суммируется с выходным сигалом тьего сумматора 17, умноженнымкоэффициентво втором масштабирую ) ;щем блоке 18 и задержанным на время во втором блоке 20 задержки.В четвертом сумматоре 13 выходной сигнал экстраполятора 5, умноженный на коэффициент Кв в четвертом масштабирующем блоке 9 суммируется с сигвналом Б (С), преобразованным в инерционном блоке 8 с передаточной функцией К/(Т, р+1), где Кв, К даны Формулами (7). Из полученного результата вычитается выходной сигнал четвертого масштабирующего блока 14 и умножается на коэффициент К/и. Результат и".едставляет собой асть ксрректирсвочксгс сигнала о П(С), обусловленную разностью между фактически реализованным и эксграполированным образцовым пэавлеки-.-. ня интерэа е времени ст , в ) дс,он ов -ержки Остальные блоки прогнозирующего регулятора предназначены для выработки корректировочного управления оц(Т) . по разности между фактически реали 5 зованным и образцовым управлением на интервале времени до момента (1-) и по разности между фактически реализованным и экстраполированным образцовым управлением на интервале времени от (.-.) доЛинейный экстраполятор, в частности в виде реального форсирующего звена, позволяет выработать корректировочное управление по разностям управлений только в двух моментах времени при -Г ибез запоминания траекторий управления на всем интервале памяти объекта. Правомерность такого упрощения видна из следующих выкладок.Уравнение в изображениях для части блок-схемы, которая формирует сигнал о 0, для предлагаемого прсгнозирующего регулятора имеет вид 25 Ь(р)=(р) р)н,(р)рф. К 1 о(р)30 в котором передаточные функции определены выражениями 1 - Р+1где ККз, КоК 1К м КК 940фициенты усиления;- постоянные времени для блоков с соответствующими номерами,Для известного пронозирующего релятора управление формирования сиг:а.:.а коррекции управления в изобрагде Т - постоянная времени, общаяФдля всех экстраполяторов;пн 1 - нс.ер элемента в блоке элеи - число отрезков дискретизации1386958 Формула изобретения Составитель А, ЛащевТехред М, Ходанич Корректор Л, Пилипенко Редактор П. ГерешиЗаказ 1495/46 Тираж 866 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 45 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Этот сигнал в пятом сумматоре 15 суммируется с выходным сигналом первого фильтра 2 низкой частоты, умноженным в пятом масштабирующем блоке 19 на коэффициенти представляющим собой часть корректировочного сигнала оП(г), обусловленную разностью между фактически реализованным и образцовым управлением на интервале времени до 10 момента С-ГВыходной сигнал пятого сумматора 15 является величиной корректировочного управления в масштабе выхода объекта. В блоке 10 регулирования этот сигнал преобразуется в масштаб управления и подается на вход второго сумматора 6.В результате упрощений количество блоков в предлагаемом прогнозирующем 20 регуляторе постоянно (20). Оно значительно меньше, чем в известном прогнозирующем регуляторе, количество блоков которого пропорционально числу и, зависящему от требуемой точности 25 вычислений. Например, при п=20-40 известный регулятор содержит 13+4 п=93- -173 блока, т.е. число блоков уменьшено в 5-8 раз, что существенно упрощает прогнозирующий регулятор и соот ветственно повышает его надежность. 35Прогнозирующий регулятор, содержащий первый блок задержки, экстраполятор, блок регулирования, инерционный блок, последовательно включенные блок сравнения, первый фильтр низкой частоты, обратную модель объекта без запа" 40 здывания и первый сумматор, последовательно включенные второй сумматор,исполнительный блок, второй фильтрнизкой частоты, третий сумматор, четвертый сумматор и первый масштабирующий блок, последовательно включенныевторой масштабирующий блок и второйблок задержки, соединенный выходомс другим входом третьего сумматора,подключенного выходом к входу второгомасштабирующего блока, выход второгофильтра низкой частоты соединен черезпервый блок задержки с вторым входомпервого сумматора выход экстраполятора соединен с первым входом второгосумматора, второй вход которого соединен с выходом блока регулирования,первый и второй входы прогнозирующегорегулятора соединены соответственнос первым и вторым входами блока сравнения, выход исполнительного блокаподключен к выходу прогнозирующегорегулятора, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью упрощения регулятора введены третий и четвертый масштабирующие блоки, последовательно включенные пятый масштабирующий блок ипятый сумматор, второй вход которогосоединен с выходом первого масштабирующего блока, а выход соединен с входом блока регулирования, выход первого фильтра низкой частоты соединен свходом пятого масштабирующего блока,выход первого блока задержки черезтретий масштабирующий блок соединенс третьим входом третьего сумматора,выход первого сумматора подключен квходу экстраполятора и через инерционный блок к второму входу четвертогосумматора, выход экстраполятора соединен через четвертый масштабирующийблок с третьим входом четвертого сумматора.