Адаптивный импульсный регулятор для нестационарных объектов с запаздыванием

(23) Приоритет Опубликовано 30. 01, 83, Боллетень И 4Дата опубликования описания 30 .0 1, 83 еф делам нзобретеннй н етерытий(72) Авторы изобретения Као Тиен Гуинь, (СРВ), Е.Д,Пичугин и В.Е.Прокофьев. Одесский ордена Трудового Красного Знамениполитехницеский институт(54) АДАПТИВНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ОЕЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ1Изобретение относится к техникеавтоматического управления и предназначено для управления процессами с переменными коэффициентом усиления и запаздыванием и может бытьиспользовано, например, в металлургии, ьтеплоэнергетике и других отрасляхпромышленности.Известен импульсный пропорционально-интегральный регулятор, построенный на основе широтно-импульсного омодулятора, скважность импульсовкоторого определяется посредствомблока динамической подстройки в зависимости от текущих значений переменных параметров процесса 11 ,Недостатком регулятора являетсянизкая тоцность регулирования,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является20адаптивный регулятор для нестационарных объектов с запаздыванием, содержащий блок подстройки коэффициента усиления, последовательно соеди 2ненные сравнивающий элемент, дифференциатор, блок выделения модуля-, и последовательно соединенные блок управления частотой квантования и широтно-импульсный модулятор, второй вход которого подключен к выходу сравнивающего элемента, а тре" тий вход - к выходу блока подстройки коэффициента усиления 2 1.Недостатком регулятора являются невысокая точность определения изменяющихся параметров объекта и связанная с ней невысокая точность регулирования.Цель изобретения - повышение точности регулятора.Для достижения поставленной це" ли регулятор содержит блок синхронизации, последовательно соединенные первый пороговый элемент, первый Формирователь, первый блок за" держки, первый ключ, второй блок задержки, вычислительный блок, импульсный элемент, фиксатор, последова 99320тельно соединенные второй пороговый элемент, первый триггер, второй ключ, второй .триггер, интегратор, третий ключ и последовательно соединенные третий пороговый элемент и второй Формирователь, подключенный выходом к второму входу второго ключа, второй пороговый элемент подключен входом к выходу блока выделения модуля и к входу третьего порогового зле о мента, а выходом - к второму входу интегратора, третий ключ соединен вторым входом с вторым входом первого триггера и с вторым выходом второго триггера, а выходом - с входом блока управления частотой квантования, вход блока синхронизации подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, а выход - к второму входу импульсного элемента, второй вход вычислительного блока соединен с выходом первого ключа, вход которого соединен с входом сравнивающего элемента выход Фиксатора подключен к входу блока подстройки коэффициента усиления, а вход первого порогового элемента связан с выходом сравнивающего элемента. На фиг. 1 представлена структурная схема регулятора, на Фиг. 2 - диаграммы, поясняющие работу устройс 1 ва.Регулятор содержит сравнивающийэлемент 1, широтно-импульсный модулятор 2, первый пороговы й элемент3, первый Формирователь 4, первый блок5 задержки, первый ключ 6, второйблок 7 задержки, вычислительный блок8, импульсный элемент 9, фиксатор10, блок 11 синхронизации, блок 1240подстройки коэффициента усиления,блок 13 управления частотой квантования, дифференциатор 14, блок 15 выделения модуля, второй и третий по 45роговые элементы 16 и 17, первыйриггер 18, второй формирователь 19,второй ключ 20, второй триггер 21,интегратор 22, третий ключ 23, блок24 определения коэФфициента усиления, блок 25 определения запаздывания.Регулятор работает следующим образом,Пусть в некоторый момент времени на первый вход элемента сравнения подан ступенчатьй скачок, в результате чего появляется сигнал рассогласования Е(1) (Фиг. 2) и на 1 4выходе блока 15 выделения модуля появляются импульсы, соответствующие нарастанию и убыванию сигналарассогласования. Причем амплитуда первого импульса в несколько раз больше амплитуды второго импульса, Второй пороговый элемент 16 настроен таким образом, что через него может пройти только первый импульс, а третий пороговый элемент 17 пропускает оба импульса. Первый импульс, пройдя второй пороговый элемент 16 опрокидывает первый триггер 18, в результате чего второй ключ 20 открыт, Первый и второй импульсы, проходя через третий пороговый элемент 17, Формирователь 19 и открытый второй ключ 20, поступают на счетный вход второго триггера 21, Б момент прихода второго импульсатриггеры 21 и 18 опрокидываются в первоначальное состояние, второй ключ 20 закрывается, а третий ключ 23 открывается, Таким образом, в интервале между импульсами на вход интегратора 22 подается постоянное напряжение с выхода второго триггера 21. Напряжение на выходе интегратора 22 в момент времени 1пропорционально величине запаздывания, Блок13 по величине напряжения на своем входе, поступающего с выхода интегратора 22 через открытый третий ключ 23, производит перестройку частоты квантования модулятора. В случае, когда сигнал рассогласования Е(г) превосходит некоторый заданный уровень, что может быть вызвано изменением коэффициента усиления объекта, первый пороговый элемент 3 посылает сигнал на вход первого Формирователя 4 который вырабатывает импульс с длительностью, большей периода квантования модулятора Т. Сигнал с выхода первого формиэонателя 4 пройдя блок 5 с задерж- койTСэ(максимальная величина запаздывания объекта) поступает на первый вход первого ключа 6. Сигнал с входа блока сравнения через открытый первый ключ 6 непосредственно и через блок 7 с задержкой О (б (Т) поступает на входы вычислительного блока 8, который вместе с импульсным элементом 9 и Фиксатором (нулевого порядка) 10 осуществляет оценкукоэффициента усиления объекта согласно заданным алгоритмам.5Для объектов первого порядка общим алгоритмом работы блоков 8-10 может быть, например+9 -Что 1 Фд е МД и 35 Таким образом, в блоках 21 и 25 осуществляется идентификация текущих параметров объекта. Этим обеспецива 45 ется корректировка коэффициента усиления и частоты квантования импульсного регулятора при отклонении их от оптимальных значений в направлении противоположном этим отклонени50ям. Повышение точности регулирования достигается за счет обеспечения оптимальных параметров настройки при иэ 55 менениях коэффициента усиления и времени запаздывания управляемого процесса.где К - оценка коэффициента усиления,Т - постоянная времени объекта,Овеличина выходного сигналаобъекта в момент ц пТ,М - амплитуда импульса управЛЕНИЯ М=СОПвй.Причем это выражение получено изуравнения динамики объекта с учетом того, что коэффициент усиленияобъекта медленно изменяется, и эа 20время 9 можно считать постоянным, всилу того, что при превышении сигна-.лом рассогласования заданный уровень,длительность импульсов на выходе модулятора больше 8 . Алгоритм оценки 25коэффициента прост, так как знаменатель в выражении представляет собойпостоянную величину, Для оценки коэффициента усиления по алгоритму требуется, цтобы импульсный элемент 9 З 0и широтно-импульсный модулятор 2 работали синхронно, причем фаза выход"ного сигнала импульсного элемента 9отстает от фазы выходного сигнала широтно-импульсного модулятора 2 навремя 8, Блок 11 обеспечивает синхронную работу модулятора 2 и импульсного элемента 9. Блок 12 подстройкипо величине сигнала на своем входе производит перестройку коэффициента усиления модулятора. 6Формула изобретения Адаптивный импульсный регулятордля нестационарных объектов с запаздыванием, содержащий блок подстройки коэффициента усиления, последова"тельно соединенные сравнивающий элемент, дийференциатор, блок выделениямодуля и последовательно соединенныеблок управления частотой квантованияи широтно-импульсный модулятор, второй вход которага подключен к выходусравнивающего элемента, а третийвход - к выходу блока подстройки коэффициента усиления, о т л и ч аю щ и й с я тем, цто, с целью повышения точности регулятора, он содержит блок синхронизации, последовательно соединенные первый пороговыйэлемент, первый Формирователь первый блок задержки, первый ключ, второй блок задержки, вычислительныйблок, импульсный элементФиксатор,последовательно соединенные второйпороговый элемент, первый триггер,второй ключ, второй триггер, интегра"тор, третий ключ и последовательносоединенные третий пороговой элементи второй Формирователь, подклюценныйвыходом к второму входу второго ключа, второй пороговой элемент подключен входом к выходу блока выделе"ния модуля и к входу третьего порогового элемента, а выходом - к второму входу интегратора, третий ключсоединен вторым входом с вторым входом первого триггера и с вторым выходом второго триггера, а выходомс входом блока управления частотойквантования, вход блока синхронизации подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, а выход - квторому входу импульсного элемента,второй вход вычислительного блокасоединен с выходом первого ключа,вход которого соединен с входом сравнивающего элемента выход Фиксатораподключен к входу блока подстройкикоэффициента усиления, а вход первого порогового элемента связан с выходом сравнивающего элемента,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 3259 кл. С 05 В 13/02 1976.2. Авторское свидетельство СССР8 802928) кл. С 05 В 13/02, 1980993207 Р 6 Г 2 Составитель В.Неактор Е.Лушникова Техред К,Мыцьо Корре Подписн акаэ 5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна ВНИИПИ Гопо дела 113035, М Тираж 872 дарственно изобретениква, Ж,комитета СССРи, открытийаушская наб.