Регулятор с переменной структурой для объектов с запаздыванием

(7 г) Авторы изобретения ано Особое проектно-конструкторское б производственного объединения "Че и Сибирский металлургический инстим, Серго Орджоникидзе чНооматика"л Ф о Н ета аявители тут(54) РЕГУЛЯТОР С %РЕМЕННОЙ СТРУКТУРО ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ дачи;ого запаз Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированиюи может быть использовано для построения систем управления техничес" кими объектами, содержащих значительные запаздывания и подверженных влиянию неконтролируемых возмущений.Динамика объекта по каналам регулирования описывается передаточной функциейИ(р) = Кегде К. - коэффициент переГ - время транспортн дывания,а структурные и статистические хвракте-ристики внешних воздействий значительно изменяются на интервале времени длительностью Ю.Известен регулятор Ресвика, содержащий последовательно соединенные 2 ф первое звено вычитания, в котором из измеряемого выходного сигнала объекта регулирования вычитается заданный сигнал, обратная модель канала регулирования без запаздывания, второе звено вычитания, в котором из задержанного в звене чистого запаздывания его же выходного сигнала вычитается входной сигнал обратной модели канала регулирования без запаздывания 1.Недостатком указанного устройства является то, что оно не обеспечивает высокой точности регулирования при действйи высокочастотных помех и наличии ошибок реализации и измерения управлений, а также из-за из- менения характеристик внешних воздействий на интервал времени длительностью ь.Наиболее близким к предлагаемому является регулятор, содержащий последовательно соединенные первое звено сравнения, обратную модель без запаздывания, второе звено сравнения, первый Фильтр низкой частоты и первый экстраполятор, второй вход второго звена сравнения соединен3 10 с выходом первого звена задерж" ки 121 .Недостаток этого регулятора заключается в невысокой точности регулирования вследствие тоЬ, что : структурно-статические характеристики внешних воздействий значительно, изменяются с течением времени, а структура и параметры фильтра низкой частоты и экстраполятора выбираются в ориентации на определенные неизменные характеристики внешних воздействий.Цель изобретения - повышение точности регулирования,.Поставленная цель достигается тем, цто в регулятор с переменной структурой для объектов с запаздыванием введены последовательно соединенные второй фильтр низкой частоты, второй экстраполятор, третье звено задержки, третье звено сравнения, первый квадратор, третий фильтр низкой частоты, четвертое звено сравнения и переключатель, прицем вход второго фильтра низкой частоты и второй вход третьего звена сравнения соединены с выходом второго звена сравнения, второй вход переключателя соединен с выходом второго экстраполятора, а третйй вход - с выходом первого экстраполятара, последовательно сое" диненные второе звено задержки, пятое звено сравнения, второй квадратоц четвертый фильтр низкой частоты, выход которого подключен к второму входу четвертого звена сравнения, вход второго звена задержки соединен с выходом второго экстраполятора, а второй вход пятого звена сравнения - с выходом второго звена сравнения.Повышение точности регулирования достигается за счет того, что рабочее управление выбирается из управлений, выработанных либо первым контуром, подключающим первый фильтр низкой частоты и первый экстраполятор, либо вторым контуром, включающим второй фильтр низкой частоты и второй экстраполятор, отличающиеся по своей структуре и параметру от первого фильтра и первого экстраполятора. Управления выбираются в зависимости от их точности. Точность управлений первого и второго контуров определяется путем сравнения в соответствующие моменты времени этих управлений с оцениваемым с за 04970 4 паздыванием на время С требуемым(идеальным) управлением, которымявляется выходной сигнал второгозвена сравнения. Такое определениеточности производится с помощью пятого и третьего звеньев сравнения,второго и пятого звеньев сравнения,первого и второго квадраторов, четвертого и третьего фильтров низкойчастоты. Другими словами, повышениеточности регулирования достигаетсяза счет изменения структуры и параметров предлагаемого устройства. Выбираются те структура и параметры,которые дают наилучшие результаты.По аналогии можно вводить несколькоконтуров, из которых оперативно выбирается наилучший.На чертеже приведена блок-схемапредлагаемого устройства.Регулятор с переменной структурой для объектов с запаздыванием содержит первое звено 1 сравнения,обратную модель объекта без запаздывания - пропорциональное звено 2,второе звено 3 сравнения, первыйФильтр 4 низкой частоты, первыйэкстраполятор 5, первое звено 6 задержки, второй фильтр 7 низкой частоты, второй экстраполятор 8, второезвено 9 задержки, третье звено 10задержки, пятое звено 11 сравнения,второй квадратор 12, четвертыйфильтр 13 низкой частоты, третье звено 14 сравнения, первый квадратор 15,третий фильтр 16 низкой частоты,четвертое звено 17 сравнения, переключатель 18,На Фиг. 1 приняты обозначения:у(С) - регулируемая координата вй-ый момент времени; у(й) - заданиена регулируемуй координату; О( Оуправлящеевоздействие,19 26 23 39 Устройство работает следующим образом.В первом звене 1 сравнения из сигнала у(С) в регистрируемом значении регулируемой координаты вычитается сигнал Ч (й) о заданном значении регулируемой координаты. Полученная разность поступает на пропорциональное звено 2, где она умножается на величину, равную обратному значению коэффициента передачи К канала регулирования. Во втором звене 3 сравнения из управляющего воздействия О, задержанного на время ь в первом звене 6 задержки вычитается сигнал,970 6 5 ;100:4 ппоступающий с пропорционального звена 2.Тем самым управление О(й- ь) корректируется таким образом, чтобы по"лучить требуемое (идеальное) управле-ние О в момент времени (й-ь), т.е.О(Е-) = О(-)- К ЬЙ)-ф(Е)1Сигнал с выхода второго звена 3сравнения поступает на Фильтр 4 низ. кой частоты, где отфильтровываютсявысокочастотные помехи контроля ре-.гулируемой координаты и управляющего воздействия.Фильтр 4 низкойчастоты содержит, например, последовательно соединенные звенья сравнения,усилитель с насыщением и интегоатор, выход которого соединен совторым входом звена сравнения и является выходом фильтра. Сглаживаемый сигнал с выхода фильтра 4 низкойчастоты йоступает на экстраполятор5, например реальное форсирующее звено.УС выхода второго звена 3 сравне-. 25ния сигнал .поступает также на входвторого фильтра 7 низкой частоты, отличающегося по .структуре от фильт- .ра 4 низкой частоты. В частности,вторым фильтром 7 низкой частоты мо- З 0жет быть медианный сглаживатель,Сглаженный сигнал с выхода фильтра 7низкой частоты поступает на экстраполятор 8, структурно отличающийсяот экстраполятора 5, В цастности,35экстраполятор 8 может быть представлен пропорциональным звеном. При таких структурах фильтров и экстраполяторов первого и второго контуров второй контур является более быстродействующим,Таким образом, на выходе экстраполяторов 5 и 8 полуцаются сигналыуправляющих воздействий, эффектив 43ность которых различна на разлицнцхучастках функционирования предлагаемого устройства, Различие эффективности управляющих воздействий объясняется различными структурами фильтров 4 и .7 низкой частоты и экстраполяторов 5 и 8, При одних свойст 50вах внешних. воздействий лучшие результаты дает контур, содержащийфильтр 4 и экстраполятор 5, при других свойствах - контур, содержащий Это осуществляется следующим об" разом, Из сигнала о требуемом в (й-с)-ый момент времени управления О(-4 в звене 11 сравнения вычитается сигнал об управлении О (й-ь), поступающий через звено 9 задержки с выхода экстраполятора 5. На выходе звена 11 сравнения получается сигнал, об ошибкеуправления первогока- налаб.;(С= ОИ-О И-т) Этот сигнал поступает на входпервого квадратора, где возводится в квадрат, а затем - на вход фильтра 13 низкой частоты, содержащего, напри" мер, последовательно соединенные звено сравнения, усилитель с насыщением и интегратор, выход которого соединен со вторым входом звена сравненияНа выходе фильтра 13 низкой частоты получается низкочастотная сос" тавляющая сигналао квадратеошибки 8,.Аналогично находится низкочастот" ная составляющая сигнала о квадрате ошибки Е 2 второго канала, Из сигна" ла о требуемом управлении О(т,-Г в звене. 14 сравнения выцитается сигнал об управлении О (т.- ь), поступаю 2щий через звено 10 задержки с выхода экстраполятора 8. На выходе звена 14 сравнения получается сигнал об ошибке Е управления второго ка" нала.2(2Этот сигнал возводится .в квардат в квадраторе 15, а затем поступает на вход Фильтра 16 низкой частоты, структура и параметры которого такие же как и у Фильтра 13 низкой цастоты. На выходе Фильтра 16 получается низкоцастотная составляющая сигнала о квадрате ошибки 62 .В звене 17 сравнения из сигнала Е 2, поступающего с выхода фильтра 16 низкой частоты, вычитается сигнал Е , поступающий с выхода фильтра 13 низкой частоты. Сигнал с. выхода звена 17 сравнения идет на первый вход переключателя 18, на второй вход которого подается сигнал О 2(й) с выхода экстраполятора 8, а натретий вход - сигнал О (й) с выхода экстраполятора 5. Работу переключателя 18 можно описать выражениемфильтр 7 и экстраполятор 8.Наличие требуемого идеального управления позволяет выбирать луч,шее из управляющих воздействий,Г-2О ,прп В Ь-т 1-а -фОЩЦ 12 1Офй),прп К (1-Ь)-ЬС-Ц 0,ееию Редактор М. Келемещ Заказ 1893/60ВНИИПИ Государствепо делам изобре11 Д 03 Москвад ЩФилиал ППЧ "Патент" Тираж 872 ного комитета С ений и открытий 5 Ра щская наб ЛащевКорректо Подписно