Бинарная система управления

,801120284 А зш С 05 В 13/02 ч ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(7 1) Всесоюзный научно-исследовательский институт системных исследований Государственного комитетаСССР по науке и технике и АН СССР(56) 1. Соколов Н.И. Лекции по курсу "Теория автоматического регулирования". Эквивалентные адаптивными адаптивные САУ. Ч. 1, М., МАИ,1972, с. 55.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 36 13801/24,кл. С 05 В 13/02, 1983 (прототип).(54) (57) БИНАРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, содержащая последовательносоединенные объект управления и блоксравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика, а выход - с входами дифференциаторов,выходы которых и выход блока сравнения через соответствующие вторыеусилители соединены с входом второго сумматора и через соответствующие последовательно соединенные модульные элементы и первые усилители - с входами первого сумматора,выход которого соединен с входомумножителя, выход второго сумматора подключен к входу релейного элемента, последовательно соединенногос инерционным фильтром, выход которого подключен к второму входу умно.жителя, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения качества переходных процессов системы,она содержит последовательно соединенные блок деления, усилитель снасыщением и третий сумматор; выходкоторого соединен с входом объектауправления, а вход - с выходом умножителя, подключенного первым входом к первому входу блока деления,второй вход которого подключен квыходу второго сумматора.Изобретение относится к автоматическому регулированию и управлениюи предназначено для автоматическогоуправления свободными колебаниямилинейных динамических объектов, параметры которых меняются произвольным неконтролируемым образом в любых ограниченных пределах.Рассматривается объект управления,динамика которого описывается урав 10нениему (й) + а(е) (с) + .++ а (с) (1) = ц(т ),где а (з. = 1, , и) - неизмеряемые параметры 15объекта, диапазоны изменения которых известныа 1 аИ) с а,1 э ффффф п)э4где а. - известные константы,Задача управления состоит в устранении ошибки регулирования, определяемой соотношением х= у(с) - у(с),где уб(С) = сопз 1 - задающее воздействие, далееу= О, при произвольном начальном состоянии системы и обеспече 30нии в асимптотике независимостисвойств управляемых процессов х(С)в замкнутой системе от параметровобъектов управления а (с) (х1, , и),35Известна самонастраивающаясясистема, состоящая из объекта управления, сумматоров, блоков,сравнения, усилителей, дифференциаторов,умножителей, релейного и модульныхэлементов и корректирующего звена 11 .Недостатками этой системы являются низкая надежность, наличие высокочастотных колебаний сигнала управления, высокая чувствительность к помехам и неидеальностям в реализацииэлементов системы.Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является би нарная система автоматического управления с координатно-параметрической обратной связью, содержащая последовательно соединенные объект управления и блок сравнения, второй вход 55 которого соединен с выходом задатчика, а выход - с входами дифференциаторов, выходы которых и выход блока сравнения через соответствующие вторые усилители соединены с входомвторого сумматора и через соответствующие последовательно соединенныемодульные элементы и первые усилители - с входами первого сумматора,выход которого соединен с входомумножителя, выход второго сумматора подключен к входу релейного элемента, последовательно соединенногос инерционным фильтром, выход которого подключен к второму входу умножителя 2.Недостатком известной системыявляется наличие зависимости свойствуправляемых процессов от неконтролируемого изменения параметровобъекта, что приводит к ухудшению качества переходного процесса.Цель - обеспечение независимостисвойств управляемых процессов от произвольного изменения параметров объекта и повышение качества переходных процессов,Поставленная цель достигаетсятем, что в бинарную систему управления содержащую последовательно соединенные объект управления и блоксравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика, а выход -с входами дифференциаторов, выходыкоторых и выход блока сравнения через соответствующие вторые усилители соединены с входом второго сумматора и через. соответствующие последовательно соединенные модульные элементы и первые усилители - с входами первого сумматора, выход которого соединен с входом умножителя,выход второго сукатора подключен квходу релейного элемента, последовательно соединенного с инерционнымфильтром, выход которого подключенк второму входу умножителя, введеныпоследовательно соединенные блокделения, усилитель с насыщением итретий сумматор, выход которогосоединен с входом объекта управления, а вход - с выходом умножителя,первым входом подключенного к вхсду блока деления (делитель), второй вход которого (делимое), подключен к выходу второго сумматора,На фиг. 1 представлена структурная схема системы управления; нафиг, 2 - то же с координатной, координатно-параметрической и параметро-координатной обратными связями.Система управления (фиг. 1) состоит из объекта 1 управления, задатчика 2 с выходным сигналом у(Т) = сопяТ = О, регулятора 3 контура координатной обратной связи (КОС), формирующего сигнал и(Т), задатчика 4 координатно-параметрической обратной связи (КПОС) с выходным сигналом х (Т), регулятора 5 контура КПОС, Формирующего сигнал 11(Т), Функционального блока 6, формирующего сигнал с(Т), задатчика 7 контура параметро-координатной обратной связи (ПКОС) с выходоным сигналом С, регулятора 8 контура ПКОС, формирующего сигнал йТ).При использовании координатно- параметрической обратной связи для рассматриваемого класса объектов получается обобщенная схема с элементами 1-5. В подобных системах при конечных коэффициентах передачи невозможно обеспечить точное выполнение требуемого равенства Д (Т) = 0 и, таким образом, невозможно гарантировать независимость динамических свойств замкнутой системы от меняющихся произвольным образом параметров объекта. В связи с этим в систему вводится дополнительно контур параметро-координатной обратной связи, предназначенный для компенсации возникающего рассогласования между фактической и желаемой динамикой замкнутой системы, Задатчик 7 формирует сигнал СО задающий желаемые динамические свойства системы, а Функциональный блок 6 определяет фактическое поведение управляемых процессов в замкнутой системе, характеризуемое величиной С(Т), Регулятор ПКОСпредназначен для компенсации рассогласования С - С(Т). В результате введения ПКОС получается структурная схема, представленная на фиг. 1. Система управления (фиг. 2) содержит объект 1 управления, задатчик 2 КОС, блок 9 сравнения, дифФеренциаторы 101, 10, , 10модульные элементы 114, 11,1111, первые усилители 121,1211, первый сумматор 13, умножитель14, вторые усилители 154. , 15 п,второй сумматор 16, релейный элемент 17, инерционный элемент 18,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 блок 19 деления, усилитель 20 с насьпцением, третий сумматор 21.Предлагаемая бинарная система функционирует следующим образом,Сигнал уб(Т) с выхода задатчика 2 сравнивается с сигналом у(Т) с выхода объекта 1 управления в блоке 9 сравнения. Полученный сигнал поступает непосредственно на вход первого модульного элемента 111, а на входы других модульных элементов 112, 11, , 11 - через дифференциаторы соответствующих порядков 10, 102, , 101, сигналы с выходов модульных элементов через соответствующие первые усилители 121, 12, , 12 п подаются на вход первого сумматора 13, с выхода кото- рого сигнал подается на вход умно- жителя 14, сигнал с выхода блока 9 сравнения и сигналы с выходов дифференциаторов 10, 102, , 10 через соответствующие вторые усилители 15 А, 152, , 151, подаются на вход второго сумматора 16, полученная на выходе второго сумматора 16 линейная комбинация ошибки х(Т) и ее (п)-ой производной является ошибкой контура КПОС б (Т), она подается на вход релейного элемента 17, а сигнал с выхода релейного элемента 17 подается на вход инерционного элемента 18, выход которого Ь (Т) поступает на второй вход умножителя 14, сигнал б (Т) с выхода второго сумматора 16 подается на вход делителя 19 (делимое), второй вход которого подсоединен к выходу первого сумматора 13 (делитель), полученный на выходе блокао19 деления сигнал С - С(Т) представляющий собой ошибку контура ПКОС, подается на усилитель 20 с насьпцением, сигнал с выхода которого суммируется с сигналом с выхода умножителя 14 в третьем сумматоре 21 и подается на вход объекта 1. В рассмотренной схеме контур ПКОС образуется блоком 19 деления, усилителем 20 с насыщением и сумматором 21. Технико-экономический эффект предлагаемой бинарной системы управления с координатно 1, координатно" параметрической и параметрической обратными связями заключается в том, что она гарантирует более высо. кое качество регулирования по срав 1120284нению с системой управления с координатной и координатно-параметрической обратной связью за счет обеспечения независимости переходных процессов от действующих на объектпараметрических возмущений, чтодостигается за счет дополнительногоспециальным образом формируемогов контуре ПКОС сигнала управленияУ(С) подаваемого на объект, Использование предлагаемой системы управления для управления процессомпорционного дозирования, т;е. набора и выгрузки отдельных доз шихтовых материалов в аглодоменном производстве, позволяет получить,как показали результаты натурноматематического моделирования,экономический эффект порядка100 тыс. руб, в год на одну доменнуюпечь за счет повышения точности набора доз до + 0,153, Это позволяетповысить производительность Доменной печи на 0,4%, снизить колебаниясодержания Б в чугуне на 0,017.:и расход кокса на 0,5 кг/т чугуна.1120284 оставитель А. Лащехред Т,Маточка едактор Г. Волкова Т Хорректор А. Тяс 41 Зака иал ППП "Патент", г. Узгород, ул. Проектная 739/34ВНИИПИ Гопо делам035, Москв арств зобре Ж,Подписнта СССРтий