Самонастраивающаяся система автоматического управления для объектов с запаздыванием

(51)4 О 05 В 13/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВ ТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(54)(57) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯОБЬЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ, содержащая обратную модель объекта беззапаздывания, последовательно соединенные задатчик, первый сумматор,дифференциатор, функциональный преобразователь, релейный злемент,Опь А ключ, второи сумматор, усилитель,регулятор, блок умножения, третийсумматор и объект управления, выход регулятора соединен со вторымвходом третьего сумматора, выходпервого сумматора соединен со вторыми входами второго сумматора,функционального преобразователяи ключа, а второй вход блока умножения соединен с выходом первогоинтегратора, вход которого соединен с выходом блока знакового умножения, . о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повьдпения точности системы, она содержит последовательно соединенные блок коррекции, четвертый сумматор, второйинтегратор и пятый сумматор, второвход которого соединен с выходом.объекта управления, а выход черезобратную модель объекта без запаздывания соединен со вторыми входами первого и четвертого сумматоровпервый вход блока знакового умно,жения соединен с выходом четвертогсумматора, а второй вход - с выходом регулятора и входом блока коррекции, 11,73390Изобретение относится к самонастраивающимся системам управленияи может быть использовано в системах автоматического управления объектами с переменными параметрами 5и запаздыванием в химико-фармацевтической, микробиологической, пищевой, химической и других отрасляхпромьппленности,Известна система автоматического 1 Оуправления для нестационарных объектов, содержащая основной контуруправления, который включает измеритель сигнала рассогласования, напервый вход которого подается сигнал 15задания, а на второй - инвертированный сигнал с выхода объекта.че-,рез параллельное корректирующее звено, последовательное корректирующеезвено, вход которого соединен с выходом измерителя рассогласования,а выход подключен к первому входублока умножения и к входу первогосумматора, другой вход которого соединен с выходом блока умножения, выход первого сумматора подключен квходу объекта управления, и дополнительный контур управления, включающий модель-эталон, на вход которойподается сигнал с выхода последова- З 0тельно корректирующего звена, выходмодели подключен к,первому входувторого сумматора, на второй вход которого поступает инвертированныйсигнал с выхода объекта управлениячерез звено согласующее выход объекта управления с выходом модели, иблок настройки, один вход которогосоединен с выходом второго сумматора,а другой вход - с выходом последова 40тельного корректирующего звена, выходблока подстройки подключен к второму входу блока умножения основногоконтура системы 11.Недостатком этой системы является то, что в условиях нестабильности параметров динамических свойств объекта управления с изменяющимся во времени запаздыванием качество управления резко снижается, поскольку 50 операторы блоков дополнительного контура управления системы являются линейными и стационарными.Известен регулятор для объектов с переменным запаздыванием, содержащий последовательно соединенные блок задания, первый сумматор и первый блок согласования, выход которого подключен к первому входу второгосумматора, третий сумматор, первыйи второй входы которого соединенысоответственно с первым блоком формирования установки и выходом второго блока согласования, дифференциатори второй блок формирования уставки,подключенные соответственно к первому и второму входам четвертого сумматора, переключатель, первый входи выход которого соединены соответственно с выходом первого сумматораи со вторым входом второго сумматора, выход которого подключен к интегратору, а также содержащий первыйи второй блоки определения модуля, первый и второй релейные элементы и инерционное звено, вход,первый и второй выходы которогосоединены соответственно с выходомпервого сумматора, входами первогои второго блоков определения модуля, выходы которого подключены квходу второго блока согласованияк третьему входу третьего сумматора, выход которого через первыйрелейный элемент подключен к входудифференциатора, а выход четвертого сумматора через второй релейныйэлемент соединен с вторым входомпереключателя 21,Однако использование этого регулятора в системе для управления .инерционными объектами, характеризующимися наряду спеременным чистым запаздыванием нестабильностьюдругих параметров (коэффициентаусиления, постоянных времени ),приводит к снижению точности управления,Наиболее близкой к предлагаемой является самонастраивающаяся система автоматического управления для объектов с запаздыванием, содержащая обратную модель объекта, последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, дифференциатор, функциональный преобразователь, релейный элемент, ключ, второй сумматор, усилитель, регулятор, блок умножения, третий сумматор, подключенный выходом к входу объекта управления, и последовательно соединенные блок знакового умножения и первый интегратор, подключенный выходом к второму входу блока умножения, соединенного входом с вторым входом третьего сумматора1 73390 О 5 20 при г(1) 0,(6 Е 1 р при(11(0, емое возмущение, аддитивно влияющее на выходную величину, а также изменяющиеся параметры инерционной части, приводящие к отклонению выходной величины модели, .то их влияние учитывается (моделируется )интегратором в цепи обратной связи обратной модели объекта.Таким образом, как следует из вышеописанного, влияние изменяющихся параметров объекта может быть скорректировано без непосредственного измерения текущих значений параметров объекта управлении,Обозначив передаточную функцию регулятора Ж (р), нелинейного корректирующего устройства 1(р), при выполнении в системе условия (4 ) характеристическое уравнение замкнутой системы будет иметь вид 1+1(р) 11( р )е =0 (5)8 Из выражения (5 ) видно, что на 25 устойчивость системы существенное влияние оказывает только запаздывание объекта управления, поскольку характеристики остальных звеньев системы(И, и Яг (р известны, Для устойчйвого и качественно" го поддержания требуемого режима на выходе системы в этом случае целесообразно примнить нелинейную коррекцию, Эта коррекция вы"35 полняется в системе при помощи нелинейного корректирующего устройства с переменной структурой, цепь из блоков 15, 16, 17, 18, которое во время переходного процесса в заьисимости от знаков и соотношения40 сигнала рассогласоваьия и его первой производной вырабатывается регулирующее воздействие, параметры которого зависят от времени запаздыва 45 ния объекта.Система работает следующим образом,При отклонении выходной величины объекта управления 5 от оптимального значения, задаваемого50 блоком задания 1, вызванного непредвиденными изменениями параметров объекта либо возмущением Г, на выходе сумматора 2 возникает сигнал рассогласования, который поступает на вход сумматора 4, на вход дифференциатора 15, на адин из входов функционального преобразователя 16 и ключа 18. Сигнал рассогласованияи его производная, полученная навыходе дифференциатора 15, поступает на вход функционального преобразователя 16. Функциональный преобразователь 16 на их основе образует сигнал Б= сЕ+ В (с)0 - постоянный коэффициент ), поступающий навход релейного элемента 17, которыйвыделяет факт попадания изобража -ющей точки в определенные секторыфазовой плоскости, Выходной сигнал релейного элемента 17 поступаетна вход ключа 8, выходной сигналкоторого 1(Е,Я)поступает на вход сумматора 4, где складывается с сигналом сЕ, поступающим с выхода сумматора 2, причем Выходной сигнал сумматора и+ 1(р )(Ю) 0 - постоянный коэффициент ) поступает на усилитель 19, коэффициент усиления которого К, Сигнал с выхода усилителя 19 поступает на вход регулятора 9, формирующего на выходе управляющее воздействие У(С), которое поступает на вход сумматора 7, и на один из входов блока умножения 11Если переходный процесс на выходе объекта управления 5 вызван возмущен ниеми при этом параметры объекта остаются постоянными, а значит параметры модели 3 соответствуют параметрам объекта управления 5, то сигнал рассогласования на выходе сумматора 10 равен нулю. Выходные сигналы блока 3, первого 6 и второго 12 интеграторов, являющихся исполнительными элементами контура самонастройки, также равны нулю.При этом выходной сигнал блока умножения 1, выходной сигнал сумматора 7 также равны нулю. При изменении параметров объекта управления 5 на выходе сумматора 10 возникает рассогласование, которое поступает на вход интегратора 12 и через блок знакового умножения 13 на вход интегратора б, Выходной сигнал интегратора 6 в этом случае поступает на вход блока умножения 11, с помощью которого изменяется вели/чина управляющего воздействия Б(С), поступающего с выхода регулятора 9, Одновременно сигнал с выхода интегратора 12, обеспечивающего адди173390 Составитель В.НефедТехред М.Надь рректор В.Гирняк тей едактор Заказ 5052/4 Подпискомитета СССР Тираж 8 б 3 осударственного м изобретений и ва, Ж,1 РЬушс ВНИИПИ Г по дела 13035, Москоткрытийая наб д, 4 иап ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,тивную коррекцию модели 3, поступает на один иэ входов сумматора 14, на другой вход которого поступает сигнал с выхода объекта управления 5.Если измененное значение управляющего воздействия обеспечивает требуемый выходной процесс системы при изменившихся параметрах объ. екта управления 5, сигналы на выходе сумматора 2 и 10 становятся равными нулю.Значения коэффициентов интеграторов 6 и 12 выбираются .с учетом скорости изменения параметров объекта управления 5, Таким образом, чтобы скорость самонастройки была оптимальной, С помощью блока знакового умножения 13 обеспечивается независимость изменения величины управляющего, воздействия У(С) от знака воздействия У(1), что следует из условия устранения рассогласования на выходе сумматора 10Таким образом,в предложеннойсистеме обеспечивается снижениечувствительности к изменениям параметров объекта управления и к действующим на объект возмущения, чтов свою очередь приводит к повышению качества регулирования техно- О логических процессов.Использование изобретения дозволит за счет повышения качества управления, а именно точности под - 5 держания оптимальных режимов нестационарных процессов, например ферментации в химико-фармацевтической и микробиологической промышленности, снизить эксплуатационные затра ты и повысить выход синтеэируемогоцелевого продукта.