Нелинейный адаптивный регулятор

(51)4 С 05 В 13 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ СВИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ворошиловградский фил ственного проектно-констру р и научно-исследовательского института по автоматизации угольной промьппленности(72) А,С,Меняйленко и В.А.Улыбин (53) 62-50(088.8)о (56) Авторское свидетельство СССР У 746414, кл. С 05 В 13/00, 1980.Шаталов А.С, Структурные методы теории управления и электроавтоматики, - Л.: Госэнергоиздат, 1962, с. 408.Авторское свидетельство СССР 1 Ф 1187148, кл. С 05 В 13/00, 1984. (54) НЕЛИНЕЙНЫЙ АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к устройствам автоматического управления и может быть использовано в системах автоматического регулирования нестационарными объектами при наличии быстроизменяющихся мультипликативных помех,Цель изобретения - повышение точностирегулирования. Достижение цели обусловлено тем, что изменяется контролируемая мультипликативная помеха и определяется ее среднее значение, покоторому корректируется коэффициентусиления регулятора. Это позволяет супреждением (по возмущению).изменятьнастройку регулятора, предотвратитьпоявление автоколебаний и уменьшитьвремя регулирования. Устройство содержит задатчик 1, элемент 2 сравнения, нелинейные звенья 5,6, сумматоры3,4,8, управляемый усилитель 7, интегратор 9, блоки выделения минималь- жного 10 и максимального 11 значенийс подключенными к ним задатчиками 12,13, объект 14 управления, датчик 15контролируемой мультипликативной помехи, блок 16 оценки среднего значе- фния и блок 17 выделения, 2 илния реализуется известными техническими средствами.Устройство работает следующим образом.Объект 14 управления для промышленных технологических процессов хорошоаппроксимируется передаточной функцией видаКаеу(р) о (1) 10, 0 Р+1где К - коэффициент усиления объекта14 управления,К ф(с), ( 2)Р - оператор Лапласа;- время транспортного запазды-вания"Т - постоянная времени объектауправления;М - символ математического ожи 15 дания. При теоретическом синтезе управления такими объектами их инерционностью, как правило, не учитывают и рассматривают только в статике, что позволяет получить субоптимальные алгоритмы, которые затем "дополняют" звеньями, учитывающими инерционность объектов управления, Однако эти подходы не учитывают динамические особенности объектов управления,В известном нелинейном адаптивном регуляторе, когда мультипликативное возмущение (Г) = Кизменяется медленно по сравнению с динамическими характеристиками объекта, величина= К, вычисляется косвенно путем вычисления Мф(Я и определения от- ношения Х(3) Если Р(с) изменяется быстрее,чем регулятор успевает ее вычислить, то 45в этом случае коэффициент усиления регулятора не успевает отслеживать эти изменения, что может привести к появлению автоколебаний или весьма длительному процессу регулирования.В данном регуляторе реализуетсяследующий закон управления:" -(" ( т "1о 1 1303994Изобретение относится к устройствам автоматического управления иможет бь 1 ть использовано в системахавтоматического управления регулирования нестационарными объектами приналичии быстро изменяющихся мультипликативных помех.Цель изобретения - повышение точности регулирования в условиях быстроизменяющейся мультипликативной помехи.На фиг.1 представлена структурнаясхема устройства; на фиг.2 - структурная схема объекта управления.Устройство содержит задатчик 1,элемент 2 сравнения, первый 3 и второй 4 сумматоры, первое 5 и второе 6нелинейные звенья, управляемый усилитель 7, третий сумматор 8, интегратор 9 блоки выделения ыинимального 2010 и максимального 11 значений с подключенными к ним задатчиками нижней12 и верхней 13 границ управляющеговоздействия, объект 14 управления,датчик 15 контролируемой мультипликативной помехи, блок 16 оценки среднего значения и блок 17 деления, Объект управления содержит (фиг,2) последовательно соединенные умножитель18 и динамическое звено 19.Задатчик через последовательносоединенные элемент 2 сравнения, первое нелинейное звено 5, первый сумматор 3, управляемый усилитель 7, второй сумматор 4, блоки выделения минимального 10 и максимального 11 значений и объект 14 управления подключен к второму входу элемента 2 сравнения, выход которого через последовательно соединенные второе нелинейное звено 6, третий сумматор 8 и интегратор 9 подключен к второму входувторого сумматора 4, выход элемента 2сравнения подключен также к вторымвходам первого 3 и третьего 8 сумматоров, выход задатчика соединен спервым входом блока 17 деления, выходкоторого подключен к третьему входувторого сумматора 4, выход датчика 15контролируемой мультипликативной помехи через блок 16 оценки среднегозначения подключен к второму входублока 17 деления и к управляющемувходу управляемого усилителя 7.В качестве датчика 15 контролируемой мультипликативной помехи 1 ч(С) может быть использован, например, серийно выпускаемый датчик влажностиБАК в , Блок 16 оценки среднего значе+ Е (е) ) с 1 С + - ,- -- , (4)Х й Мц (С) щс при У ( Й )П р ф Ьпри гимн П П у Ппри П(й.)УР (Я):Е л,Р(я) =Е;Р( ) 40 3 13039 где П(С) - входная координата объекта управления (управляющее воздействие регулятора);Б ,П - минимальное и максимальное 5 инн ф имизначения управляющего воздействия;Г=Х -Х(С) - сигнал рассогласования;5Х(С) - регулируемая выходная координата объекта; 10Х - заданное значение регули 3руемой величины;- время;МЬ (С) - среднее значение мультипликативной помехи возмущающего воздействия, например влажность, зольностьи другие;Т - постоянная времени интегрирования; 20К - переменный коэффициент усиления регулятора; Р ( ) Р- выхоцная величина перФ рвого и второго нелинейныхзвеньев соответственно. 25В элементе 2 сравнения из сигнала задатчика 1 вычитается выходной сигнал объекта управления Х(С), сполученный сигнал рассогласования поступает на входы первого сумматора 3 30 и третьего сумматора 8, а также на выходы первого линейного звена 5 и второго нелинейного звена 6. В первом нелинейном звене 5 происходит преобразование сигнала рассогласования по однбму из нелинейных законов, например: Аналогичное преобразование сигнала производится во втором нелинейном звене 6, на выходе которого образуется сигнал Р(Е). Характеристики нелиней 2ных звеньев могут выбираться независимо. Таким образом, выходной сигнал с линейного звена 5 суммируется с сигналом рассогласования Е на сумматоре 3. 50 94 4элемента 2 сравнения и второго нели-нейного звена 6.На сумматоре 4 образуется суммарный сигнал, который через блоки выделения минимального 10 и максимального 11 значений подается на вход объекта 14 управления.Следовательно, в регуляторе реализуется нелинейный ПИ-закон управления. Характеристики нелинейных законов определяются типом нелинейного звена, который выбирается исходя из динамических свойств объекта регулирования. При малых значениях сигнала рассогласования величины на выходах нелинейных звеньев 5 и 6 малы (или равны нулю) по сравнению с величиной рассогласования на выходе звена 2 сравнения и не оказывают влияния на работу регулятора. При увеличении сигнала рассогласования Я на выходе элемента 2 сравнения величина сигнала на выходах нелинейных звеньев 5 и 6 начинает расти быстрее, чем сигнал рассогласования, что приводит к интен" сивному изменению выходной величины регулятора У(С) и быстрому устранению появившегося возмущения в объекте регулирования.Коэффициент усиления управляемого .усилителя 7 выбирается из условия отсутствия автоколебаний в установившемся режиме, а параметры интегрирующего звена выбираются из условия отсутствия перерегулирования при больших значениях сигнала рассогласования.В процессе работы коэффициент усиления объекта регулирования может изменяться в широких пределах, поэтому необходимо кор-ектировать коэффициент усиления регулятора в зависимости от изменений коэффициента усиления объекта регулирования. Кроме того, при быстро изменяющейся мультипликативной помехе необходимо скомпенсировать выходную координату объекта управления по возмущению. Для этого датчиком 15 возмущающего воздействия измеряют помеху Ч(С) и в блоке 16 оценки сред-. него значения определяют ее среднееВыходной сигнал сумматора 3 усиливается управляемым усилителем 7 и подается на первый вход второго сумматора 4, на второй вход которого подается сигнал с интегратора 9. На вход последнего подается суммарный сигнал с третьего сумматора 8, на входы которого поступают сигналы с значение. В связи с тем, что помеха мультипликативная, т. е.КХ(С - Ии(С) И(М(С), (6)где М - знак математического ожиданиясоответствующей переменной,а в статической системе(8) где К " коэффициент усиления объекта.Выходной сигнал с блока 16 оценки среднего значения подается на управляющий вход управляемого усилителя 7 и изменяет его коэффициент усиления таким образом, что большему значению коэффициента усиления объекта регулирования соответствует меньший коэффициент усиления регулятора (усилителя 7) и наоборот, т.е,КК К =соьз 1, (9)оь р где К - коэффициент усиления разомкнутой системы регулирования.Такая коррекция коэффициента усиления регулятора позволяет поддерживать высокую точность работы регулятора при широком диапазоне изменений коэффициента усиления объекта регули рования. Это позволяет избегать авто- колебаний в установившемся режиме.Благодаря включению интегратора 9 в разрыв цепи между элементом 2 сравнения и сумматором 8 время интегриро вания не зависит от начальных условий, следовательно, время адаптации не зависит от величины сигнала на выходе блока 16 оценки среднего значения в момент С = О, равного М(о . Это обеспечивает снижение времени адапт. - ции коэффициента усиления, что ведет к повьппению точности регулирования.Выходной сигнал блока 17 деления, равный40 Х11Фо ь у1(1 О) подается на третий вход второго сумматора 4 и, соответственно, по возму щению изменяет величину сигнала 0 управляющего воздействия.Таким образом помеха 1 ч(С) (возмущающее воздействие) компенсируется по возмущению (по прямому каналу) сигналом с выхода блока 17 деления, а по отклонению устраняется влияние шумов и других неконтролируемых изменений в объекте сигналом с выходов интегратора 9 и усилителя 7. 55При автоматическом регулировании реальных промьппленных объектов имеется необходимость в ограничениях управляющего воздействия, причем величина ограничения может изменяться в зависимости от условий работы, режима и т.п. (например., при автоматизации сушильных установок на углеобогатйтельных фабриках необходимо строго ограничивать температуру сушильного агента во избежание взрыва, пережога и т.п а также следить за нижним пределом температуры, не допуская ее снижения до температуры точки росы во избежание выпадания влаги. Наличие блоков выделения минимального 10 и максимального 11 значений управляющего воздействия с соответствующими задатчиками 12 и 13 обеспечивают ограничение управляющего воздействия в заданных границах, что повьппает точность и надежность регулирования.Технико-экономическим преимуществом данного регулятора является более высокая точность управления за счет того, что измеряется возмущающее воздействие (помеха)датчиком 15 и определяется его среднее значение в блоке 16, по которому корректируется коэффициент усиления регулятора К, (усилитель 7), что позволяет с упреждением (по возмущению)оизменить коэффициент усиления регулятора, а также предотвратить появление автоколебаний и большие времена регулирования при быстро меняющихся мультипликативных возмущающих воздействиях (помехах); более высокая точность управления за счет того, что по измеренному среднему значению ф (Д определяется на блоке 17 деления составляющая величины управляющего воздействия Н по возмущению, т.е. регулятор представляет собой комбинацию управляющих воздействий по отклонению и по возмущению, что увеличивает точность регулирования при быстро изменяющихся возмущающих воздействиях.Формула изобретенияНелинейный адаптивный регулятор, содержащий задатчик, выход которого через последовательно соединенные элемент сравнения, первое нелинейное звено, первый сумматор, управляемый усилитель, второй сумматор, блок выделения минимального значения, блок выделения максимального значения и объект управления подключен к второму входу элемента сравнения, выход которого через последовательно соединенЗаказ/48 ТирВНИИПИ аж 8 б 4 Государств делам изобр5, Москва, Ж Подписноенного комитета СССРтений и открытий35, Раушская наб.,5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород,оектная 7 1303994 8ное второе нелинейное звено, третий подключены соответственно к задатчисумматор и интегратор подключен к кам нижней и верхней границ управляю- второму входу второго сумматора, вы- щего воздействия, о т л и ч а ю щ и йход элемента сравнения также подклю- с я тем, что, с целью .повышения точчен к вторым входам первого и третье ности регулирования, введен датчик го сумматоров, выход задатчика соеди- контролируемой мультипликативной понен с первым входом блока деления, мехи, выход которого через блок оценвторой вход которого соединен с выхо- ки среднего значения соединен с управдом блока оценки среднего значения, ляющим входом управляемого усилителя, а вторые входы блоков выделения мини- Ю а выход блока деления соединен с тремального и максимального значений тьим входом второго сумматора.