Регулятор с переменной структурой

, 134 770 5 у 4 С 05 В 13/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН точной СССР1983.ехнологитва микРадио видетельств 05 В 13/00, Управление ми проиэвод иборов, М.:112. ереходе Компенравл возник ющих при правления.путем автоетствующих с П- на ПИ-эак сация проиэвод кой установки ных условий на обеспечивает в СТРУКТУматичес- и началь- ф егулятор у еме эатности С , перерераторе.утой сис матичению иуправлопреде а данные оценки каче время переходных п гулирование. 3 ил. ва, в ча цессов и ения различными объ ленными или изменяю тами ис ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) РЕГУЛЯТОР С ПЕРЕМЕННОРОЙ Изобретение относится к авто- скому управлению и регулиров мбжет быть использовано для некоторой области параметрами. Цельюизобретения является повьппение качества регулирования. Переменная структура регупятора позволяет реализоватьдва обобщенных закона управления:пропорциональный (П) пропорциональноинтегральный (ПИ). Переход с одногозакона на другой осуществляется повеличине квадратичной формы переменных состояния расширенного (эа счетвключения интегратора) объекта управления. В предлагаемом регуляторе осуществляется компенсация скачков в1348770 Изобретение относится к автоматиматическому управлению и регулированию и может быть использовано дляуправления различными объектами с изменяющимися в ограниченной областипараметрами.Целью изобретения является улучшение качества регулирования.Сущность изобретения заключаетсяв следующем,Предлагаемый регулятор, как и прототип, работает в двух режимах: пропорциональном (П-режим) и пропорционально-интегральном (ПИ-режим).В соответствии с этим вырабатываютсяП- или ПИ-обобщенные законы регулирования, Обобщенность регулированиязаключается в том, что сигналы управления формируются не только из сигнала ошибки между задающим воздействием и регулируемой величиной, но ина основании сигнала о векторе состояния управляемого объекта, Главноеотличие предлагаемого регулятора заключается в способе перехода с одного режима на другой. В прототипе приреализации обобщенного пропорционального регулирования выходной сигнал Бна объект управления формируется ввиде линейных стационарных обратныхсвязей по состояниям объекта управления, т.е. У=Кх, где К - 1 хп - матрица-строка обратных связей, х-и-мерный вектор состояний объекта управления. Если сигнал ошибки становитсяменьшей заданной определенной величины с (есс) дополнительно к пропорциональному регулятору подключаетсяинтегральная часть, т,е. У=Кх+эКеКС, где К - пастаннный наэфСофициент; е=-у - ошибка в замкнутойсистеме; д - входной, задающий сигналв регулируемой системе; у - выходная,регулируемая величина замкнутой системы; С, - момент включения интегратора;- текущий момент времени.Коэффициенты матрицы К для режимапропорционального регулирования рассчитывают исходя из обеспечения некоторого оптимального в принятомсмысле качества переходных процессов,Подключение в управление интегральной добавки хотя и повышает точность в установившемся режиме, но в то жевремя ухудшает качество переходныхпроцессов, В этом случае при расчете коэффициента К и матрицы обратцных связей предлагается ввести вмодель объекта управления интегральный элемент, т.е, расширить порядокобъекта управления на единицу. Длярасширенного объекта управления рассчитывают регулятор с новыми коэффициентами матрицы обратной связи К,и коэффициентом К, обеспечивающимзаданное качество расширенного объекта управления. Таким образом, в предлагаемом регуляторе в режиме пропорционального регулирования реализуетсязакон Б, =Кх, в режиме ПИ-регулирования - закон У=Кх+К еда. При пересэходе с П- на ПИ-закон коэффициентыматрицы К скачком меняются на коэф 20 фициенты К, Следовательно, и управление, поступающее с выхода регулятора на объект, меняется скачком,что приводит обычно к нежелательнымскачкам и в объекте управления, по 25 этому предлагается в момент перехода поддерживать равенство сигналовБ, и У т.е, чтобы последнее значениевыходного сигнала регулятора при пропорциональном регулировании равнялось30 первому значению выходного сигналарегулятора при ПИ-регулировании, Дляэтого в каждый момент времени вычисляется текущая разность между управляющими сигналами (выходами регулятора) для обоих законов регулирования,и в момент перехода с П-закона наПИ-закон происходит автоматическаякомпенсация выходного сигнала регулятора этой разностью, Компенсация40 осуществляется путем установки соответствующих начальных условий на включаемом интеграторе. В отличие от прототипа, в котором сигнал перехода сП-режима на ПИ-режим определяется по4 к величине ошибки е, в предлагаемомизобретении сигнал перехода определяе. ся по величине квадратичной формы К=Р переменных вектора состояния расширенного объекта управле-,50 ния, где г - выход интегратора. Приэтом учитывается вся динамика поведения объекта (не только ошибка, но искорость ее изменения, ускорение ит.д.,). Процесс перехода получается55 плавным, без возможных для прототипаэ эперескоков назад, к пропорциональному закону в случае, если скоростьизменения ошибки направлена на увеличение ошибки, 13487Если задать точность, обеспечиваемую регулятором, в вице скалярной величины д, равной значению квадратичной формы И в установившемся режиме,5 то можно найти область начальных условий на вектор г,х 1 в и+1-мерном пространстве, из которой ПИ-регулятор будет обеспечивать заданное качество процессов. Эта область задается в 10свице выраженияР =с, где с=хсоив.Когда величина И непрерывно вычисляемой в регуляторе квадратичной формы становится меньше с, то регуляторпереходит в режим ПИ-регулирования(соответствует области малых отклонений от заданных значений регулируемой величины), при Ис осуществляется 20П-закон регулирования,Сущность изобретения поясняетсяфиг. 1, 2 и 3, где обозначены первыйформирователь 1, второй формирователь 2, третий формирователь 3, интег рирующий усилитель 4, первый сумматор 5, релейный элемент 6, переключатель 7, первый ключ 8, второй ключ9, третий сумматор 10, второй сумматор 11, Остальные обозначения соответ ствуют упомянутым выше.Регулятор работает следующим образом.Сигналы, соответствующие текущимзначениям вектора состояния х объекта управления, поступают на первые ивходов первого 1, второго 2 и третьего 3 формирователей. На и+1-йвход формирователя 3 поступает такжесигнал г с выхода интегрирующего усилителя 4.Сигнал на выходе формирователя 1равен У=К,х, а на выходе формирователя 2 Б=Кх. Формирователь 3 формирует квадратичную форму входных сигналов расширенного объекта управленияв видеФ РСигнал с выхода формирователя 3поступает на первый вход сумматора 5.Сумматор 5 производит сравнение этого сигнала с заданной величиной с,устанавливаемой на его втором входе,Допустим, что сигнал с выхода формирователя 3 больше с, тогда релейныйэлемент 6 выдает положительный сигнал, что соответствует работе регулятора в П-режиме. При таком сигналес релейного элемента 6 на выходе ре 70гулятора через первый вход переключателя 7 выдается сигнал пропорционального управления П, . Первый ключ 8 закрыт и сигнал на первом входе интегрирующего усилителя 4 равен нулю. В этом случае сигнал на выходе интегрирующего усилителя 4 устанавливается равным сигналу начальных условий, поступающих на его второй вход с открытого в этом режиме второго ключа 9. Сигнал г,проходящий на выход ключа 9 и далее на выход интегрирующего усилителя 4, равен : г=Б, -Ц Эта разность непрерывно вырабатывается на выходе третьего сумматора О. Сигнал г с выхода интегрирующего усилителя 4 поступает на второй вход второго сумматора 11, где складывается с сигналом Б с выхода формирователя 1. Выходной сигнал сумматора 11 в этом случае равен Б так как Б=г+ .11 - 1.Таким образом, в любой момент времени при пропорциональном законе на третьем входе переключателя 7 присутствует сигнал, равный П, При изменении вектора состояния и сигнала г меняется по величине и сигнал квадратичной формы на выходе формирователя 3. В момент, когда значение квадратичной формы 1 станет меньше с, срабатывает релейный элемент 6, переключая закон регулирования с пропорционального на пропорционально-интегральный. Релейный элемент 6 отрицательным выходным сигналом закрывает ключ 9, отключая сигнал начальных условий на втором входе интегрирующего усилителя 4, одновременно с этим открывается ключ 8, пропуская сигнал ошибки на вход интегрирующего усилителя 4. Усилитель 4 выдает сигнал г, пропорциональный уже интегралу от ошибки, с коэффициентом пропорциональности К, На сумматоре 11 происходит сложение сигналов г и Пг =Кя, х.Сигнал с выхода сумматора 11 подается на третий вход переключателя 7. В режиме ПИ-регулирования третий вход переключателя 7 открыт, а первый вход закрыт управляющим сигналом с выхода релейного элемента 6, поступающим на второй вход переключателя 7, Поэтому на выход регулятора проходит сигснал С=Кх+КедТ, соответствующийХю д,р 13 ПИ-режиму. Если по каким-либо причинам (например, в результате действия на ОУ большого возмущения извне) величина сигнала 1 квадратичной формы с выхода формирователя Э резко возрастает и станет больше, то релейный элемент переключится и выдаст сигнал на переход регулятора в П-режим. В дальнейшем работа регулятора происходит как описано вьппе. Предлагаемый регулятор позволяет улучшить качество процессов регулирования при переходе с одного закона управления на другой; устраняются скачки в сигнале управления, вырабатываемом регулятором, и обеспечиваются заданные оценки качества даже при неопределенности параметров объекта управления или при изменении их в некоторой ограниченной области,Формула изобретения Регулятор с переменной структурой, содержащий датчик ошибки, интегрирующий усилитель, первый сумматор, выход которого через релейный элемент под 487706кпючен к управляющему входу первогоключа, первый формирователь, выхОдкоторого подключен к первому входувторого сумматора, о т л и ч а ю - 5щ и й с я тем, что, с целью улучшения качества регулирования, введенывторой и третий формирователи, третийсумматор, второй ключ и переключатель, выход второго формирователяподключен к первому входу переключателя и первому входу третьего сумматора, подключенного вторым входомк выходу первого формирователя, авыходом - к входу второго ключа, управляющий вход которого подключен куправляющему входу переключателя ивыходу релейного элемента, а выход -к первому входу интегрирующего усилителя, выход которого соединен свторым входом второго сумматора, подключенного выходом к второму входупереключателя, и с входом третьегоформирователя, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход первого ключа соединен свторым входом интегрирующего усилителя, а вход - с выходом датчика ошибки.1348770 оставитель В. Кузинехред Л,Сердюкова Редакт Маковск ректор Г. Решетни 8 е к и 4/ 1303 оск я Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород; ул, Проект 186/45ВНИИП Государ елам из твенного ком бретений и о Ж, Раушс Подпитета СССРкрытий