Бинарная система управления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1702 39 ац 5 605 В ГОСУДАРСТВЕННПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТИ ОТКРЫТИ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 30 ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт проблем управления(56) Авторское свидетельство СССРМ 1149213, кл. 0 05 В 13/02. 1985.(54) БИНАРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано в системах управления технологическими процессами с переменными параметрами. Бинарная система управления обеспечивает управление с заданной точностью нестационарными астатическими объектами с запаздыванием, содержащими гистерезисный элемент с изменяющимися во вермени характеристиками. Для этого система содержит задатчики 2, 3, сумматоры 6, 7, блоки 8 - 11 сравнения, множительное устройство 14, усилитель 16, интеграторы 18 - 20, блок 21 выделения максимума, делительное устройство 22, нуль- органы 23 и 24, одновибраторы 25 и 26, блок 27 управления релейным элементом, релейный элемент 28, дифференциатор 29. 3 ил,Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может бытьиспользовано в системах управления технологическими процессами с переменнымипараметрами, например в системах управления процессами бурения,Цель изобретения - обеспечение возможности управления с повышенной точностью нестационарнцми астатическимиобъектами с запаздыванием, содержащими 10гистерезисный элемент с изменяющимисяво времени характеристиками,На фиг. 1 приведена функциональнаясхема бинарной системы управления; нафиг. 2 - функциональная схема блока выделения максимума; на фиг, 3 - функциональная схема блока управления релейнымэлементом,Бинарная система управления содержит (фиг. 1) эадатчик 1 - 3, сумматоры 4 - 7, 20блоки 8-11 сравнения. усилители 12 и 13,множительное устройство 14. усилители 15и 16, интеграторы 17-20, блок 21 выделениямаксимума, делительное устройство 22,нуль-органьг 23 и 24, одновибраторы 25 и 26. 25блок 27 управления релейным элементом,релейный элемент 28 и дифференциатор 29.Обьект 30 регулирования представляет собой последовательно соединенные нестационарнцй гистерезисный элемент 31 с 30астатической частью и нестационарный динамический элемент 32 с запаздыванием.Усилитель 33 состоит из усилителей 12 и 15,а интегратор 34 выполнен в виде соединенных усилителя 13 и интегратора 17, 35Блок выделения максимума содержит(фиг, 2) включает 35, усилитель 36, диод 37,кнопку 38 установки начальных условий иинтегратор 39.Блок управления релейным элементом 40(Фиг, 3) образует умножитель 40, сумматор41 и диоды 42 и 43.Бинарная система управления предназначена для управления обьектами, представляющими собой два последовательно 45соединенных блока с промежуточной выходной координатой,Первый блок состоит из интегральногозвена и нелинейного гистерезисного элемента, который описывается следующей системой уравнений:,=исЕ+3 где Кг - угол наклона петли гистерезиса;1 - зона нечувствительности, изменяющейся во времени петли гистерезиса;02 - входной сигнал гистерезисногоэлемента, характеризующийся монотоннымувеличением до значения 02=02 макс и последующим уменьшением до 02=02 мин1,02=Кш 01= ОМ (2)где Кщ - коэффициент усиления ШИМ-модулятора, состоящего из блока 27 управлениярелейным элементом, интегратора 20 и релейного элемента 28;О - входной сигнал ШИМ-модулятора;О - скважность выходного сигналаШИМ-модулятора;М - уровень выходного сигнала релейного элемента ШИМ-модулятора;Оо - выходной сигнал гистерезисногоэлемента,ОО=(М-д) Кг О, (3)Передаточной функцией первого контура системы управления, которую составляют первый блок 31 объекта регулирования,дифференциатор 29, блок 10 сравнения,первыйПИ-регулятор (образованный усилителем 16, интегратором 18 и сумматором 7),блок 27 управления релейным элементом,интегратор 20. релейный элемент 28 и сумматор 5. равнаХ,К ко р+ка,ць р+)Р рпи,к крк)т р(д )где Кнэ - коэффициент усиления нелинейного элемента объекта регулирования;г - постоянная времени дифферен циатора 29:Тд - коэффициент усиления дифференциатора 29;Км - коэффициент пропорциональнойсоставляющей закона регулирования;К 1 - коэффициент интегральной составляющей закона регулирования,Настроечные коэффициенты Кп и К 1первого ПИ-регулятора выбирают по одному из критериев оптимальности.Второй блок представляет собой нестационарный динамический элемент с запаздыванием, который описываетсяпередаточной функциейКо еТ, р+1 (5)где Ко=1/аТо и т - константы.Параметры оценивают по информациио выходной координате в начале процессауправления и в последующие моменты времени.Для того чтобы определить параметрыа целесообразно ввести новую координатуу, которая связана со скоростью (Ч) выход 1702339ной координаты обьекта передаточной функцией),(р). р 1, Ьккк, Т 1 (к, ке К к, Т( Передаточная функция замкутой системы 35% р ХХ(, р+Кое)ос е р(Т,р )Э,(р)Т)1(р)(, р К)ч)где Кп 2 - коэффициент при пропорциональной составляющей закона регулирования;Ко 2 - коэффициент при интегральнойсоставляющей закона управления,Значения коэффициентов К,2 и Кц 2 ПИрегулятора, состоящего из усилителей 12 и13, усил(Р)теля 15 и интегратора 17, обеспечивающего адаптивные свойства регулятору, устанавливаются по выбранномукритерию качества. 50Бинарная система управления работаетследующим образом,В начальный момент времени т=О мак-симальный сигнал поступает на вход блокавыделения максимума, 55В момент времени 1 0 на выходе сумматора 4 формируется сумма сигналов задатчика 1 и выхода объекта 30регулирования, которая вычитается из выходного сигнала блока 21 выделения макси 1То р+1(6)Величина у связана с выходным параметром у) передаточной функциейр-рС (7)Величина у 1 позволяет сформировать сигнал х, с помощью которого можно оцени вать величину а, Величинах=у)(0) - у), (8) гдЕ у)(0)у)(1)0; 10Нулевой момент, где 1=0, - момент начала процесса управления. Оценка а иско мой величины а есть отношениеа=- -Х(9)Тогда передаточная функция контура, включающего первый контур регулирова ния и второй блок объекта управления:А лк,к, М г О.е ЦШ 1фф Р(Р(Ф Р+В)+КК (К, Рц,) Т) (Т Р+) Р (Т Р 11) Р(Р))25 мума в блоке 8 сравнения, Делительное устройство 22 реализует формулу (9), причем его первым входным сигналом является выходной сигнал дифференциатора 29, входным сигналом которого служит промежуточная координата объекта 30 регулирования, а вторым сигналом является разность сигналов блока 21 выделения максимума и объекта 30 регулирования, Сигнал ошибки регулирования, получаемый на выходе множительного устройства 14 и равный произведению выходных сигналов делительного устройства 22 и блока 8 сравнения, через усилители 12 и 13 вводится в контур регулирования, в котором на выходе, в котором на выходе усилителя 15 формируется сигнал пропорциональной составляющей закона регулирования, а на выходе интегратора 17 - сигнал интегральной составляющей. Сумма этих сигналов с выхода сумматора 6 подается на первый вход блока 10 сравнения, в котором из нее вычитается выходной сигнал дифференциатора 29, По сигналу, получаемому от блока 10 сравнения, на выходе усилителя 16 формируется сигнал пропорциональной составляющей закона регулирования. а на выходе интегратора 18 - сигнал интегральной составляющей, Сумма этих сигналов с выхода сумматора 7 подается на первые входы нуль-органов 23 и 24, а также блока 27 управления релейным элементом, На вторые входы нуль-органов 23 и 24 подаются сигналы задатчиков 2 и 3 соответственно, Выходные сигналы нуль-органа 23 и 24 подаются на входы одновибраторов 25 и 26. Выходной сигнал блока 11 сравнения, который поступает на вход интегратора 19, представляет собой разность выходных сигналов одновибраторов 25 и 26, Выходной сигнал интегратора 20, входным сигналом которого является выходной сигнал. блока 27 управления релейным элементом, поступает на вход релейного элемента 28. На второй вход блока 27 управления релейным элементом поступает выходной сигнал релейного элемента 28, Выходной сигнал сумматора 5, представляющий собой сумму выходных сигналов интегратора 19 и релейного элемента 28, поступает на вход обьекта 30 регулирования,Формула изобретения Бинарная система управления, содержащая первый задатчик, подключенный к нему первым входом первый сумматор, второй вход которого соединен с первым выходом обьекта регулирования, первый интегратор, второй сумматор, выход которого подключен к входу объекта управления, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности системы при управле 1702339нии нестационарными астатическими обьектами с запаздыванием, содержащими гистерезисный элемент с изменяющимися во времени характеристиками, она дополнительно содержит второй и третий задатчики, множительное устройство, третий и четвертый сумматоры, первый, второй, третий и четвертый блоки сравнения, второй усилитель, второй, третий и четвертый интеграторы, блок выделения максимума, делительное устройство, первый и второй нуль-органы, первый и второй одновибраторы, блок управления релейным элементом, дифференциатор, релейный элемент, причем выход первого сумматора соединен с вычитающим входом первого блока сравнения, суммирующий вход которого подключен к выходу блока выделения максимума, а выход подключен к первому входу множительного устройства, вход блока выделения максимума подключен к второму входу пер-. вого сумматора, вычитающий и суммирующий входы второго блока сравнения подключены соответственно к второму входу первого сумматора и выходу блока выделения максимума, вход дифференциатора подключен к второму выходу обьекта регулирования, а выход соединен с входом делимого делительного устройства, вход делителя которого соединен с выходом второго блока сравнения, выход делительного устройства подключен к второму входу множительного устройства, выход которого подключен к входам первого усилителя и первого интегратора, входы третьего сумматора подключены к выходам первого усилителя и первого интегратора, а выход соединен с суммирующим входом третьего 5 блока сравнения, вычитающий вход которого подключен к выходу дифференциатора.входы четвертого сумматора подключены соответственно к выходам второго усилителя и второго интегратора, входы которых 10 соединены с выходом третьего блока сравнения, первый нуль-орган, первый одновибратор, четвертый блок сравнения и третий интегратор соединены последовательно, первый вход первого нуль-органа подклю чен к выходу четвертого сумматора, а выходтретьего интегратора подключен к первому входу второго сумматора, второй нуль-орган и второй одновибраторы соединены последовательно, первый вход второго нуль-орга на подключен к выходу четвертогосумматора. а выход второго одновибратора - к вычитающему входу четвертого блока сравнения, второй и третий задатчики подключены соответственно к вторым входам 25 первого и второго нуль-органов, блок управления релейным элементом, четвертый интегратор и релейный элемент соединены последовательно, вход блока управления релейным элементом подключен к выходу 30 четвертого сумматора, а выход релейногоэлемента - к второму входу второго сумматора, управляющий вход блока управления релейным элементом подключен к выходу релейного элемента,351702339 Составитель А, ЛащевТехред М.Моргентал Корректор Н,Ревская Редактор А, Огар Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.,Гагарина, 101 Заказ 4542 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5