Регулятор с переменной структурой

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскид Социалистических Республик(22) Заявлено 220278 (21) 2583312/18-24 (5)М. КЛ,2 С ПРИСОЕДИНЕНИЕМ ЗаЯВКИ Мо(23) Приоритет 0 05 В 13/00 ГосударственныЯ комитет СССР по делам нзооретениЯ н открытнЯ(7 ) Заявитель Азербайджанский институт нефти и химии им. М, Азизбекова(54) РЕГУЛЯТОР С ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ Об сро 5 О Изобретение относится к системам управления и может быть использовано для автоматического регулирования общепромышленными, в частности нефтеперерабатывающими и нефтехими ческими объектами, переходные процес. сы которых аппроксимируются передаточными функциями вида К - коэффициент переовдачи объекта;ОИ:1 д,н)- параметры, характеризующие динамикуобъекта,Г - постоянная временизапаздывания.В процессе регулирования парамет ры объекта изменяются в широких диапазонах Требуемое качество работы системы регулирования в этих условиях достигает ся з а счет адапт ации параметров регулятора к изменяющимся параметрам объекта и внешним возмущающим воздействиям.Известны адаптивные регуляторы, состоящие из двух функциональных частей: - основного контура, формирующего пропорционально-интегрально- дифференциальный закон регулирования, содержащего последовательно соединенные первый сумматор, дифференциатор, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, множительное устройство, на вход которого подается выходной сигнал контура адаптации, интегратор, и третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом множительного устройства;- и контура адаптации, формирующего автоматически изменяеьнй коэфФициент усиления регулятора.Известен адаптивный регулятор, в контуре адаптации которого содержатся последовательно соединенные блок умножения, входы которого соответственно соединены с входами дифференциатора и второго сумматора, двухпозиционное реле и ограничитель, выход которого соединен со вторым входомРегулятор работает следуюшкм образом.Регулируемая выходная координатаобъекта х и задание х подается со ответственно на"минусовойиплюсовойвходы первого сумматора1, выходной сигнал Е которого поступает на вход дифференциатора 7и на первый вход второго сумматора2. На входе дкфференциатора 7 Формируется реальная производная ошибки,которая поступает на нторой входвторого сумматора 2, Выходной сигналЕ+ЛЕ второго сумматора 2, поступаяна вход второго масштабируемогоблока 8 и на первый вход блока 10умноженк я, умножает ся соот вет ст венно на постоянную К и и автоматическиизменяемую часть коэФфициента усиления К . На второй вход блока 10 умножения поступает сигнал К с выхода блока 19 деления контура адаптации еВыходные сигналы второго масштабирующЕго блока 8 и блока 10 умножеф) ния суммируются н шестом сумматореб, Выходной сигнал шестого сумматора б, равный (Кп + Ко) (Е +А Б), поступает на вход интегратора 11 и наперный вход третьего сумматора 3, на у втооой вход которого поступает нымножительного устройства основногоконтура, формируется коэффициент усиления регулятора как усредненноезначение днух постоянных уровней 11),Наиболее близким техническимрешением является регулятор содержащий блок изменения структуры, последэвательно соединенные первый сумматор, дифференциатор, второй сумматори блок умножения и последовательносоединенные интегратор и третий сумматор, ко второму входу которого подсоединен вход интегратора, выходпервого сумматора соединен со вторым)входом второго сумматора и черезчетвертый сумматор - с первым входом второго сумматора, блох выделения модуля, выход которого черезпоследовательно соединенные первыйфильтр, первый масштабирующий блок,пятый сумматор и блок деления соединен со вторым входом блока умноже Ония, второй блок выделения модуля,выход которого через вторэй Фильтрсоединен со вторым входом блока деления.й).Недостатки регуляторов состоят э.5в трм, что неэффектинно адаптируетсяавтоматически кзменяемюй коэффициентусиления, вследствие чего системыавтоматического регулирования, построенные на базе этих регуляторов. немогут удовлетворять требованиям,предъявляемым к качеству переходнэгопроцесса. Это вызвано тем, что антоматически изменяемый коэффициент усиления регулятора сохраняет повышенное значение и на втором участкепереходного процесса (участок тэрможения). Кроме того, этк регуляторы в основном контуре содержат множительные устройства, перемножаюадевыходные сигналы второго сумматораи контура адаптации, что при ненадежной работе множительного устройства или одного из блоков контураадаптации приводит к ненадежной работе и основного контура регулятора.Цель изобретения - более эффективная адаптация автоматически изменяемого коэффициента усиления, улучшаю -щая качество переходного процессарегулирования.Указанная цель достигается темчто регулятор содержит шестой сумматор, второй масштабирующий блокпервый и нторой ключи, первые входыкоторого соединены соответственно совходом и выходом дифференциатора,выход второго сумматора через последовательно соединенные второй масштабируюший блок и шестой сумматор соединен со входом интегратора, выходомблока умножения и через блок изменения структуры - со вторыми входамипервого и второго ключей, выходы которых соединены соответственно совходами первого и второго блоковвыделения модуля. На чертеже изображена блок-схема предложенного регулятора, содержашая сумматоры 1-бдифференциатор 7, первый и второй масштабируюШие блоки 8, 9, блок 10 умножения, интегратор 11, блок 12 изменения структуры, второй и первый ключи 13, 14, второй и первый блоки 15, 16 выделения модуля у второй и первый фильтры 17, 18 и блок 19 деления.Регулятор реализует закон управления. щц:р, К 1)(ЕЮАЕЙ)ф ), 1+и в К (ВНЕ(8) А Е(6 МдЕ,КС,М О ошибка реГулиронания,регулируемая выходнаякоордината объекта кзадание;время;переменная интегрированиясоответственно постоянная и автоматическиизменяемая части коэфФициента усиления регулятора;соответственно постояненцкрования и интегрк 736046ходной сигнал интегратор 11. Навыходе третьего сумматора 3 Формируется выходной сигнал регулятораО(1)го поступает сигнал с выхода дифференци атора 7. В чет вертом сумматоре 4 формируется сигнал 2 = А Е-Е,поступающий на первый вход блока изменения структуры 12, на второй входкоторого поступает сигнал (Т= Е+Ес выхода второго сумматора 2. В блоке 12 изменения структуры производится логическое умножение сигналонЙ и д. Выходной сигнал Я 1 дп(Й д)блока 12 изменения структуры поступает на вторые (управляющие)входы ключей 1-3 и 14. Вследствие этого ключи 13 и 14 замыкают при й.д О(Я 1 дп(1-д) =1) входы второго блокавыделения модуля ошибки 15 и первогоблока выделениямодуля производной16 соответственно с выходами первогосумматора 1 и дифференциатора 7, апри Гд О (Я 1 дп (Г д) = О) - размякают.На выходах блоков выделения модуля 15 и 16 Формируются соответственно сигналыЧ(Е, Е)1 Е) и Ч(Е;ЕЕ(, которые поступают на входы фильтров 17и 18, При выбранном соотношении постоянных времени Т и Т Фильтры оценивают максимальное значение модуляошибки 1 Еи ее реальной производнойЕпо формулам (4) и (5) .Выходной сигнал первого фильтра 18,умножаясь в первом масштабирующемблоке 9 на постоянный масштабныйкоэффициент ш, поступает затем напервый вход пятого сумматора 5, навторой вход которого подается посто.янная величина 1 Выходные сигналы пятого сумматора 5 и второгофильтра 17 поступают на соответствующие входы блока деления 19, нкотором формируется автоматическиизменяемая часть коэффициента усиления регулятора Кц. Выходной сигналблока 19 деления поступает на второй, вход блока 10 умножения основногоконтура,Регулятор компенсирует влияниеизменения параметров объекта на общий коэффициент усиления системы ваперицдических переходных процессах.При уменьшении (увеличении) коэффициента передачи объекта система становится болеемедленной(быстрой )автоматически изменяемайчасть коэ ф Фициен т а усиления ре гул я1тора Кс( увеличивается (умейьшается)по уровню, так как в течение всегопер еходно го процесса выполи яет с яусловие Й д О В контуре адаптации на основе сигнала ошибки и ее реальной производной формируется автоматически изменяемая, част ь коэффициента усиления регулятора К по алгоритму 10 п - постоянный масштабныйкоэффициент;с( - малая постоянная величина, определяемаяиз условия физической20реализуемости операцииделения;ЧЕ,Е) - переменная функции,причем где Щ Е Е) 1 ъРс1 УкО, Ю ЕЕ,О ккрм % )О, 40 Т 1 Е+1 Е 1=1 Е 1 д 1 Т Т 1 фи 1 Е 111, Т ври 1 Е 11 е 1. Т - 1 Е 1+1 Е 1=Е 1 а т, три 1 Е 11 Й 1, т ри (6161 50 где Т и Т - постоянные времени2Фильтра. 55Контур адаптации, содержащий сумматоры 4, 5, первый масштабирующий блок 9, блок изменения структуры 12, ключевые элементы 13, 14, блоки выделения модуля ошибки и ее производной 15, 16, фильтры 17, 18 и блок 19 60 деления работает следующим образом.Выходной сигнал первого сумматора 1 поступает на первые входы второго ключа 13 и четнертого сумматора 4, на второй ( плюсовой ) вход которо 65 Но в колебательных переходных процессах автоматически изменяемая часть коэффициента усиления регулятора адаптируется (изменяется) как в, зависимости от изменения параметрон объекта, так и от состояния его фазовых координат ( Е, Е ),Блок изменения структуры, производя логическое умножение сигналов 1=1 А - Е и р=ХЕ-Е, определяет необ 30 реализуется с помощью четвертого сумматора 4, блока изменения структуры 12 и ключевых элементов 13, 14;Е и 1 Е 1 - соответственно максимальные значения модуля ошибки и ее 35 реальной производной, формируемяе в блоках выделения ьюдуля 15, 16и Фильтрах 17, 18 по алгоритмамходившие моменты переключений ключей13 и 14, замыкающих при т ц 0 входыблока выделения модуля и блока выделения производной соответственнос выходами первого сумматора 1 идвфференциатора 7, а при т д О -разминают.В колебательном переходном процессе на промежутке времени Опри котором 1Оз н ачение автоматически изменяемой части коэффициентаравно соответствующей максимальнойвеличине (так как в начальный моментпереходного процесса 161 еш И Е 1"-О),затем экспоненциально убывает до некоторого уровня с увеличением ) ьТаким образом на промежутке временипереходного процесса регулятор быстро сводит ошибкук нулю, уменьшая время регулирования,А на промежутке временипереходного процесса, при котором Йд 7 О, автоматически изменяемая часть коэффициента усиления равна нулю. Следовательно, на промежутке времени т. -) происходитторможе 1 1ниепереходного процесса, вследствие чего уменьшается перерегулирование ошибки и времени регулирования до минимально возможного значения.Вследствие такой адаптации коэфФициента усиления регулятора уменьшается перерегулирование ошибки (в 2-3 раза) и время регулирования (6 1,2-1,4 раза) переходного процесса регулирования по сравнению с си стемами ре гули ровани я, построенными на базе известных адаптивных регуляторов с переменной структурой,Формула изобретенияРегулятор с переменной структурой, содержащий блок изменения структуры, последовательно соединенныепервый сумматор, дифференциатор,второй сумматор и блок умножения, ипоследовательно соединенные интегратор и третий сумматор, ко второму входу которого подсоединен вход интегратора, выход первого сумматора сое 0динен со вторым входом второго сумматора и через четвертый сумматорс первым входом второго сумматора,первый блок выделения модуля, выходкоторого через последовательно соедииенные первый фильтр, первый масштабирующий блок, пятый сумматор и блокделения соединен со вторым входомблока умножения, второй блок выделения модуля, выход которого через вто 20 рой Фильтр соединен со вторым входомблока деления, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что с целью повышения ка -чества переходного процесса и повышения надежности регулятора он содержит шестой сумматор, второй масштабирующий блок, первый и второй ключи,первые входы которых соединены соответственно со входом интегратора выходом блока умножения и через блокиэменения структуры со вторыми входами первого и второго ключей, выходыкоторых соединены соответственно совходами первого и второго блоковвыделения модуля.источники информации,принятые во внимание при экспертизе1Авторское свидетельство СССРМ 467327, кл. С 05 В 13/02, 1975.2. ЖурналПриборы и системыуправленияУ 1, М., 1974, с. 5-1040 (прототип),736046 Составитель А ЛащевТехред Н.Бабурка Корректор С. Шекмар Редактор Н. Горват Тираж 956 Подпи сное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий 113035 Йосква, У, Раушская наб., д, 4/5