Устройство для регулирования объекта с запаздыванием

(51)М. Кл. С 05 В 13/04 Ъеударетаеииый комитет СССР ае авлек изобретений и открытий(71) Заявител 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОЕЬЕКТА С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ проиажуточной точки, обладающий меньшим запаздыванием 111.Однако указанные системы имеютсравнительно узкую область применения, так как измерение возмущающихвоздействий или отбор импульса иэпромежуточной точки зачастую затруднены по техническим или экономичес.ким причинам.Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому. устройству является комбинированная самонастраивающаяся система, содержащая последовательно соединенные исполнительный механизм, объект, датчик регулируемого параметра, первый сумматор и адаптивный фильтр, а также бло.ки прямой модели объекта, обратной модели объекта, идентификации объекта, второй сумматор и датчики режимных параметров объекта, выходы которых соединены с первыми входами бло" ка идентификации объекта, выходы которого соединены с первыми входами О кого апаз- точИзвестны сирегулирования ддыванием, обладностью (комбинные), в которыпульс по возмущ емы автоматиче я объектов с ющие повышенно ованные и каск используется и нию или импуль д"юи Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования линейных динамических объектов с запаздыванием, способным функционировать в условиях действия неконтролируемых случайных возмущающих воздействии и шумов измерения при нали" чии нестационарного дрейфа передаточной функции объекта и статических характеристик, возмущающих воздействий и шумов, и может быть использовано в химической, нефтехимической, цементной и других отраслях промышленности, преимущественно для управления качеством продукции и полупродуктов при изменении нагрузки и качества сырья. Ю.А. Митр фанов,";, Н.Д. Лани красов1463, 4с вторым входом регулятора, второйвход третьего сумматора соединен свыходом блока обратной модели объекта, а выход - с входом исполнительного механизма,На чертеже приведена блок-схемаустройства.Предлагаемое устройство содержитобъект 1 регулирования, датцик 210 регулируемого параметра, сумматоры3-6, фильтр 7 нижних частот, адйчтивный фильтр 8, регулятор 9, исполнительный механизм 10, блок 11 прямой модели объекта, блок 12 обратной15 модели объекта, блок 13 идентификации объекта, датчики 14 режимных параметров объекта, блок 15 настройкирегулятора и эадатчик 16.Отдельные блоки системы выполняют0 следующие Функции.Регулятор подавляет низкочастотную составляющую возмущающего воздействия по принципу обратной связи,т.е. устраняет накопление ошибок5 на выходе системы и обеспечиваетравенство среднего значения регулируемого параметра заданному значению (заданию).Фильтр нижних частот обеспециваЭ 0 ет пропускание только таких низкочастотных составляющих сигнала ошибки, на которых система регулированияс регулятором в обратной связи функционируют устойчиво при имеющемся вобъекте запаздывании.Блок настройки регулятора обеспечивает правильную настройку контураобратной связи в условиях дрейфадинамических характеристик объекта,40т.е. оптимальную настройку по критерию минимума среднеквадратицескойошибки при ьбеспечении ограниценияпо заранее заданному запасу устойчивости.Третий сумматор обеспечивает .45суммирование регулирующих воздействий контура обратной связи и контура компенсации возмущения; четвер.тый - развязку контуров регулирования по принципу обратной связи и компенсацию вычисленного возмущенияза счет центрирования сигнала ошибки,Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит последовательно соединенные фильтр нижних частот, регулятор и третий сумматор, а также блок настройки регулятора и четвертый сумматор, первый вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, второй вход - с выходом адаптивного Фильтра, а выход - с вторым входом второго сумматора, вход Фильтра нижних частот соединен с выходом первого сумматора, входы блока настройки регулятора соединены с выходами блока идентификации объекта, а выход 3 91 блока прямой модели объекта и блока обратной модели объекта, причем второй вход блока пря" мой модели соединен с выходом блока обратной модели, а выходс первым входом второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом обратной модели, а второй входс вторым входом блока идентификации объекта, выход эадатчика соединен со вторым входом первого сумматора 2.Известная система не обеспечивает стабильность среднего значения выходного параметра. Действительно,модель объекта, включенная во внутреннюю положительную обратную связь, как бы размыкает систему и обеспечивает за счет этого эффект вычисления оценки возмущенного воздействия на выходе сумматора 1 с обратным знаком). Последовательно включенные фильтрэкстраполятор и компенсатор компенсируют, насколько это практически возможно, чистое и емкостное запаздывание объекта и таким образом обеспечивают оптимальное подавление возмущений на выходе объекта, т,е. данная система функционирует как разомкнутая адаптивная система. На практике не удается обеспечить абсолютно точное совпадение модели и объекта, точно реализовать компенсатор и т.д.8 результате на выходе объекта возникает ошибка, величина которой не контролируется.Цель изобретения - повышение точности регулирования при наличии у объекта существенного чистого запаздывания, неконтролируемых случайных , возмущений и шума измерения в усло.виях нестационарного дрейфа передаточной Функции объекта и статических характеристик возмущений и шумов. Устройство работает следующим образом.Линейный динамический объект 1 имеет один регулируемый выход 11(1;) и несколько параметров, характеризующих режим работы объекта д(11. Вс(Р) =Т:1 Еоб + ц(р) =, Е,Р - (Тчр 1);с,р 1) р+ м т.е. оператор близкий к единичному,что гарантирует почти оптимальнуюкомпенсацию с помощью сигнала Ц(С)центрированной составляющей И(С).Соответствие параметров блоков11 и 12 параметрам объекта 1 в ус-. 5 91146 неконтролируемые случайные возмущаю- щие воздействия приведены к выходу объекта и обозначены величиной (1(1), аддитивно присоединенной к регулируемому выходу объекта, Регулируемая величина у(1) измеряется датчиком 2 с аддитивной погрешностью (шумом измерения) п(1). Выход этого датчика подается на первый сумматор 3, где он вычитается из заданного зна чения уо. Сигнал ошибки е(1) с выхода сумматора 3 подается нд входы фильтра 7 нижних частот :.;аптив.ного фильтра 8, Фильтр 7 ,ижних частот представляет собой, например, 15 одноемкостное динамическое звено, постоянная времени которого выбирается таким образом, чтобы обеспечить устойчивость замкнутого контура и эффективное подавление низкочастотной составляющей Й(1) с помощьюстандартного регулятора, Выход Фильтра 7 нижних частот подключен на сумматор 6 и на вход регулятора 9,Выход регулятора 9 подключен к входу 25 третьего сумматора 5, выход которогоподключен к входу исполнительного механизма 10, который воздействуетна объект 1. Рассмотренный контур обратной связи обеспецивает равенство среднего значения регулируемого параметра у(с) заданному значению у,Однако дисперсия регулируемого параметра 6может достигать неприемлеЯ.мо, больших значений, поскольку контур обратной связи с фильтром 7 ниж" них частот и регулятором 9 подавляет только низкочастотную часть возмущаю, щего воздействия с 1(С) .В адаптивном фильтре 8 происходит 40 подавление паразитных высоких частот, вызванных погрешностью измерения и другими шумами, Адаптивный фильтр представляет собой одноемкостное динамическое звено, постоянная времени которого автоматически изменяется по результатам анализа корреляционной функции ошибки, который также автоматически осуществляется в адаптивном Фильтре 8. В сумматоре 6 из50 выходного сигнала адаптивного фильтра 8 вычитается выходной сигнал Фильтра нижних частот, т.еосуществляется операция центрирования сигнала ошибки. Полученный таким образом сигнал55 поступает на вход сумматора 4 и блока 13 идентификации объекта, т.е. .служит входным сигналом для контура .компенсации вычисляемого возмущения. 3 6Контур компенсации возмущения работает следующим образом, Пусть объект 1 совместно с исполнительным механизмом 10 и датчиком 2 описывается передаточной функцией Тогда блок 11 прямой модели объекта имеет аналогичную структуру с параметрами 1, Т и , которые являются некоторыми оценками параметров объекта. При принятой структуре модели (и объекта) передаточная функция блока 12 обратной модели,.объекта равна;р) = ы (р) = -(Т р+1)1 В связи с тем, что оператор цистогопрогноза 6 Р".м физически нереализуем, используется его приближение,например линейная часть разложенияЕ м в ряд Тейлора. Тогда ы (р) =- ,(Т +1);Т; +1),что легко реализовать на цифровых идискретных элементах,Поскольку блок 11 прямой моделиобъекта фактически включен параллельно объекту 1, то на их входы подается один и тот же (за исключением низкочастотной составляющей) сигнал с выхода блока 12; При алгебраическом сложении выходов объектаи модели на выходе сумматора 4 формируется оценка центрированной составляющей воздействия. На выходеобъекта эта компонента преобразуется в Ц(й) путем последовательногопрохождения через блок 12 обратноймодели объекта и объект 1, т.е. через оператор или пои К Ф 1 с, ТТ, См имеем- Ги(т) = (р+1)Е91 ловиях нестационарных изменений этих параметров обеспечивается блоком 13 идентификации, причем емкостное и транспортное запаздывание вычисляется по аналитической модели объекта, использующей параметры, измеряемые датчиками 14, а коэффициент усиления находится путем минимизации величины среднего квадрата ошибки на выходе сумматора 6, например, методом стохастической аппроксимации, изменяя коэффициенты усиления блока 11 и блока 12, Для систем регулиро-. вания по возмущению такой минимум всегда существует и достигается в том случае, когда коэффициент усиления компенсатора равен коэффициенту усиления объекта (при равенстве остальных параметров, т.е. емкостного и транспортного запаздывания).Оценки параметров объекта, получаемые в блоке 13, автоматически передаются в блоки 11 и 12, где они являются параметрами. Кроме того, по оценкам параметров объекта в блоке 15 вычисляются оптимальные зна. чения параметров настройки регулятора 9Формула изобретенияУстройство для регулирования объ" екта с запаздыванием, содержащее последовательно соединенные исполнительный механизм, объект, датчик ре" гулируемого параметра, первый сумматор и адаптивный Фильтр, а также блоки прямой модели объекта, обратной модели объекта, идентификации объекта, задатчик, второй сумматор и датчики режимных параметров объекта, выходы которых соединены с пер 1163 8выми входами блока идентификацииобъекта, выходы которого соединеныс первыми вхсдами блока прямой. моделиобъекта и блока обратной модели объ 5 екта, причем второй вход блока прямбй модели соединен с выходом блокаобратной модели, а выход - с первымвходом второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом обрат 10 ной модели, а второй вход - с вторымвходом блока идентификации объекта,выход задатчика соединен со вторымвходом первого сумматора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью1 повышения точности, в него введеныпоследовательно соединенные фильтрнижних частот, регулятор и третийсумматор, а также блок настройки регулятора и четвертый сумматор, первый20 вход которого соединен с выходомфильтра нижних частот, второй входс выходом адаптивного фильтра, а выход - со вторым входом второго сумматора, вход Фильтра нижних частот сое 25 динен с выходом первого сумматора,входы блока настройки регуляторасоединены с выходами блока идентификации объекта, а выход - со вторымвходом регулятора, второй вход треть 30 его сумматора соединен с выходомблока обратной модели объекта, авыход " с входом исполнительного механизма.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Гурецкий Х. Анализ и синтезсистем управления с.запаздыванием.И., "Машиностроение", 1971,с, 211-216.40 2; Основы автоматизации химических производств. Под ред. П,А. Обновленского, Л., "Химия", 1975, с. М 25429 (прототип) .л ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная з 1123/37 Тираж 908 По ВНИИПИ Государственного комит по делам изобретений и отк 113035, Москва, К, Раушская