Регулирующее устройство

Союз Советск ихСоциапнстнчесимкРеспубпни и 928301 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСНОМУ СВКДВТИЛЬСТ 8 У(61) Дополнительное к авт, сеид-ау(22) Заявлено 21. 07. 80 (21) 2961396/18-2 чс присоединением заявки М(23) Приоритет (51)М. Кл. С 05 В 13/02 1 асударстеаииый комитет СССР по делам изобретеиий и открытийОпубликовано 15.05,82. Бюллетень лв 18 Дата опубликования описания 15.05. 82 С.И.1 , П.И.Д , Л.И.Н ф ;ММ щЮ и Ю,Н,Марченко(72) Авторы изобретения Сибирский металлургический институт; им,Серго Орджоникидзе(54) РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для построения систем регулирования техническими объектами, характеристики каналов регулирования которых изменяются незна"3 чительно, а структурно-статистические свойства неконтролируемых возмущений претерпевают с течением времени существенные изменения. Задача управле 10 ния заключается в обеспечении инвариантности регулируемой координаты от внешних возмущений,Известны регуляторы, включающие блок сравнения, блоки формирования управляющих команд, логические коммутационные блоки для переключения сигналов и сумматоры, С помощью логических коммутационных блоков к сумматору подключается один или несколько блоков формирования управляющих команд итем самым создается определенная структура регулятора 113. В таких регуляторах не производится текущее оценивание эффективности каждой структуры в замкнутом контуре, а переключение структур осуществляется, например, по изменению полярности сигнала ошибки и его производных, что отрицательно сказывается на точности регулирования.Наиболее близким к предлагаемому регулятору является регулятор, содер" жащий последовательно соединенные первый блок сравнения, первый фильтр низкой частоты, пропорционально-интегральный блок, первый регулятор, второй блок сравнения, первую модель объекта регулирования и первый сумматор, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения 1,2.Недостаток этого регулятора заключается в невысокой точности регулирования вследствие того, что структурно- статистические свойства неконтролируемых возмущений изменяются, а струк9283014тура и параметры регулятора выбираются в ориентации только на определенныесвойства возмущений и остаются неизменными.Цель изобретения - повышение точности регулирования.. Поставленная цель достигается тем,что в известный регулятор, содержащийпоследовательно соединенные первыйблок сравнения, первый фильтр низкойчастоты, первый регулятор, например,с пропорционально-интегральным законом регулирования, второй блок сравнения, первую модель объекта регулирования и первый сумматор, выход ко%торого соединен с первым входом первого блока сравнения, введены последова 1 ельно соединенные третий блок сравнения, второй Фильтр низкой частоты,второй регулятор, например, с пропор- рциональным законом регулирования, четвертый блок сравнения, вторую модельобъекта, регулирования и второй сумматор, последовательно соединенные пятый блок сравнения, первый квадратор, утретий Фильтр низкой частоты, третийсумматор, первый блок деления, первый блок умножения, последовательносоединенные шестой блок сравнения,второй квадратор, четвертый фильтрнизкой частоты, второй блок деления,второй блок умножения и четвертыйсумматор, выход которого соединен совторыми входами второго и четвертогоблоков сравнения, первые входы которыхсоединены соответственно со вторыми35входами второго и первого блоков умножения, выход первого блока умножения соединен со вторым входом четвертого. сумматора, первый вход третьего40сумматора соединен со вторым входомпервого блока деления, второй входи выход - соответственно с первым ивторым входами второго блока деления,вторые входы первого и второго сумматоров объединены, второй вход первогоблока сравнения соединен с первымивходами третьего, пятого и шестогоблоков сравнения, а первый вход - совторым входом пятого блока сравнения,выход второго сумматора соединен совторыми входами третьего и шестогоблоков сравнения,На чертеже приведена блок-схемарегулятора.Регулятор содержит первый модельный контур 1 регулирования, первыйсумматор 2, первый блок 3 сравнения,первую модель 4 объекта регулирования, первый фильтр 5 низкой частоты, первый регулятор 6, второй блок 7, сравнения, второй модельный контур 8 регулирования, второй сумматор 9, третий блок 10 сравнения, вторую модель 11 объекта регулирования, второй фильтр 12 низкой частоты, второй регулятор 13, четвертый блок 14 сравнения, блок 15 оценивания точности натурно-модельных контуров регулирования, пятый 16 и шестой 17 блоки сравнения, первый 18 и второй 19 квадраторы, третий 20 и четвертый 21 фильтры низкой частоты, блок 22 выработки натурного управляющего воздействия, третий сумматор 23, первый 24 и второй 25 блоки деления, второй 26 и первый 27 блоки умножения, четвертый сумматор 28.На чертеже обозначено: у(С) - измеряемый выходной сигнал объекта управления (регулируемая координата) в момент времени 1; у"(с) - заданный сигнал (задание на регулируемую координату); у(й) и у-(с) - выходные сигналы соответственно первого и второго натурно-модельных контуров регулирования; Щт) - натурный комбиниро-, ванный управляющий сигнал; 13 (й) и У-(С) - управляющие сигналы соответственно первого и второго модельных контуров регулирования.Регулятор работает следующим образом.В первом модельном контуре 1 регулирования выходной сигнал объекта у(С) управления в первом сумматоре 2 суммируется с выходным сигналом первой модели 4 объекта регулирования с передаточной функцией, например видаи(р) = - еК РсРгде К - коэффициент передачи;Т и- постоянные времени.8 результате на выходе сумматора 2 получается выходной сигнал Я 1) первого модельного контура 1 регулирования, Сигнал у-(С) поступает на пертвый блок 3 сравнения, где из него вычитается заданный сигнал у (с) . Полученный сигнал об ошибке регулирования подается на первый фильтр 5 низкой частоты, предназначенный для подавления высокочастотной составляющей сигнала, что повышает точность его дальнейшего преобразования. С выхода первого фильтра 5 низкой частоты сигнал подается на первый регулятср 6;9283например, с пропорционально-интегральным законом регулирования. Выходнойсигнал этого регулятора являетсяуправляющим сигналом У т,1 первого1модельного контура 1 регулирования,Из сигнала 11 Ю во втооом блоке 7сравнения вычитается сигнал о натурном управляющем воздействии и полученная разность поступает на вход первой модели .4 объекта регулирования.Таким образом, выходной сигнал определяется по выражениюу = у(с)+х(р)ц-о(с),в котором используются натурные выходные у(с) и управляющие 0(т) сигналы и модель объекта регулированиящ(р)Аналогичным образом работает ивторой модельный контур 8 регулирования, Второй регулятор в этом контуреимеет другой, в частности, пропорциональный закон регулирования для того,чтобы компенсировать в отличие отпервого натурно-модельного контура ьнеконтролируемые возмущения с другимиструктурно"статистическими свойствами,С этой же целью структура или параметры второго фильтра 12 низкой частоты отличаются от структуры или па- З 0раметров первого фильтра 5 низкойчастоты.блок 15 оценивания точности модельньх контуров регулирования работаетследующим образом.35В пятом блоке 16 сравнения из выходного сигнала у (.) первого контура регулирования вычитается заданныйсигнал у (1), Сигнал о полученнойошибке регулирования возводится вквадрат в первом квадраторе 18 и поступает на вход третьего фильтра 20низкой частоты, содержащего например, последовательно соединенные блоксравнения, усилитель с насыщениеми интегратор, выход которого соединенс вторым входом блока сравнения и является выходным сигналом фильтра, Втретьем фильтре 20 низкой частотыпроизводится текущее усреднение сиг 50нала, а результате чего на выходефильтра 20 получается сигнал о текущей дисперсии 0(й) ошибки регулирования первого модельного контура 1 регулирования,Таким же образом с помощью блока5517 сравнения, второго квадратора 19и четвертого фильтра 21 низкой частоты оценивается текущая дисперсия 01. 6Р 1(й) ошибки регулирования второго , модельного контура 8 регулирования.На основе управляющих сигналов Ц (й) и . (т.) и дисперсий. Р (С) и Р-(.) ошибок регулирования первогои .второго модельных контуров вырабатывается натурное управляющее воздействие Ц (1), в частност 1 и, путем взвешенного суммирования 0 (с) и Ц.(1). Для этого в блоке 22 выработки а" турного управляющего воздействия предварительно рассчитываются весовье коэф" фициенты. На входы третьего сумматор 23 поступают сигналы о Р 1(С) и Р-(1) с выходов третьего 20 и четвертого 21 фильтров низкой частоты. Сигнал о полученной сумме подается на входы первого 24 и второго 25 блоков деления. На вход первого олока 24 подается также сигнал о Р (1), а на вход второго блока 25 деленияо Р -(С). На выходе первого блока 24 деления получается сигнал о весовом коэффициенте с- (С) при управляющем воздействии У (С), а на выходе второ го блока 25 деления - о весовом коэффициенте Ы.1 (й) при управляющем воздействии Ц (1), т.е.- - , -"Р+О-(С) Сигнал о 3(1) с выхода второго блока 25 деления подается на один из входов второгоблока 26 умножения,на другой вход которого поступает сигнал о Б"(г) с выхода первого регулятора 6. На входы первого блока 27 умножения подаются сигналы о с (т) с первого блока 24 деления и о Ц-(1) с второго регулятора 13, Выходной сигнал первого блока умножения 27 подается на один из входов четвертого сумматора 28, где он суммируется с выходным сигналом второгоблока . умножения 26, в результате чего получается сигнало натурном управлении.0=ЕУ фЦСигнал о натурном управляющем воздействии Щ 1) подается на входы второго 7 и четвертого блоков сравнения и на объект регулирования.Использование предлагаемого регулятора позволяет повысить точность воспроизведения задания за счет выработ 9283ки натурного управляющего воздействия, представляющего взвешенную сумму управляющих воздействий модельных контуров регулирования, Весовые коэффициенты при этом назначаются в зависи мости от оценок точности модельных контуров регулирования. Моделирование системы управления кислородно-конвертооной плавки стали с предлагаемым регулятором показывает, что дисперсия 10 отклонений фактических значений химического состава и температуры стали от заданных значений уменьшается примерно на 153 по сравнению с системами, где применяется известный регулятор. Такое повышение качества регулирования может дать экономический эффект порядка 100 тыс. р в год на один большегрузный контвер- тор за счет увеличения производитель" 20 ности и повышения качества выплавляемой стали.формула изобретения25Регулирующее устройство, содержащее последовательно соединенные первый блок сравнения, первый фильтр низкой частоты, первый регулятор, второй блок сравнения, первую модель 30 объекта регулирования и первый сумматор, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулятора, он содержит последовательнице соединенные третий блок сравнения, второй фильтр низкой частоты, второй ре-гулятор, четвертый блок сравнения,01 8вторую модель объекта регулирования и второй сумматор, последовательно соединенные пятый блок сравнения,первый квадратор, третий фильтрнизкой частоты, третий сумматор,первый блок деления, первый блок умно"жения, последовательно соединенные шестой блок сравнения, второйквадратор, четвертый фильтр низкой частоты, второй блок деления,второй блок умножения и четвертыйсумматор, выход которого соединен совторыми входами второго и четвертогоблоков сравнения, первые входы каторых соединены соответственно со вторыми входами второго и первого блоков умножения, выход первого блокаумножения соединен со вторым входомчетвертого сумматора, первый входтретьего сумматора соединен со вторымвходом первого блока деления, второйвход и выход - соответственно с первым и вторым входами второго блокаделения, вторые входы первого и второго сумматоров объединены, второйвход первого блока сравнения соединенс первыми входами третьего, пятогои шестого блоков сравнения, а первыйвход - со вторым входом пятого блокасравнения, выход второго сумматорасоединен со вторыми входами третьегои шестого блоков сравнения.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 3324 Я, кл. С 05 В 13/02, 1968.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2877791/18-24,кл. С 05 В 13/02, 07.0 Ь,8 О (прототип) .