Система автоматического управления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61)Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 310381 (23) 3259202/18-24 3) М.Кд.з6 05 В 13/04 с присоединением заявки ЙоГосударственный комитет СССР оо делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Ордена Ленина институт проблем управления(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ Изобретение относится к области автоматического управления и может быть применено для управления технологическими процессами, например, в нефтехимии и нефтепереработке, в которых требуется поддержание заданного значения одного или нескольких параметров регулируемого технологического процесса или функции нескольких его параметров. Изобретение относится к системам управления производственными процессами, у которых требуется длительное поддержание определенного значения выходного параметра в условиях., когда изменяются входные параметры и некоторые свойства управляемого технологического процесса. Система может быть использована в технологических . процессах, в которых циклически повторяются определенные операции (производство большого количества одинаковых изделий. прокатка труб, отливка шин) или для непрерывных технологических процессов (полимериэация, ректификация, крекинг).Известна система автоматического управления, содержащая объект управления, датчик и регулятор регулирующео параметра и датчик выходного параметра (11,Недостаток этой системы " низкаядийамическая точность и большая длительность переходных процессов, особенно при регулировании инерционныхобъектов и объектов с запаэдЫванием,когда имеются большие и частые возмущения на входе.Наиболее близкой цо техническойсущности к предлагаемой, является система автоматического управления, содержащая объект управления, блок датчиков входных неуправляемых параметров, регулятор и.датчик регулирующего параметра, датчик выходного параметра и первый вычислитель -выходногопараметра, первый вход которого соединен с блоком датчиков входных неуправляемых параметров, первый прерыватель, первый блок сравнения,управляющий таймер и Формировательсигнала управления, причем выход формирователя сигнала управления соединен с непосредственным входом первого прерывателя, выход которого соединен с первым входом регулятора,второй вход которого соединен с датщком регулирующего параметра, авыход соединен .со входом объекта управ 941931ления, ко входу формироватепя сигна"ла управления подключен также входпервого блока сравнения, выход которого соединен с входом управляющего таймера, первый выход которого соединенс управляемым входом первого прерывателя 2,Недостаток известной системы состоит в низкой статическои точностииэ-за того, что используемый в нейформирователь сигнала управления вы"рабатывает эти сигналы с погрешностьюпоскольку в свою очередь работает свычислителем выходного параметра, который осуществляет свою функцию спогрешностью. Статическая точностьеще более понижается в условиях больших возмущений на входе и при изменениях свойств управляемого объекта.Точность регулирования при применении могла быть повышена эа счетиспользования бЬлее сложного вычислиОтеля выходной величины, использующе-.го более сложную, зависимость выходной величины, включающей большее ко"личество входных неуправляемых параметров. Однако, кроме усложнения сис темы удлиняется время, необходимоедля формирования сигналов управления,что в свою очередь, затягивает процесс управления и снижает его точность. 3 ОЭтот недостаток становится особенно очевидным, если учесть, что используемая упомянутая зависимость может и даже должна быть адаптивной.Как известно, объем информации и вре мя, необходимое для корректировкиадаптивной зависимости, растут значительно быстрее, чем растет числоучтенных в зависимости параметров.В такой же степени. возрастает слож Оность элементов, системы и общая стоимость.Цель изобретения - повышение точности управления.Поставленная цель достигается тем, 45что система содержит второй вычислитель выходного параметра, первый входкоторого соединен с блоком датчиковвходных неуправляемых параметров,второй, третий и четвертый прерыватели, переключатель, второй, третийи четвертый блоки сравнения, причемвыход переключателя соединен с входом упомянутого формирователя сигнала управления, входы переключателясоединены с выходами первого и второго вычислителей выходного параметра, а управляющий вход переключателя через четвертый прерыватель соединен с выходом четвертого блокасравнения, входы которого соединены 60с выходами второго и третьего блоковсравнения, первые входы которых соединены с датчиком выходного параметра, второй выход управляющего таймера соединен с управляемым входом 65 четвертого прерывателя, второй вход второго блока сравнения соединен с выходом первого вычислителя выходно-. го параметра, а второй вход третьего блока сравнений соединен с выходом второго вычислителя выходного параметра, вторые входы первого и второго вычислителей соединены с выходом формирователя сигнала,управлеиия через второй и третий прерыватели соответственно,управляемые входы которых соединены с третьим выходом управляющего таймера.Таким образом, в связи с введением дополнительного (илй дополнительных) вычислителя определение ожидаемых значений выходной величины осуществляют по различным зависимостям выходной величины от разных комбина-ций входных неуправляемых и управляющих параметров и учитывающим разные нелинейности в управляемом процессе, периодически в блоках сравнения определяют рассогласование ожидаемых значений выходной величины с действительным ее значением на выходе процесса и выделяют из ожидаемых значений выходной величины то, рассогласование которой с действительным значением оказалось наименьшим и с .помощью переключателя, соединяя формирователь с вычислителем выходного параметра, дающим большую точность прогнозирования, формирование сйгнала управления осуществляют по выделенному ожидаемому значению выходного параметра.Управление осуществляется не по одной модели, описывающей сложный технологический процесс по всей пространственно-временной области, а используется дополнительная (или дополнительные) модель, причем каждаяиэ моделей адекватно описывает управ-. ляемый технологический процесс в своей части пространственно-временной области. Управление по таким коротким моделям сокращает время наформирование управляющего воздействияи улучшает тем самым точность характеристики технологического динамического процесса. Эффективность этого способа управления еще больше возрастает, когда необходимо проводитьадаптацию упомянутых моделей,так как адаптировать несколько коротких моделей несравненно легче и быстрее, чем одну длинную модель.Определение ожидаемых значений выходной величины по различным зависимостям выходной величины от разных комбинаций, входных неуправляемых иуправляющих параметров,и учитывающимразные нелинейности в управляемомпроцессе, позволяет осуществлять выбор из всех комбинаций наиболее подходящей (обеспечивающей наивысшуюточность) на данном этапе управления.В то же время каждая отдельная комбинация входных параметров, можетоставатся достаточно простойи корот.кой, допуская реализацию на специализированных малых вычислительныхустройствах, обеспечивая, тем самым,уменьшение стоимости и повышение жи,вучести системы.Таким образом, применение набораразных зввисимостей позволяет использовать при управлении сложным производстненным процессом более точныесведения о статических и динамических характеристиках объекта в конкретной области изменений входныхпараметров. 15На чертеже схематично изображенапредложенная система,Система содержит объект 1 управления, регулятор 2 регулирующего параметра, первый и второй вычислители3 и 4 выходного параметра, формирователь 5 сигнала управления, первый,второй, третий и четнерый блоки б,7, 8, и 9 сравнения, переключатель10, управляющий таймер 11, первый,второй, третий и четвертый прерыватели 12,13,14 и 15, датчик 16 регулирующего параметра, датчик 17 выходногопараметра, блок 18 датчиков входныхнеуправляемых параметров.Неуправляемые входные параметры 30и регулирующий параметр поступают нанходы объекта 1. Выход датчика 16регулирующего параметра соединен спервым входом регулятора 2. Выходблока 18 датчиков входных неуправляе мых параметров соединен со нторымвходом первого вычислителя 3 выходного параметра, а первый вход этоговычислителя через второй прерыватель13 соединен с выходом формирователя 405 сигнала управления. Этот же выходформирователя 5 сигнала. управлениячерез первый прерыватель 12 соединенсо вторым входом регулятора 2, а через третий прерыватель 14 соединен сперным входом второго вычислителявыходного параметра 4. Выходы вычислителей 3 и 4 подсоединены ко входампереключателя 10, выход которого соединен со входами формирователя 5 сиг нала управления и первого блока 6сравнения. Выход блока б соединен свходом управляющего таймера 11. Таймер11 имеет три выхода: первый выходсоединен с управляющим входом первогопрерывателя 12,. второй - с управляющимвходом четвертого прерывателя 15,третий - с управляющими входами второгои третьего прерывателей 13 и 14 .,Выход датчика 17. выходного параметрасоединен с первыми входами второго и 60третьего блоков 7 и 8 сравнения.Ковторому входу второго блока 7 сравнения подключен выход перного вычислителя 3 выходного параметра, а ко второму входу третьего блока 8 сравне 65 ния подключен выход второго вычислителя 4 выходного параметра. Выходывторого и третьего блоков 7 и 8 сравнения соединены с входами четвертого блока 9 сравнения, выход которогосоединен со входом четвертого прерывателя 15.,Блоки системы реализованы следующим образом.Регулятор 2 регулирующего парамет-ра и формирователь 5 сигнала управле"ния - обычные пневматические ПИ-регу"ляторы типа ПРЗ.31; первый и четвертый блоки 6 и 9 сравнения - обычныепневматические двухпозИционные регуляторы типа ПР 1.5, выход. которых равенО, если переменная больше .задания и1, если наоборот второй и третийблоки 7 и 8 сравнения - сумматоры,например типа. ПФ 1.1, или интеграторырассогласованияу прерыватели 12, 13,14 и 15 обычные запорные клапаны смембранами приводами. Переключатель10 - управляемый трехходоной кран,который при поступлении на его управляющий вход сигнала 1 сообщает спервым каналом второй, а при снятиисигнала - третий. Управляющий таймер11 - командный прибор с несколькимивыходами и может быть выполнен в виде КЭППУ с той разницей, что вместо ручного электровыключателя, в него встроена пневмоэлектрокнопка со.схемой самоподхната для пуска прибо"ра, и контакт, который отключает самтаймер после каждого цикла и, наконец,вычислители выходного параметра. 3 и4 - объединение блоков суммирования,умножения на постоянный коэффициенти перемножения сигналов в сочетаниисо звеньями задержки, конкретнаяструктура и параметры которого предопределены выбранным видом управлениядля моделирования объекта.В тех случаях, когда задача управления состоит не в стабилизации выходного параметра на заданном уровне,а в оптимизации управляемого объекта,формирователь 5 сигнала управленияможет быть выполнен н виде экстремального регулятора (возможно, многоканального) или в виде микроЭВМ, реализующий один из известных алгоритмовпоиска оптимума (градиентный спуск,симплекс - метод и т.д.). В этом случае переключатель 10 и первый блокб сравнения также удобно выполнитьв виде микропроцессоров. Управляющийтаймер 11 также не обязательно выполнять н виде КЭППУ - это можетбыть любой циклически работающийприбор, замыкающий различные контак"ты через заданные интервалы времени.Система работаетследующим образом,тий прерыватели 13 и 14 - открыты. Пусть при этом переключатель 10 сооб-, щает вход Формирователя 5 сигнала управления с выходом второго вычислителя 4 выходного параметра, а управляющий таймер.,11 - выключен это означает, что на входе первого блока 6 сравнения имеется рассогласование больше порогового, а на выходе- нуль). формирователь 5 сигнала управления изменяет свой выход до тех пор,10 пока выход второго вычислителя 4 выходного параметра не .сравняется с заданием системы. В этот момент сигнал на выходе первого блока 6 сравнения становится единицей и включается 15 управляемый таймер 11. Управляемый таймер 11 на короткое время открывает первый прерыватель 12 и регулятор 2 регулирующего параметра получает новое задание, которое далее сохраняется и отрабатывается, а потом управляе" мый таймер 11 закрывает первый прерыватель 12. Немедтенно вслед за этим закрываются второй и третий прерыватели 13 и 14, и через некоторое время 5, на короткое время открывается четвер" тый прерыватель 15, который пропускает на управляющий вход переключате" ля 10 значение выходного сигнала четвертого блока 9 сравнения, имевшееся там в это нремя и немедленно вслед за 1 этим снова открывает нторой и третий прерыватели 13 и 14 и выключается управляемый таймер 11, Блок 9 сравнения имеет на выходе но время короткого открывания четнертого прерывателя 15 нуль или единицу в зависимости от того, выход какого иэ блоков 7 и 8 сравнения больше, т,е. в зависимости от того, выход какого из двух вычислителей 3 и 4 выходного параметра окажется точнее. Переключатель 10 подключает на вход Формирователя 5 сигнала управления именно этот блок (т.е. один из двух - 3 или 4).Открывается замкнутый контур, например 45 вычислитель 3 выходного параметра,йа входы которого поступают те же входы, что и на объект, формирователь 5 сиг" нала упранления и совершается процесс подбора нужного значения выхода Фор 50 мирователя 5 сигнала управления, т.е. уставки регулятора регулирующего параметра. Как только он закончится, первый блок 6 сравнения енова включитуправляемый таймер 11 и т.д.55Таким образом, введение дополнительных элементов позволяет повысить, точность управления. Как показал опыт, использование моделей для нахождения заданий регуляторам регули рующих параметров процессов нефтепереработки позволит получить экономический эффект в размере 600 тыс.руб. в год на комбинированной установке переработки нефти, а йо всей отрасли 65 ожидаемый экономический эффект превышает 1 млн,руб. н год.формула изобретенияСистема автоматического управления содержащая объект управления, блок датчиков входных неуправляемых параметров, регулятор и датчик регулирующего параметра; датчик выходного параметра и первый вычислитель выходного параметра, первый вход которого соединен с блоком датчиков входных неуправляемых параметров, первый прерыватель, первый блок сравнения, управляющий таймер и Формирователь сигнала управления, причем выход формирователя сигнала управления соединен с непосредствейным входом первого прерывателя, выход которого соединен с первым входом регулятора, нторой вход которого соединен с датчиком регулирующего параметра, а выход соединен с входом объекта управления, к входу Формирователя сигнала управления подключен также вход. первого блока сравнения, выход которого"соединен с входом управляющего таймера, первый выход которого соединен с упранляемым входом первого прерывателя, о т л ичающая с я тем, что, с целью повышения точности управления, система содержит второй вычислитель выходного параметра, первый вход которого соединен с блоком датчиков входных неуправляемых параметрон, второй, третий и четнертый прерыватели, переключатель, второй,третий и четвертый блоки сравнения,причем выход переключателя соединен со входом упомянутого формирователя сигнала управления, входы переключателя соединены с выходами первого и второго вычислителей выходного параметра, а управляющий вход переключателя через четвертый прерыватель соединен с выходом четнертого блока сравнения, входы которого соединены с выходамй второго и третьего блоков сравнения, первые входы которых соединены с датчиком выходного параметра, второй выход управляющего таймера соединен с управляемым входом четвертого прерывателя, второй вход второго блока сравнения соединен с выходом первого вычислителя выходного параметра, а второй вход третьего блока сравнения соедйнен с выходом второго вычислителя выходного параметра,вторые входы первого и второго вычислйтелей соединены с выходом Формирователя сигнала управления через второй и третий прерыватели соответственно, .Управляемые входы которых соединены .с третьим выходом управляющего таймера.941931 10 Источники информации,принятые во внимание при экспертиэе1. Мееров М.В., Михайлов Ю,Н. иФридман В,Г. Основы автоматического Составитель А,Лащевкова Техред К.Мыцьо Корректор М. Шароши актор г,Вака ирак 914 рственного эобретений а, Ж, Р/5 илиал НПП Патентф, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 4836/35 ВНИИПИ Госуд по делам 1.13035, Моск(прототип). Под комитета СССР и открытий ушская наб