Прогнозирующий регулятор с переменной структурой

руемых возмущений, содержащая объектуправления, быструю модель объектаупранления, блок задания .начальныхусловий, экстраполятор контролируемых возмущений, блок формирования сигнала упранления моделью, согласующее устройство, блок синхронизации и контакты 1 3.Недостатком этой системы являютсяее сложность, обусловленная необходимостью моделирования в увеличен Оном масштабе времени и реализации поисковых процедур оптимизации.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является прогнозирующий регулятор, содержащийпоследовательно включенные первыйфильтр низкой частоты, первый масштабирующий блок, первый блок задержки,первый блок сравнения, третий фильтрнизкой частоты, первый экстраполятор, второй сумматор, исполнительныйблок, четвертый фильтр низкой частоты, четвертый блок задержки, восьмой блок сравнения и блок адаптации,выход которого соединен с выходомпервого масштабирующего блока, последовательно включенные пятый блоксравнения, третий блок задержки,третий блок сравнения, инерционноезвено первого порядка, второй масштабирующий блок и первый сумматор, 30последовательно включенные шестойблок сравнения, выход которого соединен с входами первого и восьмогоблоков задержки, последовательновключенные вторые экстраполяторы, З 5четвертые блоки сравнения и четвертые масштабирующие блоки, выходыкоторых подключены к входам первогосумматора, последовательно включенные вторые блоки задержки, вторые 4 Облоки сравнения и вторые блоки адаптации, своими выходами подключенныек дополнительным входам первого ивторых экстраполяторов, выходы которых соединены с входами вторых блоков задержки, пятые блоки задержки,подключенные входами к выходу пятого блока сравнения, а выходамик входам четвертых блоков сравнения,выход перного масштабирующего блокасоединен с входом второго сумматораи одним входом пятого блока сравнения, другой вход которого подключен к выходу четвертого фильтра низкой частоты, выход первого блокасравнения соединен с выходом третьего блока сравнения, выход третьегофильтра низкой частоты - с входамивторых экстраполяторов и с входамивторых блоков сравнения, выходчетвертого блока задержки - с входом седьмого блока сравнения, выходпятого блока сравнения - с входом одного из четвертых блоков сравнения,выход первого сумматора - с входомвторого сумматора 2 65 Прогнозирующий регулятор предназначен для компенсациикак контролируемых так и не контролируемых возмущений. С точки зрения подавления контролируемых возмущений н этом регуляторе не минимизируется величина управляющего воздействия с выполнением требований на точность регулирования, что является его недостатком. Цель изобретения - минимизация величины управляющего воздействия при заданной точности регулирования.Поставленная цель достигается тем, что в прогнозирующий регулятор, содержащий сумматор, двавхода которого через соответствующие масштабные блоки подключены к выходам первого и второго фильтров, а выход - к первому входу первого блока сравнения, второй вход, которого соединен через третий фильтр с выходом исполнительного блоКа, последовательно соединенные первый блок задержки, второй блок сравнения, экстраполятор, второй блок задержки и третий блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго блока сравнения, последовательно соединенные четвертый фильтр, четвертый блок сравнения и третий масштабный блок, а также последовательно соединенные третий блок задержки, пятый блок сравнения, инерционное звено и четвертый масштабный блок, введены два интегратора, опреде-. литель модуля, задатчик, ключ, последовательно соединенные первый умножитель, второй сумматор и пятый масштабный блок, а также последовательно соединенные реле, четвертыйблок задержки и второй умножитель, второй вход которого соединен с выходом реле, а выход - с управляющим входом ключа, информационные вход и выход которого подключены соответственно к выходу. четвертого масштабного блока и к второму входу второго сумматора, выход пятого масштабного блока подключен к входу исполнительного блока, первый вход первого умножителя соединен с выходом экстраполятора, а второй вход - с выходом третьего масштабного блока, выход задатчика подключен к второму входу четвертого блока сравнения, вход и выход определителя модуля соединены соответственно с выходом третьего блока сравнения и с входом четвертого фильтра, вход первого интегратора соединен с выходом первого сумматора, а выход - с входом первого блока задержки и с вторым входом второго блока сравнения, вход второго интегратора соединен с выходом первого блока сравнения, а выход - с оходом третьего блока задержки и с нторым входом пятого блока сравнения, вход релесоединен с выходом инерционнерционного зве- интегратора 6, блока 7 задержки иблока 8 сравнения. СигналвыходаНа чертеже представленаедставлена схема интегратора 6 через блок 7 задержкипредлагаемого прогнозирующирующего регуля- подается на вход блока 8 сравнения,тора с переменной структурой. где и вычитается из выходного сигна.Прогнозирующий регулятор сй егулятор содержит 5 ла интегратора 6. В результатей ты масштаби- на выходе блока 8 сравнения получаФильтр 1 низкой частоты, масштарующий блок 2, Фильтр 3 низкой часто- ется сигнал о суммарном за времяты, масштабирующий блок , сумма4 сумматор 5 технологического циклаизмененииуправляющего воздействия из-за изинтегратор 6, 7блок 7 задержки, блок1 О менений контролируемых возмущений.8 сравнения, экстраполятор 9, блок 10задержки, блок 1 сравнения,11 я блок 12 Этот сигнал экстрополируется в экстопределения модуля, фильтря фильтр 13 низкой раполяторе 9, например в виде Форя ийчастоты, блок сравнения,14 ения задатчик сирующего звена, на предстоящи тех 15, масштабирующий локй б к 16 блок 17 нологический цикл и поступает на18 масштаби блок 17 умножения, где умножаетсяумножения, сумматор , масшта ирующий блок 19, исполнительныл н 1 й на весовой коэффициент, величина коблок 20, фильтр низко торого адаптируется в зависимоститоты, блок от точности экстраполяции.ратор 23, блок ,Цля адаптации весового коэффици 2 О ента выходной сигнал экстраполятора 925 сравнения, инерционное звезадерживается на время экстраполяциино 26, масштабирующий блок 27, релеб 10 э держки и вычита 28 трехпозиционное, блок 29 задерж- я в блоке 11 сравнения из выход- .ки, блок 30 умножения, ключ 31.ного сигнала экстраполятора 9. СйгНа чертеже приняты обозначениянал о полученно разн сой азности с выходеИ(т,) и И(с) - первое и второеблока 11 сравнения поступает черезконтролируемые возмущения в е-ыйблок определения модуля 12, где устмомент времени, Ц(Г) - управляющеераняется знак этого сигнала, навоздействие.фильтр 13 низкой частоты. В результаРегулятор работает следующим об- те на выходе фильтра 13 низкой часразом.тоты получается сигнал о текущемемодульном отклонени на скольпервого контролируемого возмущенияи ервале времени длина кото. -И(й) поступает на фильтр 1 низкойрого определяется настройками фильтчастоты, реализованный например вра 13 низкой частоты. Выходной сигвиде последовательно соединенных 35 ал фильтра 13 низкой частоты вычиблока сравнения, Усилителя с насыще- тся в блоке 14 срав:.ния из сигнием и интегратора, выход которогонала поступающего с задатчика 15.Рсоединен с входом блока сравнения.В фильтре 1 низкой частоты подавляется в масштабирующем блоке 16 на поется восокочастотная измерительная 4 О оянный коэффициент и подается напомеха сигнала И(т), и далее онвход блока 17 умножения, Таким обпоступает на масштабирующий блок 2, ина ошибки экстрагде умножается на постоянный коэффи- оля и большая, то большая и велициент пересчета изменений контроли-а среднемодульного отклонения,руейых возмущений в изменения Управ в дичина выходного сигнала блока 14ляющего воздействия. Пересчитанныйсравнения становиновится маленькой иРтаким образом в масштаб управляющегосигнал с выхода экстраптраполятора 9воздействия сигнал поступает на одинумножается на маленькуюаленькую величину.вход сумматора 5. Лналогично измеряеЕсли же оши ка экс рб экст аполяции маленьмый сигнал об изменениях второго конто ированный сигнал умРолируемого вущя И(Г) с помощью фильтра 3 низкой частоты и масшщуюся в пределе к единице.табирующего блока 4 пересчитываетсяв масштаб управляющего воздействияСигнал об управляющем воздействиии поступает на другой вход суммато- Б(Т) с выхода исполнительного блокаРа 5. По аналогии может быть Учтено 55 20 через Фильтр 21 низкой частоты,и бОльшее количество контролируемыхв котором подавляется высокочастотвоэмущений. ная помеха, подается на блок 22 сравВыходной сигнал сУмматоРа 5 о ве- нения, где из него вычитается выходличине управления, требуемого для ком- ной сигнал сумматора 5. В результатепенсации изменений И(т) и И 2 бф получается сигнал о разности междуподается на вход интегРального звена требуемым с точки зрения полной комс отсечкой с передаточной функциейпенсации изменений контролируемых воз гЩф мущений и фактически реализованнымфиР=(1-в )1управлением. По этой разности п.эгноЭто звено реализуется с помощью 65 зируется с помощью модели канала регу 980068лирования суммарное за технологический цикл отклонение выходной переменной объекта управления, Если сумматорное отклонение превышает на конечном интервале времени допустимыйдиапазон, то сигнал о разности подсуммируется к выходному сигналу блока 17 умножения, Если суммарное отклонение лежит в допустимом диапазоне, то в последующих расчетах разность между требуемым и фактическим )Оуправлением не учитывается,Выходной сигнал блока 22 сравненияподается на вход интегратора 23(на ин"теграторе 23,блоке 24 задержки и блоке25 сравнения реализовано. интегральное 15звено с отсечкой ). Из выходного сигнала интегратора 23 вблоке 25 сравнения вычитается выходной сигнал этого же интегратора 23, задержанный .в блоке 24 задержки на интервал времеОни. На выходе блока 25 сравнения получается сигнал о суммарнойна интервале 2 разности между требуемым и фактическим управлением,этот сигнал подается на инерционноезвено 26, реализованное в виде интегратора, охваченного отрицательнойобратной связью.С выхода инерционного звена 26 сигнал об отклонении выходной переменной Зообъекта управления подается на входтрехпозиционного реле 28, Функционирование которого описывается выражением.1"Р" - вх(ф) 35 в котором эв,и з- соответственно выходной и входной сигналы реле 28 о А - постоянная величина,Выходной сигнал трехпозиционного реле 28 задерживается в блоке 29 задержки на интервал времени э и подается на вход блока 30 умножения, 4 где умножается на выходной сигнал трехпозиционного реле 28 в текущий момент времени. При отклонении входного сигнала реле 28 сверх допустимого диапазона в одну сторону в моменты времени с и С-,з выходной сигнал второго блока умножения равен величине +1. Во всех других случаях этот сигнал равен величине "Оф или "-1". В случае, когда величина выходного сигнала блока 30 умножения равна "+1" 5ключ 31 замыкается и соединяет выход масштабирующего блока 27 с входом сумматора 18. Тем самым меняется структура всего прогнозирующего регулятора.Выходной сигнал инерци- . 60 онного звена 26 идет на масштабирующий блок 27 (П-регулятор ), где умножается На постоянный коэффициент и поступает (когда ключ 31 замкнут ) на вход сумматора 18,в котором суммируетсяб 5 с выходным сигналом блока 17 умножения. Выходной сигнал сумматора 18 является суммарным управлением на весь технологический цикл. В масштабирующем блоке 19 этот сигнал умножается на величину, обратно пропорциоальную длительности технологического икла, то есть суммарное управление распределяется по длительности цикла. Сигнал о полученном управлении подается на исполнительный блок 20 для реализации.Введение новых блоков и связей в предлагаемом регуляторе позволяет .минимизировать величину управляющего воздействия при выполнении ограничений на величину отклонениями выходной переменной объекта управления. Например, при стабилизации основности шлака доменного процесса, как показывают результаты моделирования, применение предлагаемого пронозирующего регулятора позволяет снизить по сравнению с известным регулятором расход Флюсующих добавок на 20-30 при заданной точности регулирования. В результате повышается производительность доменной печи на 1-1,5 и с(ижается расход кокса на 0,3-0,5 кг/т, что в свою очередь, дает экономический эффект порядка 200 тыс.руб. в год на одну доменную печь большого объема.формлула изобретенияПрогнозирующий регулятор с переменной структурой, содержащий сумматор, два входа которого через соответствующие масштабные блоки подключены к выходам первого и второго фильтров, а выход - к первому входу первого блока сравнения, второй вход которого соединен через третий Фильтр с выходОм исполнительного блока, последовательно соединенные первый блок задержки, второй блок сравнения, экстраполятор, второй блок задержки и третий блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго блока сравнения, последовательно соединенные четвертый Фильтр, четвертый блок сравнения и третий масштабный блок, а также последовательно соединенные третий блок задержки, пятый блок сравнения, инерционное звено и четвертый масштабный блок, о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтос целью минимизации управляющего воздействия, в регулятор введены два интегратора, определитель модуля, задатчик, ключ, последовательно соединенные первый умножитель второйсумматор и пятый масштабный блок, а также последовательно соединенные реле, четвертый блок задержки и вто980068 10 Составитель В.ГрибоваТехред М.Надь Корректор Г.Решетни Редактор Ю.С акаэ 9358/37 Тираж 914 ПодпВНИИПИ Государственного комитета ССпо делам изобретений и открытий113035, Яосква, Ж,Раушская наб. с П фПатент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 филиа рой умножитель, второй вход которого соединен с выходом реле, а выход - с управляющим входом ключа, информационные вход и выход которого подключены соответственно к выходу четвертого масштабного блока и к второму 5 ходу второго сумматора, выход пятого масштабного блока подключен к входу исполнительного блока, первый вход первого умножителя соединен с выходом экстраполятора, а второй 0 вход - с выходом третьего масштабного блока, выход эадатчика подключен к второму входу четвертого блока сравнения, вход и выход определителя модуля соединены соответствен но с .выходом третьего блока сравнения и с входом четвертого фильтра,вход первого интегратора соединенс выходом первого сумматора, а выход - с входом первого блока задержки и с вторым входом второго блокасравнения, вход второго интегратора соединен с выходом первого блокасравнения, а выход - с входом третьего блока задержки и с вторым вхо-дом пятого блока сравнения, вход реле соединен с выходом инерционногозвена. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 371562, кл. 6 05 В 17/00, 1970.2, Авторское свидетельство СССРР 815713, кл. 6 05 В 13/02, 1979