Система экстремального управления для объекта с запаздыванием

(72) Авторы изобретения Сибирский ордена Трудового Красного Знамениметаллургический институт им. Орджоникидзе(54) СИСТЕМА ЭКСТРЕМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТА С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ1Изобретение относится к автомати ческому экстремальному управлению объектами с запаздыванием, имеющими контролируемые управляющее и внешнее воздействия, ненаблюдаемое внешнее воздействие, наблюдаемую и регулируемую выходные переменные и может быть использовано в металлургической промышленности, в частности, в системе управления плавкой стали в мартеновской печи,Известна система автоматического управления, содержащая объект управления, а также последовательно соединенные первый блок сравнения, второй блок сравнения, регулятор, модель объекта, блок задержки, третий блок сравнения, выход которого соединен с вторым входом второго блока сравнения. Выход регулятора соединен с входом объекта управления, выход которого подключен к входу первого блока сравнения, а выход моде 2ли объекта соединен с вторым входомтретьего блока сравнения 1 1Недостатком системы автоматичес"кого управления является неудовлет"ворительнвя точность управления, обу 5 словленная отсутствием учета действия на объект управления контролируемых возмущений,Йаиболее близкой по техническойсущности к предлагаемой являетсясистема экстремального управлениядля объектов с запаздыванием, содержащая блок синхронизации, последовательно соединенные блок заданияначальных условий, первый ключ,5первую модель, второй ключ, блок управления, блок согласования и последовательно соединенные первый экст"раполятор и третий ключ, соединенный выходом с вторым входом первоймодели, вторым входом - с вторымвыходом блока задания начальных ус"ловий, а третьим входом - с вторым входом первого ключа и первым3 993206 выходом блока синхронизации, подклю ченного вторым выходом к второму входу второго ключа, а третьим выходом - к второму входу блока согла - сования, первый вход которого сое динен с третьим входом первого ключа, а выход - с первым входом объекта и с первым входом блока задания начальных условий, второй вход которого подключен к второму входу объекта и входу первого экстраполятора 12 .К недостаткам этой системы автоматического управления относится низкая точность управления, обусловленная отсутствием учета действия на 15 объект управления ненаблюдаемых возмущений.Цель изобретения - повышение точности системы,7 (вЪ г (с)1 НЭ 5 Т и Система автоматического управления работает следующим образом,На входы объекта 1 и второй модели 11 поступают сигналы об управляющем воздействии Ч(с) и о контролируемом возмущении 2(с).вторая модель объекта 11 предназначена для определения реакции объ - екта 1 управления по наблюдаемой выходной переменной Х (с) на действие контролируемого возмущения 2 к(с) и управляющего воздействия Ч(С) и работает в реальном масштабе времени.выхода второй модели объекта 11 на первый вход сравнивающего элемента 12 подается сигнал с модельном значении наблюдаемой выходной переменной объекта управления Х, (с).Сравнивающий элемент 12 путем вычитания сигнала из сигнала о фактическом значении регулируемой выходной переменной Х (с), поступающего с выхода объекта 1 управления формируется сигнал о приведенном к наблюдаемому выходу объекта ненаблюдаемого возмущении Е (с).1 нСигнал 7 (с) с выхода сравниваютщего элемейта 12 поступает на вход третьей модели объекта 13, где сигнал 22 Н( с ) пересчитывается в оценку 20Поставленная цель достигается тем,что она содержит последовательно соединенные вторую модель, сравнивающийэлемент, третью модель, второй экстраполятор и четвертый ключ, второй вход 25которого подключен ко второму выходувторого экстраполятора, третий входк выходу блока синхронизации, а выход - к третьему входу первой модели,первый вход второй модели подключенк первому входу объекта, а второйвход - к второму входу объекта, выходкоторого соединен с вторым входомсравнивающего элемента,йа чертеже представлена блок-схе 35ма системы управленияСистема управления содержит объект 1, первую модель 2, блок 3 задания начальных условий, первый экстраполятор ч, блок 5 управления, блок6 согласования, блоксинхронизации,первый ключ 8, второй ключ 9, третийключ 10, вторую модель 11, сравнивающий элемент 12, третью модель 13,второй экстраполятор 1 ч, четвертыйключ 15,В схеме приняты следующие обозначения:Ч(с) - управляющее воздействие;Е(с) - контролируемое возмущение;502(с) - ненаблюдаемое возмущение,Х (с) - регулируемая выходная переменная объекта управления;2.Х (с) - наблюдаемая выходная переменная объекта управления;О (с )- сжатая предыстория управ 55т 6ляющего воздействия;(с )- сжатая предыстория контролируемого возмущения,)- сжатая траектория прогнозируемых значений контролируемого возмущения;значение ненаблюдаемоговозмущения приведенного крегулируемому выходу;значение ненаблюдаемоговозмущения, приведенногок наблюдаемому выходу объект а,прогнозируемые значения ненаблюдаемого возмущения,приведенного к регулируемому выходу объекта,)- сжатая траектория прогнозируемых значений ненаблюдаемого возмущения приведенного к регулируемомувыходу объекта;Сигнал о контролируемом возмущении Х (С) поступает на вход первоКго экс 1 раполятора ч, ко 1 орый осуществляет прогноз сжатой во времени в масштабе 5 траектории изменения контролируемого возмущения 2 КЭ(СЯ) на интервале времени (с, с+Тя ) . Сигнал с выхода первого экстраполятора Й поступает на первый информационный вход третьего. ключа 1 О.Рабо 1 а остальной части схемы происходит циклически. формирование цикла осуществляе 1 блок 7 синхронизации, путем пода и управляющих сигналов на управляющие входы согласующего устройства 6 и ключей 8, 9,45 влияния того же ненаблюдаемого возмущения на регулируемый выход объекта угравления(С) . Сигнал с выхолнда третьей модели 13 объекта поступает на вход второго экстраполятора 1 М, который прогнозирует траекторио изменения ненаблюдаемого возмущения приведенного к регулируемомувыходу объекта на интервале времени (с+Г с+Г+Тп),Второй экстраполятор 1 имеетдва выхода. С первого выхода второго экстраполятора 1 на первый информационный вход четвертого ключа15 подается сигнал о прогнозируемом значении ненаблюдаемого возмущения Е (С) на момент времени С+2:.1 НвС второго выхода на второй информа"ционный вход того же ключа поступает сигнал о прогнозе сжатой во яремени в масштабе 5 траектории изменения ненаблюдаемого возмущенияЕ (С,) на интервале времени (С+2,лнэС.РТ) .Сигналы о контролируемом возмущении Ек(С) и об управляющем воздействии поступают также на вход блоказадания начальных условий 3, которыйосуществляет запоминание и выдачусжатых во времеии, в масштабе 5, траекторий изменения этих сигналов.С первого выхода блока задания на"чальных условий 3 на первый информационный вход первого ключа 8 подается сигнал -сжатой во времени в мас-зштабе 5 траектории изменения управляющего воздействия ч(с ), а с в очрого выхода на второй информационныивход третьего ключа 10 подаешься сигнал о сжатой во времени (в масштабе 5) траектории изменения контролируемого возмущения 2 (с ),10 и 15. Каждый цикл состоит из двухинтервалов времени длительностьюТ 5интервала задания начальныхЬусловий и интервала прогноза.На первом интервале времени проис"ходит задание начальных условий. Приэтом сигналами с выхода блока 7 синхронизации ключи 8, 9, 10 и 15 устанавливаются в следующие позиции, Второй ключ 9 разомкнут,Первый ключ 8 соединяет первыйвыход блока 3 задания начальных условий с первым входом первой модели2 объекта, четвер 1 ый ключ 15 соединяет первый выход второго экстраполятора 1 ц с 1 ретьим входом первоймодели объек 1 а.дПри этом на входы первой моделиобъекта 2 с выходов блока заданияначальных условий 3 поступают сигналы о сжатой предыстории измененияуправляющего воздействия У (С-) иконтролируемого возмущения 7. (С),а акже, в о 1 личие от про 1 о 1 ипа, натретий вход первой модели объекта 2с первого выхода второго экстраполятора 1 через четвертый ключ 15посугае 1 сигнал о прогнозируемомна текущий момент времени значенииненаблюдаемого возмущения 2(С).Первая модель объекта 2 работаетв ускоренном масш 1 абе времени и предназначена для определения реакцииобъекта 1 управления по регулируемойпеременной на действие входных воздействий. В конце первого интервала вре"мени на выходе первой модели объекта2 устанавливаются искомые начальныеусловия. При этом обеспечивается более точная установка начальных условий по отношению к прототипу засчет дополнительного учета влиянияна объект 1 управления ненаблюдаемыхвозмущений, путем использования информации о наблюдаемой выходной переменнои А (С)На втором интервале времени осуществляется расчет оптимального варианта управления на ближайший циклработы сис 1 емы.При этом сигналами свыхода блока 7 синхронизации ключи8, 9. 10 и 15 устанавливаются в следующие позиции, Второй ключ 9 замкнут.Первый ключ 8 соединяет выход блока5 управления с первым входом первоймодели объекта 2 третий ключ 10 соединяет выход первого экстраполяторас вторым входом первой модели объекта 2, четвертый ключ 15 соединяетВтОРОй ВЫХОД ВтОРОгО ЭКСТаГСЮГГО- ра 11 с третьим входом первой модели объекта 2. Блок 5 ге-ерирует варианты сжатых во Временираекторий управления (1 ) на интервале времений+Т,. Каждый вариант угравпенияГ. 1 ПОдаЕСЯ ЧЕРЕЗ ГЕрвцй КЛЮЧ 8 на первьй вход первсй модели об;- екта 2, на остальные воды которой через ключи 10 и 4 ;осту ают соот ВЕТСТВЕННО СИГНаПЫ О СжаТь Х ВО ВОЕ, ргекРИЯХ кон- , нснабпюдсе 10 ) наж ин - ",+тг . 0 помоб-к-, " пабобе вэеме кция обьекта 1 мени проглозируельх тролируемого , ., 1 го возмущений 2тервале времени 1(, щью первой модепи о тающей в ускоренном ни определяется реа упраВлеия по регулируемому выходу объекта ла аоздейсгвия ,С, 7 л(В отлицие о про гст .Пг на третий вход первой модеги объекта 2 с второго выхода второго зкстрапопятора 1 Й через четвертый ключ 15 поступает сигнал о прогнозе сжаой во времени траектории изме енип ненабпюдаемого возмущения . (г Эо пок=зволяет осуществить более точ лый прогноз реакции объекта управления 1 за счет дополнительного уцега в.гияния этого возмущения. В блоке 5 управпелия осуществпя-. ется расчет заданного чества управпения д пя анта управления 1/ (1, минание вариан.а, об движение в направлени Экстремального значен(ритерия какаждого вари- выбор и запосп=чивающего двестикения ия этого кри терия.40Описанные действия повторяютсядо тех пор, пока не будет найденоптимальный вариант угравления,экстремизирующий заданный критерий,Этот вариант через согласующее устройство 6 подается на объект 1 управления.Техническая реализация моделейобъекта 2 и 11, 13 определяется свойствами конкретного объекта и можетбыть наполнена, например, в виде цепей, собранных на КС-цепочках операционных усилителях и блоках задержки, Экстраполяторы 1 и 1 могут бытьреализованы на основе Форсирующих55звеньев и ячейках памяти, В качествеэлементной базы блока 3 задания начальных условий могут быть использованы ячейки памяти и ключи,Блок 5 управп ния может быть реализован на базе генераторов Функций, инте раторов, квадраторов, блоков сравнения,. Ячейках памЯи, Ключи МО гу быть выполнень на основе реле,Таким Образом, в отличие от про:о.ипа введеие в систему автоматического управпения Второй модели объекта 11, сравнивающего элемента 12, третьей модели объекта 13, второго экстрапопятора 1( и четвертого клЮча 15 позволяет при определении оптимальных режимов Функционирования объекта управления уцесть Влияние не толькО контролируемых, как в прото" тиг;е о и ненабпюдаельх возмущений за счет использования инФормации обизмерении наопюдаемой выходной переменной и как следствие этого повысить точность управления.При использованли предложенной системы дпя управгения периодом до одки маряновской плавки стали с пеприменением метода имитационного моделирования в качестве наблюдаемых выходных переменных можно принять инФормацию о емпературе насадок, свода давлении под сводом,При этом по сравнению с прототипозвопяет гОВысить Часто;у попаданий в заданную область значений по содержанию углерода и темперагуре мета.пла в период доводки маргеновской пгавки на /, Это приводит к уменьшению числа плавок с корректируюцими отерацилтли по устранению откпо-ений фактических значений выходных переменных от заданных и, вследствие этого, .к сокращению средней продолжительности плавки на 6,56 мин и повышению производительности агрегата на 09/г а также к снижению удельного расхода руды и мазута на 0,1 о( кг/т и 0328 кг/т, соответственно,.Формула изобретенияВистела экстремального управления для объекта с запаздыванием, содержа" щая блок синхронизации, последовательно соединенные блок задания начальных условий, первый ключ, первую-модель, Второй клюц, блок управления, блок согласования и последовательно соеди-енные первый экстраполятор и третий клюц, соединенный вьходом с вторым ВХОДОМ ПЕРВой МОДЕЛИ, ВТОРЫМ ВХОДОМ10 ИИПИ Заказ 455/63 Тираж 872 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород,.ул. Проектная, 4 с вторым выходом блока задания начальных условий, а третьим входом - с вторым входом первого ключа и первымвыходом блока синхронизации, подключенного вторым выходом к второмувходу второго ключа, а третьим выходом - к второму входу блока согласования, первый вход которого соединен с третьим входом первого ключа, а выход - с первым входом объекта и первым входом блока заданияначальных условий, второй вход которого подключен к второму входу объекта исходу первого экстраполятора,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что,с целью повышения точности системы,она содержит последовательно соединенные вторую модель, сравнивающийэлемент, третью модель, второй экстраполятор и четвертый ключ, Второйвход которого подключен к второмувыходу второго экстраполятора, третий вход - к выходу блока синхронизации, а выход - к третьему входупервой модели, первый вход второймодели подключен к первому входу обьекта, а второй вход - к второму вмо"ду обьекта, выход которого соединенс вторым входом сравнивающего элемента. Источники информации,принятые во внимание при экспертизеГурецкий Х. Анализ и синтезсистем управления с запаздыванием.М "Машиностроение", 1974, с. 214.2. Авторское свидетельство СССРй 371562, кл, С 05 В 17/00, 1970