Система автоматического управления

(71) Грозненское нвенное объединение(54)(57) системА АВтомАтическоГо упРАВЛЕНИЯ, содержащая модель объекта управления без запаздывания, выход которой соединен с входом шестого сумматора, последовательно соединенные дифференциатор и релейныйэлемент, последовательно соединенныеб зк задания и первый сумматор, выходкоторого подключен к вхрдам пропорционального и интегрального блоков,первого ключевого элемента, логического блока и блока формирования функции переключения, выход которого через логический блок подключен квторому входу первого ключевого элемента, второй вход интегрального блокаподключен к выходу первого ключевогоэлемента, а выходы интегрального ипропорционального блоков подсоединены через второй сумматор к соответствующим входам третьего сумматора,пятого сумматора и блока умножения,выход третьего сумматора подключенк входу объекта управления, выход коОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВ торого соединен с первым входом чет"вертого сумматора, выход пятого сумматора через интегратор подключен квторому входу блока умножения, выходкоторого соединен с вторым входомтретьего сумматора, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения качества управления, она снабжена седьмым, восьмым и девятым сумматорами, коммутатором и последовательно соединенными блоком умножения намасштабный множитель и вторым ключе- ..вым элементом, при этом вход .дифференциатора соединен с выходом объекта управления, выход релейного элемента подключен к второму входу второго ключевого элемента и управляющему входу коммутатора, первый входкоторого подключен к выходу второгосумматора, а второй вход - к выходучетвертого сумматора и первому входудевятого сумматора, второй вход которого соединен с выходом объектауправления, а выход - с вторым входом первого сумматора, первый выходкоммутатора подсоединен через седьмой сумматор к входам модели объек"та управления без запаздывания ивосьмого сумматора, выход которогоподключен к второму входу пятогосумматора, а второй вход - к выходувторого ключевого элемента, второйвыход коммутатора подсоединен к вторым входам седьмого и шестого сумматоров, выход последнего подключен квторому входу четвертого сумматораи выход блока умножения подключен квходу блока умножения на масштабныймножитель.Работа этой системы рассчитана на компенсацию непредвиденных изме 40 нений коэффициента усиления объекта без запаздывания. Поэтому изменение ,параметров объекта управления с изменяющимся во времени запаздыванием может привести к ухудшению качества автоматического регулирования. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является система автоматическоФго управления, содержащая модель объекта управления без запаздывания, выход которой соединен с входом шестого сумматора, последовательно соединенные дифференциатор и релейный элемент, последовательно соединенные блок задания и первый сумматор, выход которого подключен к входам пропорционального и интегрального 50 5510372Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для управления технологическими объектами с запаздыванием,Известна система управления объек тами с запаздыванием, содержащая основной контур управления, который включает измеритель сигнала рассогласования, на первый вход которого подается сигнал задания, а на вто О рой - инвертированный сигнал с выхода объекта через параллельное. корректирующее звено, последовательно корректирующее звено, вход которого соединен с выходом измерителя рассо" гласования, а выход подключен к первому входу блока умножения и к входу первого сумматора, другой вход которого соединен с выходом блока умножения, выход первого сумматора под ключен к входу объекта управления, и дополнительный контур управления, включающий модель-эталон, на вход коФ торой подается сигнал с выхода последовательного корректирующего эве 25 на, выход модели подключен к первому входу второго сумматора, на второй вход которого поступает инвертированный сигнал с выхода объекта управления через звено согласования и блок З 0 настройки, один вход которого соединен с выходом второго сумматора, а другой вход - с выходом последова- тельного корректирующего звена, выход блока настройки подключен к второму входу блока умножения основного контура системы 11 1. 09 2блоков, первого ключевого элемента,логического блока и блока формирования функции переключения, выход которого через логический блок подключен к второму входу первого ключевого элемента, второй вход интегрального блока подключен к выходу первого ключевого элемента, а выходыинтегрального и пропорциональногоблоков подсоединены через второй сумматор к соответствующим входам третьего сумматора, пятого сумматораи блока умножения, выход третьегосумматора подключен к входу объектауправления, выход которого соединенс первым входом четвертого сумматора, выход пятого сумматора через интегратор подключен к второму входублока умножения, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора Г 2 3Однако эта система имеет недостаточно высокое качество управлениянестационарным объектом с запаздыванием при возмущениях е системепо каналу задающего воздействия. Этообъясняется тем, что при возмущенияхпо заданию на входе регулятора действие дополнительного контура известной системы в течение времени запаздывания объекта не проявляется, поскольку при выборе достаточно малого интервала задержки регулирующеевоздействие на входе эталонной модели, вызванное задающим воздействием, компенсируется выходным сигналом обратной эталонной модели объекта управления, и за счет этого эффективность действия дополнительного контура при управлении объектомс запаздыванием снижается,Цель изобретения - повышение качества управления.Указанная цель достигается тем, что система автоматического управления снабжена седьмым, восьмым и девятым сумматорами, коммутатором и последовательно соединенными блоком умножения на масштабный множитель и вторым ключевым элементом, при этом вход дифференциатора соединен с вы-, ходом объекта управления, выход релейного элемента подключен к второму входу второго ключевого элемента и управляющему входу коммутатора, первый вход которого подключен к выходу второго сумматора, а второй вход - к выходу четвертого сумматора3 10372и первому входу девятого сумматора,второй вход которого соединен с выходом объекта управления, а.выходс вторым входом первого сумматора,первый выход коммутатора подсоединенчерез седьмой сумматор к входам модели объекта управления без. запаздывания и восьмого. сумматора, выход которого подключен к второму входу пятого сумматора, а второй вход - к 10выходу второго ключевого элемента,втооой выход коммутатора подсоединенк вторым входам седьмого и шестогосумматоров, выход последнего подключен к второму входу четвертого сумматора и выход блока умножения подключен к входу блока умножения намасштабный множитель.В предлагаемой системе влияниезапаздывания учитывается путем Формирования управляющего воздействия наобъект, начиная с момента изменениязадания регулятору с использованиемв качестве "переменной" в интервалевремени, равном времени запаэдывания объекта, выходной величины модели объекта управления. без запаздывания, включенной в течение временизапаздывания параллельно объекту. Переходной процесс на выходе моделибез запаздывания позволяет прогнозировать желаемый ход выходного процесса системы и тем самым учесть влия-.ние изменяющегося запаздывания на качество управления,В результате формирования упреждающего управляющего воздействияна объект при данной управлении черезмодель объект управления с запаздыванием находится вне замкнутогоконтура управления и тем самым позволяет повысить эффективность Формирования управляющего воздействия засчет скачкообразного изменения величины интегральной составляющей в моменты смены знака логического произведения сигнала рассогласовния и сигнала переключения,При замыкании системы по истечении времени запаздывания выходным 50сигналом объекта управления преобразованного посредством неединичнойобратной связи системы за счет изменения структуры предложенной системы переключениями дополнительной 55(внутренней) и основной обратной связи, управляющее воздействие на объектформируют таким образом, что оно 09 4обеспечивает уменьшение ошибки, вызванной управляющим воздействием в замкнутой системе. При управлении в данном случае основное управляю" щее воздействие формируют в функциисигнала рассогласования, получаемого с использованием выходного сигнала объекта управления и его обрат",ной модели, иэ полученного сигнала основного управляющего воздействиявычитают выходной сигнал .обратной модели объекта управления без запаздывания, результирующий сигнал интегрируют, перемножают проинтегрированный сигнал с сигналом основного управляющего воздействия и полу"ценный сигнал суммируют с сигналомосновного управляющего воздействияна объект. Таким образом, при появлении рассогласования, обусловлейного несоответствием параметров объекта параметрам его модели, управляющее воздействие корректируется сцелью устранения возникающего рассогласования, обеспечивая компенсациюнепредвиденных изменений параметров объекта Формированием результирующего воздействия на управляемый объект.На чертеже представлена структур-.ная схема системы автоматического управления.Система содержит модель объекта управления без запаздывания. 1, шестой сумматор 2, дефференциатор 3 релейный элемент 4, блок задания 5,первый сумматор 6; пропорциональныйблок 7, интегральный блок 8, первыйключевой элемент 9, логический блок1 О, блок Формирования Функции переключения 11, второй сумматор 12, третий сумматор 13, пятый сумматор 14,блок умножения 15, объект управления16, четвертый сумматор 17, интегратор 18 седьмой сумматор 19, в(осьмой сумматор 20, девятый сумматор 21,коммутатор 22, блок умножения намасштабный множитель 23, второй ключевой элемент 24. Система работает следующим образом.При изменении задающего воздействияпоступающего с выхода блока задания 5 на вход первого сумматора 6, на выходе сумматора 6 возникает сигнал рассогласования, который поступает на входы пропорционального и интегрального блоков 8 и 7, которые3 1037209 6вырабатывают сигнал основного управ" 21 в качестве "переменной" поступаетляющего воздействия на объект 16. на вход первого сумматора 6. ТакимСигнал рассогласования поступает так- образом, в рассматриваемом случаеже на вход блока 11 формирования . пока отклонения регулируемой величифункции переключения. В блоке 11 про ны на выходе объекта управления 16изводят дифференцирование сигнала не происходит, т,е. скорость изменерассогласования, определяют величину ния регулируемой величины равнаи знак функции переключения. В логи- нулю, замыкание системы производитческом блоке 10 в зависимости от зна- ся только сигналом модели 1 объектака логического произведения сигнала 10 УпРавления без запаздывания, порассогласования и функции переключе- скольку сигнал на выходе девятогония, поступающих с выхода блока 11сумматора 21 в этом случае равени выхода первого сумматора 6, форми- Х(С) =Х ) - ГХ 0(С) -Х,(Е)З =Х(г), (1)руют командный сигнал для переклюце- где Хр(т) - выход объекта, предшестния первого ключевого элемента 9, с 15 вующий изменению эадапомощью которого осуществляют изме- ния;нение величины коэффициента интег- Х(С) - выход модели объекта безрального блока 8. Выходной сигнал запаздывания.второго сумматора 12 поступает через При этом на выходе первого сумтретий сумматор 13 на вход объекта 20 матора 6 сигнал рассогласования равенуправления с запаздыванием 16. : 0(С-Х, (2)где 0(й) - выход блока 5 задания,В течение времени запаздыванияНа основе полученного сигнала расобъекта, когда его реакция на подан- согласования Е и его производнойное возмущение еще неизвестна, выход" в блоке 11 формируется Функция пере 25ной сигнал объекта управления 16 со- . ключения 5=с 6+ Е(С)0 С - постоянныйхраняется постоянным и равным задан- коэффициент) с использованием коной величине, предшествующей моменту тоРой с помощью логического блокаступенчатого изменения задания . В 10 и ключевого элемента 9 пропорциоэтом случае сигнал на выходе помехо- нальный 7 и интегральный 8 блоки выэащищенного дифференциатора 3 равен30рабатывают регулирующее воздействиенулю и сигнал с релейного элемента вида .р4 не поступает на управляющие входы коммутатора 22 и второго ключевого элемента 24. В этом случае коммутатор 22 осуществляет коммутацию вы- З 5 1 Кпри Я) 0где Ч=ходного сигнала второго сумматора К при Б(012 через седьмой сумматор 19 на вход где 0 - выход регулятора;модели 1 объекта управления беэ за- Е - сигнал рассогласования;паэдывания, а через восьмой сумма- К - коэффициент усиления регулятоЭ 20 - на второй вход пятого сумтора;матора 14. Сигналы на втором входе т - коэффициент интегрирования;восьмого сумматора 20, седьмого 19- функция переключения;и шестого 2 сумматоров отсутствуют, С - время регулирования.поскольку выход второго ключевого Таким образом, е течение времениэлемента 24 и второй выход коммута" 45 Я) (о(й) - запаздывания объектора 22 обнулены. В этом случае сиг- та) с использованием сигнала моделинал сравнения на выходе пятого сум без запаздывания Формируется упрежматора 14 равен нулю, при этом сиг- дающее воздействие на объект, велициналы на входе интегратора 18 и на вы- ны которого опРеделяются временем ходе блока 15 умножения также раен 50 запаздывания объекта, параметрами нулю. Сигнал с выхода модели 1 объек-дели уравнением гиперплоскости скольжения.та управления без запаздывания через йо истечении времени запаздыванияшестой 2 и четвертый 17 сумматоры объекта, т.е, при скорости измененияпоступает на второй вход девятого регулируемой величины, отличной отсумматора 21. На первые входы сумма нуля, .сигнал с выхода объекта управтора 21 и сумматора 17 поступает сиг- ления 16 поступает на вход помехонал с выхода объекта управления 16. защищенного дифференциатора 3, выходыходной сигнал девятого сумматора ной сигнал которого вк орого в данном случае7 103720 не равный нулю поступает на вход ре" лейного элемента 4, который выдает командный сигнал, поступающий на управляющие входы второго ключевого элемента 24 и коммутатора 22. Коммутатор 22 в данном случае прекращает коммутировать сигнал с выхода второго сумматора 12 на первый вход седьмого .сумматора 19 и осуществляет коммутацию выходного сигнала четвер того сумматора 17 на второй вход седьмого сумматора 19 и на второй вход шестого сумматора 2. При данном состоянии коммутатора 22 выход чет" вертого сумматора 17 поступает через 15 сумматор 19 на вход модели 1 объекта управления беэ запаздывания, Обозначив передаточную Функцию модели 1 М, в соответствии со структурной схемой и согласно связям, организуемым с 20 помощью коммутатора 22, получим, что передаточная Функция устройства, состоящего иэ блоков 1,2 и 17 равна обратной передаточной Функции модели объекта управления беэ запаздывания . 25 Ч , которая оказывается включенной последовательно с объектом управления 16. Нэ второй вход девятого сумматора 21 при этом поступает сигнал Х (с) И " с выхода обратной модели объекта, а на первый вход - сигнал с выхода объекта управления 16, Таким образом, регулируемая величина Х(1) поступает на вход первого сумматора 6 по главной обратной связи с передаточной Функцией, не равной единицы. В соответствии с выходным сигналом первого сумматора 6 пропорциональный 7 и интегральный 8 блоки сйуществляат дальнейшее Формирование 40 управляющего воздействия на объект, Изменяющийся в процессе регулирования коэффициент 4=Г(6, Е ) позволяет учесть влияние запаздывания объекта.фВыходной сигнал обратной модели объекта управления без запаздывания с выхода седьмого сумматора 19 поступает через восьмой сумматор 20 на входпятого сумматора 14 на другой вход которого поступает сигнал с выхода50сумматора 12. Сигналы с выхода сумматора 17 и сумматора 12 сравниваются. Если параметры объекта управления16 соответствуют параметрам модели 1.,а следовательно, совпадают и выходные сигналы сумматоров 12 и 17, то ре 55зультат сравнения сигналов на выходепятого сумматора 14 равен нулю. Если в силу параметрических возмущений выходной процесс объекта управления 16 изменится, а следовательно, процесс на выходе сумматора 17 не будет соответствовать выходному процессу на выходе сумматора 12,то на выходе сумматора 14 появится рассогласование. Это рассогласование будет содержать информацию об изменении параметров объекта управления. Полученный сигнал рассогласования с выхода сумматора 14 поступает на вход интегратора 18, выходной сигнал которого поступает на один иэ входов блока 15 умножения, на другой вхед которого поступает выходной сигнал сумматора 12. 8 блоке 15 перемножаются полученный проинтегрированный сигнал и сигнал основного управляющего воздействия, а результирующий сигнал с выхода блока 15 умножения поступает на третий сумматор 13, где суммируясь с сигналом основного управляющего воздействия, изменяет его величину. Измененное значение управляещего воздействия с .третьего сумматора 13 поступает на вход объекта управления 16, обеспечивая при изменившихся характеристиках системы требуемый выходной процесс. Одновременно сигнал с выхода блока 15 умножения через блок умножения на масштабный множитель 23 поступает на вход второго ключевого элемента 24, который в данном случае коммутирует сигнал с выхода блока 23 на второй вход восьмого сумматора 20, где, суммируясь с выходным сигналом сумматора 19, поступает на вход пятого сумматора 14, образуя при этом дополнительную обратную связь с выхода цепи подстрой-ки. Благодаря наличию интегратора и дополнительной обратной связи сигнал на выходе пятого сумматора 14 будет стремиться к нулю, откуда следует, что процесс подстройки является устойчивым при сколь угодно неблагоприятных сочетаниях параметров объекта с большим запаздыванием, что способствует повышению качества управления.Если в установившемся режиме регулируемая величина соответствует заданному значению, то сигнал на выходе помехоэащищенного дифференциатора 3 обнуляется, В этом случае командный сигнал с выхода релейного элемента 4 не поступает на управляющие входы ключевого элемента 24 и коммутатора 22. Последний прекращает комму10 1037209 ИИП аказ 6008 ираж 874 в одписно филиал ППП "Па 1 ент Ужгород, ул, Проектна тацию сигнала с выхода четвертогосумматора 17 на вторые входы шестого2 и седьмого 19,сумматоров и осуществляет коммутацию выходного сигналавторого сумматора 12 на первый входседьмого сумматора 19. Выходной сигнал сумматора 19 вновь поступает навход модели 1 объекта управления беззапаздывания и на первый вход восьмого сумматора 20, сигнал на второмвходе которого в данном случае отсутствует. В связи с чем входные сигналы пятого сумматора 14 равны междусобой, а выходной сигнал равен нулю.Сигнал с выхода модели 1 объекта управления без запаздывания будет иметьодинаковое значение с выходным сигналом объекта управления 16 и сигнал с выхода четвертого сумматора 17не будет поступать на второй вход девятого сумматора 21. При этом замыкание системы производится через сумматор 2 выходным сигналом объекта управления. 5 Преимущество предлагаемой системыавтоматического управления с модельюпо отношению к известной состоит втом, что при задающих воздействияхна интервале времени, равном запаздыванию, появляется возможность оптимально отрабатывать регулятором сигнал рассогласования через модель объекта управления независимо от запаздывания, изменяющегося в широком диа пазоне, и осуществлять подстройкууправляющего воздействия на объектпри изменении параметров объектадля достижения инвариантности к этимизменениям, обеспечивая учет влияния запаздывания и повышение эа счетэтого качество управления.