Система управления для объектов с запаздыванием

ЯО 1070506 А СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСЙУБЛИН 9 60 В 1302 ГОСУД АРСПО ДЕЛ ИОАН ОБРЕТЕНИ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ. Н АВТОРС вогокий ду аналого цифрового. преобразователя,к трем другим входам которого под- Реваключены соответственно выходи эталонных моделей опережающего и инерционного участков объекта и самого фу 3объекта, выход сумматора соединен с (входом эталонной модели опережающего участка объекта, входные кодовыешины блока отношений соединены с (выходами аналого-цифрового преобра- аэователя, а его две группы выходных ффффкодовых шин подключены к двум группам входных шйн блока анализа и соответственно через первые регистри дешифратор отношений, вторыерегистр ч дешиФратор отношений в ,кдвум группам параметрических входовблока оптимизации, выходы задатчикадопустимых отношений соединены стретьей группой кодовых шин блокаанализа, управляющие выходы которого подключены ко входам приоритетаблока оптимизации. ржаеегуопВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Белорусский ордена Трудо Красного Знамени политехничес институт(56) 1. Патент Великобритании М 1361211, кл. 6 3 М ,опублик, 19742, Патент Великобритании Р 1436758, кл, 6 3 М,опублик.1976.3. Авторское свидетельство СССР Р 648947, кл. С, 05 В 13/02, 1977 (прототип ).4. Устройства преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления, Т.ЗГосударственная система промышленных приборов и средств автоматизации. М., ЦНИИ ТЭИприборостроения, 1979. 5. Хутский Г.И., Кулаков Г.Т.и др, О воэможности оптимальногорегулирования температуры перегретого пара котлоагрегата. "Теплоэнергетика", 1967, 9 12, с.23-27,рис. 2.6. Авторское свидетельство СССР9 445041, кл. 6 05 В,(54)(57) СИСТЕМЛ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯОБЬЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ, содещая последовательно соединеннызадатчик, элемент сравнения, рлятор, сумматор, подключенныйвыходом к входу объекта, состоящегоиз последовательно соединенных опережающего и инерционного участковобъекта элемент запаздывания, выход которого подключен к входу первой неполной модели объкта, вторуюнеполную модель объекта, выход которой подключен к второму инверсномувходу элемента сравнения, и блок тимизации, соединенный первым выходом с вторым входом регулятора, а вторым выходом - с входами первой и второй неполных моделей объекта, отличающаяся тем, что, с целью повьадения надежности и быстродействия, она снабжена последо. вательно соединенными эталонными моделями опережающего и инерционного участков объекта, аналого-циФровым преобразователем,. блоком отношений, первым и вторым регистрами отношений, первым и вторым дешифраторами отношений, блоком анализа и задатчиком допустимых отношений, причем выходы объекта и первой неполной модели объекта соединены соответст- Р венно с третьим инверсным и четвертым суммирующим входами элемента сравнения, выход опережающего участка объекта подключен к входам второй С неполной модели объекта и элемента запаздывания, а также к первому вхо-1070506 венных технологических процессов,в частности, теплоэнергетических,Снижение надежности и усложнениесвязано с раздельной подстройкоймоделей и регулятора.Кроме того, в основу подстройкимоделей и оптимизации параметроврегулятора положен поисковый алгоритм, что приводит к значительномуусложнению системы за счет использования сложных средств вычислительной техники и потерям временина поиск.Цель изобретения - повышениенадежности н быстродействия,Поставленная цель достигается,тем,что система управления дляобъекта с запаздыванием, содержащая последовательно соединенные задатчик, элемент сравнения, регуля-тор сумматор, подключенный выходом к входу объекта, состоящегоиз последовательно соединенных опережающего и инерционного участковобъекта, элемент запаздывания, выходкоторого подключен к входу первойнеполной модели объекта, вторуюнеполную модель объекта, выход которой подключен к второму инверсномувходу элемента сравнения, и блокоптимизации, соединенный первымвыходом с вторым входом регулятора,а вторым выходом - с входами первойи второй неполных моделей объекта,снабжена последовательно соединеннымиэталонными моделями опережающего иинерционного участков объекта, аналого-циФровым преобразователем, блоком отношений, первым и вторым регистрами отношений, первым и вторым дешифраторами отношений, блокоманализа и задатчиком допустимыхотношений, причем выходы объектаи первой неполной модели объектасоединены соответственно с третьиминверсным и четвертым суммирующимвходами элемента сравнения, выходопережающего участка объекта подключен к входам второй неполноймодели объекта и элемента запаздывания, а также к первому входу аналого-циФрового преобразователя, ктрем другим входам которого подключены соответственно выходы эталонных моделей опережающего и инерционного участков объекта и самого объекта, выход сумматора соединен свходом эталонной модели опережающего участка объекта, входные кодовые шины блока отношений соединеныс выходами аналого-цифрового преобразователя, а его две группы выходных кодовых шин псдключены .к двумгруппам входных шин блока анализаи соответственно через первые регистр и дешифратор отношений, вторые регистр и дешифратор отношений - к двум группам параметричесИзобретение относится к автоматике и может быть использовано дляавтоматизации теплоэнергетическихпроцессов, электростанций, в частности, широко распространенных объектов, имеющих опережающий и инерционный участки регулирования с неизменяющимся или известным запаздываниями.Известна система управления дляобъектов с запаздыванием, в которую 10кроме основного контура регулирования для упреждения запаздывания введен второй контур, содержащий модельобъекта управления без запаздыванияи элемент запаздывания 13.15Работа таких систем основана наточном знании модели объекта беззапаздывания и времени запаздывания,Изменение параметров объекта во времени приводит в такой системе к ухуд- Ошению качества регулирования или кнеустойчивой работе системы.Известна также система управления, адаптивная к изменениям параметров объекта, содержащая последовательно,соединенные первую модельобъекта, первый блок сравнения,блок подстройки, .блок оптимизации,регулятор и сумматор, выход которогочерез объект управления соединен свторым входом первого блока сравнения и через элемент запаздыванияс входом первой модели, выход которой соединен с вторым входом блокаоптимизации, а выход второго блокауправления соединен с вторым входом 35регулятора и третьим входом блокаоптимизации, выход блока подстройки соединен с вторым входом первоймодели объекта Г 23.Данная система имеет недостаточное 4 Обыстродействие и устойчивость.Наиболее близкой к предлагаемойявляется система управления, содержащая последовательно соединенныезадатчик, элемент сравнения, регулятор, сумматор, выходом подключенный,к входу объекта, состоящего из последовательно соединенных опережающего и инерционного участков объекта,элемент запаздывания, выход которогоподключен к входу первой неполноймодели объекта, вторую неполную модель объекта, выход которой подключен к второму инверсному входу эле.мента сравнения, и блок оптимизации ГЗ 3.,Однако отсутствие отрицательнойобратной связи с выхода объекта исвязи, компенсирующей инерционность,с выхода первой модели объекта непосредственно на вход регуляторачерез первый блок сравнения приводит к снижению надежности работысистемы, усложнению блока оптимизации и делает такую систему неприемлемой при автоматизации ответстких входов блока оптимизации, выходызадатчика допустимых отношений соЕдинены с третьей группой кодовыхшин блока анализа, управляющие выходы которого подключены к входам при.оритета блока оптимизации.На фиг, 1 изображена структурнаясхема системы; на Фиг. 2 - блок-схе-.ма возможной реализации одного канала блока оптимизации,Система содержит задатчик 1, элемент 2 сравнения, регулятор 3, сумматор 4, объект 5, состоящий иэ опережающего 6 и инерционного 7 участков элемент 8 запаздывания, первуюи вторую неполные модели объекта9 и 10, блок 11 оптимизации, эталонные модели, опережающего и инерционного участков объекта 12 и 13,аналого-цифровой преобразователь 14,блок 15 отношений, первый 16 и второй 17 регистры отношений, первый 18и второй 19 дешифраторы отношений,блок 20 анализа и задатчик 21 допустимых отношений.Канал блока оптимизации содержитК триггеров 22, реле 23, элементов 2совпадения и набор резисторов регулятора Нею 8 йкРегулятор 3, реализукщий, в частности, ПИ-закон управления, можетбыть выполнен, например как блокрегулирования Р 21 ГСП "Каскад" Г 4 3.Блок 11 оптимизации предназначендля установки оптимальных значенийкоэффициентов усиления регулятора 3,а также первой и второй неполныхмоделей 9 и 10 объекта. Один изканалов блока 11 оптимизации можетбыть выполнен, например, согласно153 как показано на фиг. 2 ), Блок20 может быть выполнен, например,как двоичное сравнивакщее устройство на базе микросхем К 155 серии,которое для упрощения и повышениянадежности включает схемы .попарногосовпадения разрядов двух двоичныхчисел А и В и схемы анализа неравенств разрядов для выражения А ) Ви В )Ъ 63. Текущие отношения сигналов, поступающих на входы блока 20анализа с выходов блока 15, прини -маются, например, за числа й, тогдадопустимые отношения - за числа В,При этом на двух управлякщих выходахблока 20 анализа формируются дваразрешающих сигнала при выполнениинеравенствдмин ф. р гфин инин50 где К а" и ь - соответственининно коэффициент усиления,.приведенная передаточная функция и времязапаздывания инерционного участка7 объекта 5,55 . Передаточная функция 9/щ длятеплоэнергетических объектов имеетобычно вид апериодического звенапервого порядка с небольшой постоявной времени То и коэффициентом 60 усиления КОПИПередаточная Функция ф" имеетвид одного, двух или трех последовательно соединенных апериодическихзвеньев первого порядка в зависимости от аппроксимации созначи В "мокс((2,- гКоторые уст ан авли вают ограничения: на минимальное и максимальное значения соответственно коэффициентов усиления регулятора 3 и моделей 9 и 10. Это связано с тем, что количество переключательныл Функций о 1 и , с выходов первого 18и второго 19 дешифраторов в общемслучае больше, чем число дискретов в наборах резисторов блока 115 оптимизации, так как рабочие диапазоны коэффициентов усиления регулятора 3 и моделей 9 и 10 ограничены.На фиг. 1 .введены следующие10 обозначения: Е - внутренние возмущения, действующие на систему,Хр - регулирующее воздействие;х и х - промежуточная и основнаярегулируемые величины, х сигнал 15 основной обРатной связи,Коси "оссигналы компенсации инерционностии упреждения запаздывания соответственно.В основу построения системы управления для Объектов с запаздыванием положен принцип упреждениязапаздывания и компенсации инерционности при изменении задания и внутренних возмущений путем оптимизации5 динамических параметров регулято ра и двух неполных моделей объектасоответственно в контурах упреждения и компенсации методом непрерывного сравнения сигналов опережающего и инерционного участковобъекта с соответствующими сигналамиэталонных моделей и путем нахождения их отношений и получения наборапереключательных функций для управления динамической настройкой параЗ 5 метров регулятора н двух неполныхмоделей объекта.При этом передаточная функцияобъекта Фоэ определяется выражением%а ж4где%О=В (р 1 и %,ц =Ф,р 1- соответственно передаточнйе функции опережающего 6 и инерционного 7 участков объекта 5.45 Передаточную Функцию Ж можнопредставить в виде15 отнесены к изменению коэффициентов усиления участков 6 и 7, отношения (13) и (14) можно представить вЭТнг ин) инВыражения (12), (15-17 показывают, что КР изменяется обратно пропорционально д"., и оптимизируется при (О изменении опережающего(участка б, а= К изменяются прямо пропорционально д и оптимизируются при изменении инерционного участка 7 объекта 5.Коэффициент усиления регулятора 3 (4) и моделей 9 и 10 иаменяется с помощью резисторов обратной связи усилителей. Поэтому отношениям Р и д с учетом принятого числа переключательных функций К из и соответствующих упомянутые выше наборы резисторов Рр, и РмСистема управления . ( Фиг. 1 работает следующим образом. 25В установившемся режиме регулируемая величина находится в пределах допустимой зоны регулирования 1 д. В первом и втором регистрах 16 и 17 отношений находятся коды, соответствующие выражениям (13) и (14), которые расшифровываются первым и вторым дешифратором 18 и 19 отно-. шений, переключающие выходы которых устанавливают через блок 11 оптимальные параметры динамических настроек регулятора 3 и обеих неполных моделей 9 и 10.При изменении задания на выходе элемента 2 сравнения появляется сигнал ошибки, который отрабатывается регулятором 3. Отработка рассогласования производится через опережающий участок б объекта 5 и вторую неполную модель 10 объекта. Инер ционная часть 7 объекта 5 при этом 45 не влияет на устойчивость системы, так как выходной сигнал системы )=х компенсируется сигналом сосвыхода первой неполной модели 9 объекта кос . При этом выполняетсяпрежнее условие оптимальной настройки, и оптимизация не производится.При изменении отношения (13), которое может произойти из-за изменения опережающего участка б объекта 5 или при внутренних возмущениях Г, . В этом случае через аналого-цифровой преобразователь 14и блок 15 отношений изменяется кодпервого регистра 16 отношений, который переключает первый дешифратор 18в новое состояние. Блок 20 проверяеткод отношения согласно (1) и через.блок 11 оптимизации изменяет коэффициент усиления регулятора 3,Во втором случае при изменении( 14) аналогичным образом изменяетсякод во втором регистре 17 отношенийи через второй дешифратор 19 с помощью блока 20 анализа через блок11 оптимизации осуществляет установку новых значений коэффициентовпервой и второй неполных моделей9 и 10 объекта.В тре;ьем случае, когда изменяются одновременно отношения (13) и(14) производится оптимизация каккоэффициента усиления регулятора 3,так и обеих моделей 9 и 10.Таким образом, применение в системе эталонных моделей опережающего.и инерционного участков объекта;аналого-цифрового преобразователя,блока отношений двух регистров идешифраторов отношений, блока .анализаи задатчика допустимых отношений,связанных между собой и с известными блоками определенным образом, атакже введение более надежных связей позволяет повысить надежностьсистемы, а применение беспоискового алгоритма - ее быстродействие.Беспоисковая адаптивная настройкасистемы управления позволит получить зкономический эффект порядка15 тыс.руб. при реализации одногоконтура управления. Экономическийэффект для энергоблока составитоколо 60 тыс.руб. в год.