Автоматический регулятор

СОЮЗ СОВЕТСНИХСа,НИВВИИИ ОИИИРЕСПУБЛИК аю аи уф% С 05 В 11/16 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ л ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.Н АВТОРОНОНУ ОВИВВТВРЬОТВУ(71) Ленинградский ордена Ленинаэлектротехнический институтим. В.И, Ульянова (Ленина)(56) 1, Олейников В.А., Зотов Н.С.и Пришвин А.М. Основы оптимальногои экстремального управления, М"Высшая школа", 1969, с. 296.2, Клюев А.С. и Колесников А.А,Оптимизация автоматических системуправления по быстродействию, М.,Энергоиздат, 1982, с, 240 (прототип).(54) (57) АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР,содержащий задатчик, последовательно соединенные измеритель выходнойкоординаты, первый и второй элементы сравнения, линейный усилитель,релейный усилитель, исполнительныймеханизм и реальное дифференцирующеезвено, выход задатчика подключен квторому входу первого элемента сравнения, вход и выход объекта регулирования соответственно связаны с выходом исполнительного механизма ивходом измерителя выходной координаты, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повьппения быстродействиясистемы регулирования при отработкевнешнего задания, он содержит первыйключ, последовательно соединенныепервый динамический преобразовательи второй ключ, последовательно соединенные первый вентиль, второйдинамический преобразователь и третиГключ, последовательно соединенныевторой вентиль, четвертый ключ и третий элемент сравнения, подключенныйвторьйч входом к выходу третьего клю-ча, а выходом - к управляющему входу второго ключа, выход первого элемен" ЦРта сравнения соединен с входом второго вентиля и с управляющими входами первого, третьего и четвертого Яключей, выходы первого и второго ключей соединены соответственно с вторыми третьим входами второго элементасравнения, выход релейного усилителяподключен к входам первого вентиляи первого динамического преобразователя, 11 20282Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано при автоматизации тепловых процессов химических и металлургических производств,Известны устройства для автоматического регулирования, содержащие последовательно соединенные первый ивторой элементы сравнения, релейныйусилитель, исполнительный механизм,к выходу измерителя выходной коордиО 20 наты подключены последовательно со - единенные линейный усилитель и дифференциатор, выход которого подсоединен15 к второму входу второго элемента сран. нения, выход измерителя выходной координаты подключен к второму входу первого элемента сравнения, к первому входу которого подключен задатчик выходной координаты 1 .Недостатком таких устройств является значительное перерегулирование и недостаточное быстродействие при ступенчатом изменении задающего воздействий.Наиболее близким к предлагаемому является оптимальный релейный антома - тический регулятор, содержащий после довательно соединенные первый и нто 30 рой элементы сравнения, линейный усилитель, релейньп усилитель, исполнительный механизм, к выходу которого подключены параллельно соединенные реальное дифференцирующее звено и нелинейньп функциональный лреобразо 35 ватель, своими выходами связанные с входами сумматора, выход которого соединен с вторым входом второго элемента сравнения,задатчик и измеритель выходной координаты соединены с пер ным и вторым входами первого элемента сравнения 2.Недостатком известного регулятора является малое быстродействие при ступенчатом изменении задания на входе системы, так как с помощью нелинейного функционального преобразователя можно получить только одно оптимальное переключение управляющего воздействия. 5011 ель изобретения - повышение быст родействия системы регулирования при отработке внешнего задания.Поставленная цель достигается тем, что автоматический регулятор, 55 содержащий гсзадатчик, последовательно соединенные измеритель выходной координаты, первый и второй элементы сравнения, линейный усилитель, релейный усилитель, исполнительный механизм и реальное дифференцируюшеезвено, выход задатчика подключен квторому входу первого элемента сравнения, вход и выход объекта регулирования соответственно связаны с выходом исполнительного механизма ивходом измерителя выходкой координаты, дополнительно содержит первыйключ, последовательно соединенныепервый динамический преобразовательи второй ключ, последовательно соединенные первый вентиль, второй динамический преобразователь и третий ключ,последовательно соединенные второйвентиль, чстнертый ключ и третий элемент сравнения, подключенный вторымвходом к выходу третьего ключа, аньгходом гс управляющему Входу Второго ключа, выход первого элементасравнения соединен с входом второговентиля и с управ,пяющими входами пер . -вого третьего и четвертого ключей,выходы первого и второго ключей соединены соответственно с вторым итретьим входами второго элементасравнения, выход релейного усилителяподключен к входам первого вентиляи первого динамического преобразователя,Объект управления состоит из последовательно соединенных инерционных звеньев. Принцип регулирования заключается и следующем; при быстром изменении задающего воздействия и при больших значениях ошибкиЕ1(8 значение ошибки в системе, при котором происходит переключение управляющего воздействия и определяется в основном областью нормальных режимов регулятора и характером возмущающих воздействий на систему, регулятор в режиме постоянной скорости на знакопостоянных интервалах управляющего воздействия осуществляет квазиоптимальный по быстродействию переходный процесс, когда значение ошибки Е) и7 регулятор в скользящем режиме отрабатывает и удерживает значение ошибки в системе регулирования равное нулю. Для строго оптимального по быстродействию управления в линейной системе и-го порядка необходимо осушествить и интервалов знакопостоянного управления. Однако для линейных систе 7 до четвертого порядка, состоящего из инерционных звеньев и одно1120282 Первый ключ 8 Второй ключ 9 2, = 1, р О2, =О, Р(е)со2 я = 1 61 Ъ2 - О 1 ЦЪ го интегратора, вполне достаточно двух, трех интервалов знакопостоянного упранления, н течение которых значение ошибки и системе регулирования уменьшается до 1-22 от первоначального значенияНа фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого регулятора; на фиг,2 временные диаграммы сигналов в различных точках системы регулирования; 1 О на фиг. 3 - одна из возможных схем реализации динамического преобразователя; на фиг. 4 - схема включения первого-четвертого ключей.Регулятор (фиг. 1) содержит первый 1 и второй 2 элементы сравнения, линейный усилитель 3, релейный усилитель 4, исполнительный механизм 5, объект 6 управления, реальное дифференцирующее звено 7, первый ключ 8, второй ключ 9, третий ключ 10, четвертый ключ 11, первый вентиль 12, второй вентиль 13, первый динамический преобразователь 14, второй динамический преобразователь 15, третий 25 элемент 16 сравнения и задатчик 17,На фиг. 1 и 2 приняты, кроме того, следующие обозначения: Е(1) - сигнал ошибки 01 (С) - сигнал переключающейЯ30 функции; х - выходная координата;уЭ(Р) - сигнал с выхода первого ди- Гнамического преобразователя; УП (С) - сигнал с выхода второго динамического преобразователя; хд - задающее воздействие; О - сигнал с выхода35 третьего элемента сравнения. Первый и второй динамические преобразователи 14 и 15 представляютсобой пассивные КС-цепочки (на фиг.3 40одна из возможных схем реализации),характеристики которых подобраны таким образом, что при подаче на входКС-цепочки ступенчатого сигнала свыхода релейного усилителя, с выхода 2 С-цепочки снимаем сигналы, воспроизводящие функции уи УН (г).Данные функции находят йз следующихсоображений. Запишем управляющуюфункцию 11(с) на входе линейного 50усилителя 3 для случая, когда 6 ЬГ 1(е) Е(е) Ун 1 с)В оптимальный момент временикогда и управлении должна произойти 55смена знака управляющего воздействия1(С), значение управляющей функциич(е 1) = О; Е= уп,(с) 4Если рассчитать для каждого ступенчатого возмущения или задания х 1 д свое время оптимального переключенияи значение ошибки с (.) и этот момент времени, то мы сможем получить искомую функцию у 0,(С), перейдя к непрерывному времени4Аналогично находится функция у (1.) для второго оптимального момента переключения С, Управляющая функция (й) на выходе третьего элемента сравнения будет равна Н (с) = с (г.) - У(г.),ГГерный и второй, третий и четвертый ключи 8-11, представляют собой нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты реле, которые управляются сигналом ошибки Е и сигналом с третьего элемента сравнения р. На фиг. 4 показана одна из возможных схем включения контактов ключей.Алгоритм работы ключей следующий, Обозначим коэффициенты передачи ключей через 2;, где д - номер ключа. Третий и четвертый 2= 24 = 1,Е)Ъ ключи 1 О и 11 2= 21= 0,)СЪ, Величина Ъ занисит от области нор мальных режимов работы регулятора,Первый и второй вентили 12 и 13 служат для получения сигналов одной полярности на первом и втором входах третьего элемента сравнения и представляют собой диодные мостики,Регулятор работает следующим образом.При подаче на вход системы ступен-, чатого воздействия х о, в системе возникает ошибка рассогласования Е (допустимЪ ). Положение ключей следующее: коэффициенты передач первого, третьего, четвертого ключей 2 = 2 = 2 = 1 коэффициент передачи1 3 Ф фвторого ключа 2 = О. Под действием сигнала рассогласования на входе линейного усилителя 3, на выходе релейного усилителя 4 появляется управ ляющее напряжение и исполнительный механизм 5 начинает свое движение н сторону уменьшения рассогласования, Одновременно сигнал с выхода релейного усилителя 4 поступает на входыдинамических преобразователей. В ре- зультате этого на выходе динамических преобразователей и соответственно на выходе первого 8 и третьего 10 кЛючей появятся сигналы ур , у (с) (фиг. 2), определяемые передаточными функциями КС-цепочек. Точность аппроксимации данных функций КС-цепочками составляет 1-2 .Если для квазиоптимального управления достаточно получить только два интервала знаконостоянного управления (когда объект управления вместе с исполнительным механизмом описывается дифференциальным уравнением вто рого порядка, или в конце второго интервала управления Е (с) с Ь , то коэффициент передачи второго динамического преобразователя равен нулю, При трехинтервальном управлении ко эффициенты передач первого и второго динамических преобразователей отличны от нуля.В момент времени(фиг. 2), коган сигнал ошибки К (Й и сигнал25 у .) с выхода первого динамическога преобразователя станут равными, произойдет переброс релейного усилителя, следовательно изменится управляющее воздействие и начнется второй ЗО интервал управления, так как прис Т с(е) = Е - у (срЗта следует из того, что инерцион- Зность динамического преобразователяне меньше, чем инерционность объектауправления,В момент времени у сигнал ошибкиЯи сигнал ур ( ) с выхода о4второго динамического преобразователя 15 станут равными сработает первый ключ 8 и коэффициент передачисТанет равным Е 1 = О. Начнется третий интервал управления, так как присе с с, р с О; у,(Е) - О;Р = Ь)О,Когда сигнал ошибки с станет меньше Ь , произойдет переброс второго четвертого ключей и коэффициенты передач этих ключей станут равными Е= 1, Е= Е,1=- О. На второй элемент 2 сравнения поступает только сигнал с реального дифференцирующега звена 7 параметры которого определяются из условия устойчивости минимального отклонения ошибки системы с, в режиме стабилизации. Переходный процесс отработки задающего воздействия закончен,Если при подаче на вход системы регулирования ступенчатого воэдейгствия хд в системе возникает ошибка рассогласования ЯЬ, то регу" лятор работает следующим образом; передаточные функции первого, третьего и четвертого ключей Е = Е = Е иа ( второго ключа Е,Е = 1, На вход второго элемента 2 сравнения вместе с сиг налом ошибки Я (й) поступает сигнал с реального дифференцирующего звена 7. Таким образом, в скользящем режиме регулятор обеспечивает устойчивый переходной процесс при атработ ке заданного воздействия.В случае необходимости, на первом интервале управления можно изменять величину задающего воздействия, не дожидаясь когда система отработает предыдущее значение, в этом случае переходный процесс также будет квазиоптимальным по быстродействию,При других возмущениях система устойчива в работе и обеспечивает близкие к оптимальным переходные процессы.Таким образом, предлагаемое изобретение при больших значениях задания или возмущающего воздействия реализует квазиоптимальное по быстродействию трехинтервальное управление, что по сравнению с известным регулятором увеличивает быстродействие системы и отличается простатой вводимых блоков па сравнению с известным нелинейным функциональным преобразователем, 11202821120282 РФ 8, 4 Составитель В.КузРедактор Г. Волкова Техред С,Легеза Тяск Коррек аказ 7739/3 В