Адаптивный регулятор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4(я) С 05 В 13/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ЕЛЬС Н АВТОРСКОМ о о СС78.СССР схем ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Сибирский ордена ТрудовогоКрасного Знамени металлургическийинститут им. С. Орджоникидзе,Центральное проектно-конструкторскбюро по системам автоматизациипроизводства и Научно-производственое объединение по системам автоматизированного управления(54)(57) АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий экстраполятор, блок задержки, последовательно включенныепервый блок сравнения, первыйфильтр низкой частоты, первый пропорционально"интегральный блок,второй блок сравнения, первую модель объекта беэ запаздывания ипервый сумматор, выход которогосоединен с первым входом первого . ЯО, 1149215 А блока сравнения, выход экстраполятора подключен к выходу регулятораи через блок задержки к второму входу второго блока сравнения, первыйвход регулятора соединен с вторымвходом первого сумматора, второйвход - с вторым входом первого блока сравнения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью поввипенияточности регулирования, в него введены второй сумматор, вторая итретья модели объекта без запазды-.вания, первый и второй эадатчики,последовательно включенные третийсумматор, второй фильтр низкой частоты, второй пропорционально-интегральный блок, третий блок сравнения, первый интегратор, первыйблок определения модуля, четвертыйблок .сравнения и первый ключ, после"довательно включенные четвертый сумматор, третий фильтр низкой частоты,третий пропорционально-интегральныйблок, пятый блок сравнения, второйинтегратор, второй блок определениямодуля, шестой блок сравнения и второй ключ, причем первый вход второгосумматора соединен с выходом первогопропорционально-интегрального блока,второй вход " с выходом первого юпоча, третий вход - с выходом второгоключа, а выход - с входом экстра"полятора, выход первого блока сравнения подключен к первому входутретьего сумматора, выход которогосоединен с первым входом четвертогосумматора, выход второго пропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом первого ключа ичерез вторую модель объекта. беззапаздывания с вторым входом третьего сумматора, выход третьегопропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом второго ключа и через третью модельобъекта без запаздывания с вторьквходом четвертого сумматора, выходы 11492 15первого и второго интеграторов подключены к вторым входам соответственно третьего и пятого блоков сравнения, выходы первого и второго задатчиков подключены к вторым входам соответственно четвертого и шестого блоков сравнения.Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для построения систем управления техническими ооъектами, содержащими значительные запаздывания и подверженных влиянию неконтролируемых возмущений с нестационарными свойствамиеПредполагается, что динамика объекта по каналам регулирования описывается передаточной функцией лИ(р) =- - еМ ргде Ь(р) и М(р) " полиномы от р,причем полином М(р) выше первогопорядка, а степень полинома Е(р)не превышает степень полинома М(р),с - время запаздывания.Задача управления заключаетсяв обеспечении инвариантности регулируемой координаты от внешних воздействий. 25Известен регулятор для объектовс запаздыванием, содержащий последовательно включенные первый блоксравнения, фильтр низкой частоты,обратную модель объекта без запаздывания, второй блок сравнения,экстраполятор и блок задержки, выходкоторого подключен к второму входувторого блока сравнения Ц .Недостаток этого регулятора35заключается в низкой точности регулирования, обусловленной наличиемобратной модели объекта без запаздывания.Наиболее близким к предлагаемому 40является регулятор, содержащий последовательно включенные первый блоксравнения, фильтр низкой частоты,пропорционально"интегральный блок, экстраполятор, блок задержки, второй блок сравнения, модель объекта без запаздывания и сумматор, выход которого подключен к первому входу первого блока сравнения, выход пропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом второго блока сравнения, первый вход регу" лятора соединен с вторым входом сумматора, второй вход - с вторым входом первого блока сравнения, выход экстраполятора подключен к выходу регулятора.При работе этого регулятора с помощью. модели объекта беэ запаздывания, пропорционально-интегрального блока, сумматора, фильтра низкой частоты, первого и второго блоков сравнения производится неявное обращение модели объекта и определяется с запаздыванием оценка идеального управления. Эта оценка экстра- полируется на интервал времени эапаздьвания, в результате чего получается управление на текущий момент времени 2.Недостаток известного регулятора низкая точность регулирования из-за ошибок запаздывающего оценивания идеального управления, Более точные оценки идеального управления при неявном обращении модели объекта можно получить путем увеличения коэффициента усиления пропорциональ" но-интегрального блока. Однако для моделей объектов второго порядка, включая порядок дополнительного фильтра, большое увеличение коэффициента усиления регулятора ведет к возможной неустойчивости замкнутого контура.Бель изобретения - повышение точности регулирования.Поставленная цепь достигается тем, что в регулятор, содержапдй экстраполятор, блок задержки, последовательно включенные первый блок сравнения первый фильтр низкой частоты, первый пропорционально- интегральный блок, второй блок сравнения, первую модель объекта без запаздывания и первый сумматор,вы" ход которого соединен с первым входом первого блока сравнения выход зкстраполятора подключен к выходу регулятора и через блок задержки к второму входу второго блока сравнения, введены второй сумматор, вторая и третья модели объекта без запаздывания, первый и второй задатчики, последовательно включенные третий сумматор, второй фильтр низкой частоты, второй пропорционально-интегральный блок, третий блок сравнения, первый интегратор, первый блок определения модуля, четвертый блок сравнения и первый ключ, последовательно включенные четвертый сумматор, третий фильтр низкой частоты, третий пропорционально-интегральный блок, пятый блок сравнения, второй интегратор, второй блок определения модуля, шестой блок сравнения и второй ключ, причем первый вход второго сумматора соединен с выходом первого пропОрционально-интегрального блока, второй вход - с выходом первого ключа, третий вход - с выходом второго ключа, а выход - с входом экстраполятора, выход первого блока сравнения подключен к первому входу. третьего сумматора, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, выход второго пропорционально- интегрального блока соединен с вторым входом первого ключа и через вторую модель объекта без запазды" вания с вторым входом третьего сум матора, выход третьего пропорционально"интегрального блока соединен с вторым входом второго ключа и че. рез третью модель объекта без запаздывания с вторым входом четвертого сумматора выходы первого и второго интеграторов подключены к вторым входам соответственного третьего и пятого блоков сравнения, выходы первого и второго задатчиков подключены к вторым входам соот"ветственно четвертого и шестогоблоков сравнения.Точность регулирования в предлагаемом регуляторе повышается засчет того, что вводятся корректировки оценки идеального управления. взависимости от невязки заданногои модельного значений выходной пере" 10 менной объекта управления. Причемназванные корректировки вводятсяв том случае, когда их сглаженныезначения превышают заданную величину5 Ба чертеже приведена блок-схемаадаптивного регулятора.Адаптивный регулятор содержитпервый сумматор 1, первую модель 2объекта без запаздывания второй 20 блок 3 сравнения, блок 4 задержки,первый блок 5 сравнения, первыйФильтр б низкой частоты, первыйпропорционально"интегральный блок 7,второй сумматор 8, экстраполятор 9, 25 третий сумматор 10, вторую модель 11объекта без запаздывания, первый,задатчик 12, второй фильтр 13 низкои частоты, второй пропорциональноинтегральный блок 14, третий блок 15 зо сравнения, первый интегратор 16,первый блок 17 определения модуля,четвертый блок 18 сравнения, первыйключ 19, четвертый сумматор 20третью модель 21 объекта без запаздывания, второй задатчик 22, третийфильтр 23 низкой частоты, третийпропорционально"интегральный блок24, пятый блок 25 сравнения, второйинтегратор 26, второй блок 27 опре-деления модуля, шестой баок 28сравнения и второй ключ 29.При этом на схеме обозначенывыходной сигнал у(й) объекта управления (регулируемая координата), 45 заданный сигнал уС) (задание нарегулируемую координату), управляющий сигнал Н(й)Иоцели 2, 11 и 21 объекта без запаздывания представлены, например,в виде последовательно соединенныхинерционных звеньев 31. СхемаФильтров б, 13 и 23 низкой частоты.,содержит ограничитель сигнала иийтегратор, охваченные отрицательной обратной связью, и блоки адаптации зоны ограничения и постоянной интегрирования Я . Нропорционально-интегральные (ПИ) блоки7, 14 и 24 содержат масштабирующий блок и интегратор, подключенные выходами к суиматору, выход которого является выходом ПИ блока, вход ПИ блока подключен к входу интегра" 5 тора и масштабирующего блока. Зкстраполятор 9 представлен реальным форсирующим звеном, а ключи 19 и 29 являются замыкающими ключами 3, Схема блоков 17 и 27 определения модуля дана вАдаптивный регулятор работает следующим образом.В первом сумматоре 1 выходной сигнал объекта управления алгебраи" чески суммируется с выходным сигналои первой модели 2 объекта без запаздывания, в результате получается выходной сигнал у(С) первого ио" дельного контура регулирования. Сиг нал упоступает на первый блок 5 сравнения, где из него вычитается зацанный сигнал у . Полученный сигнал идет на первый фильтр 6 низкой частоты, в которои срезаются отдельные большие выбросы и подавляется высокочастотная составляющая сигнала, что повышает точность его дальнейшего преобразования. С выхода первого фильтра б низкой частоты 30 сигнал поступает на первый пропорционально-интегральный блок 7 (ПИ- регулятор первого модельного контура), на выходе которого получается управляющий сигнал Ч(с-Л перного модельного контура. Сигнал Ч (с-ь) является оценкой идеального управления на момент времени (е-о), т.етакого управления, которое надо реализовать для того, 40 чтобы получить равенство у(1)=.у, Настройки ПИ-регулятора первого модельного контура выбираются по известным иетодикам 51 из условия обеспечения устойчивости этого кон тура, что налагает ограничения на величину коэффициента усиления ПИ-регулятора, Это в свою очередь ведет к увеличению ошибки отслежи" ванин сигналом у(г) сигнала у , БО% а следовательйо, к ошибкам в определении Ч"И-С), Для уменьшения ошибок в оценке Ч (-2) сигнал об отключении Г (С) = у(С) -, у (С) с выхода первого блока 5 сравнения у подается во второй модельный контур регулирования, содержащий третий сумматор 10, вторую модель 11 объекта без занавдывания, второй фильтр 13 низкой частоты и второй пропорционально-интегральный блок 14 (ПИ-регулятор второго модельного контура). Во втором иодельном контуре на выходе ПИ-регулятора получается корректировка 1 Ч (е) оценки Ч(С-) из условия равенства Е (е) нулю. Для этого в третьем сумматоре 10 алгебраически сумми.руются сигналы с выходов первого блока 5 сравнения и второй модели 11 объекта без запаздывания. Полученный сигнал поступает через второй фильтр 13 низкой частоты на вход второго пропорционально-интегрального блока 14, выходной сигнал 3 Ч(-2;) которого идет на вход второй модели 11 объекта без запаздывания.Корректировка 3 Ч (с- ) учитывается в том случае, когда модуль ее сглаженного значения превышает заданную величину. С этой целью выходной сигнал второго пропорционально- интегрального блока 14 сглаживается с помощью инерционного звена, реализованного на первом интеграторе 16, охваченном отрицательной обратной связью (третий блок 15 сравнения). Выходной сигнал первого интегратора, 16 поступает через первый блок 17 определения модуля на четвертый блок 18 сравнения, где из этого сигнала вычитается выходкой сигнал первого задатчика 12, С выхода четвертого блока 18 сравнения сигнал подается на первый управляю" щий вход первого ключа 19. Если сигнал имеет положительную величину, первый ключ 19 замыкается и выходной сигнал о Ч (-) второго пропорционально-интегрального блока 14 идет на второй вход второго сумматора 8.Так же, как и во втором модельном контуре, определяется корректировка 3 Ч (- ) в третьем модельном контуре, содержащем четвертый сумматор 20, третью модель 21 объекта без запаздывания, третий фильтр 23 низкой частоты и третий пропорционально-интегральный блок 25. Решение о необходимости учета корректировки 3 Ч (С-) принимается по такому же правилу, что и для. 3 Ч (й-). С этой целью введены пятый блок 25 сравнения, второй интегратор 26,второй блок 27 определения модуля, второй задатчик 22 и второй ключ 29.По аналогии можно построить и большее количество модельных контуров, Их число диктуется порядком 5 моделей каналов регулирования и тренда ошибок натурного регулирования у(1, " у(е), мощностью измерительных помех и требуемой точностью оценивании идеальных управлений. Настроечные параметры всех модельных контуров достаточно брать одинаковыми, что существенно упрощает наладку предлагаемого регулятора по сравнению со случаем, когда в модель ном контуре применяется более сложньй, чем рекомендуемый, ПИ-регулятор.Во втором сумматоре 8 алгебраи" чески суммируются сигналы Ч (С-.), 20 3 Ч (С-) и 3 Ч(й-,) и в результате получается сигнал Ч(й-) со скорректированной оценке идеального управления. Сигнал Ч(й-".) экстраполируется на интервал време ниэкстраполятором 9,выходной сигнап Ч(й) которого является. выходным сигналом регулятора. Сигнал Ч подается также через блок 4 задержки на второй зход второго блока 3 сравне ния, где вычитается из сигнала 215 8Ч(с-Г), пришедшего с выхода первого пропорционально-интегрального блока 7. Полученный сигнал о разности Ч(с-) - Ч(-) подается через первую модель 2 объекта без запаздывания на первый вход первого сумматора 1 и, таким образом, получается замкнутый первый контур модельного регулирования. Использование предлагаемого адаптивного регулятора по сравнению с известным позволяет повысить точность воспроизведения задания в результате более точного полученияоценок идеальных управлений, что достигается за счет структуры регулятора, содержащей несколько модельнь 3 х контуров регулирования . Натурно-модельные испытания системы управления тепловым и шлаковым ре" жимом доменной печи показали, что степень стабилизации химического чугуна и шлака повышается в среднем на 15-20 Е по сравнению с системой управления, в которой применялся известный регулятор. Такое повьппение степени стабилизации может дать экономический эффект порядка 300 тыс.руб. на доменную печь объемом 5000 м .