Способ и система адаптивного управления загрузкой дробилки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1504 В 02 С 250 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ нительного механизма питателя дробилки и вычисляют прогнозирующее значение тока нагрузки электропривода с по прогнозирующей модели, вычисляют дисперсию колебаний тока нагрузки электропривода и дисперсию колебаний выхода прогнозиру ющей модели, задающее воздействие регулятора нагрузки плавно изменяют от начального значения, равного текущему значению тока нагрузки, до установленного задания тока нагрузки и осуществляют изменение коэффициентов передачи прогнозирующей модели и регулятора нагрузки до установления равенства между вычисленными дисперсиями колебаний тока нагрузки электропринода и выхода прогнозирующей модели.2. Система адаптивного управления загрузкой дробилки, содержащая последовательно соединенные регулятор нагрузки, исполнительный механизм питателя дробилки, датчик тока электропривода дробилки, соединенный с первым входом первого элемента сравнения, последовательно соединенные датчик произнодительнос 1 и и экстремальный регулятор, выход которого соединен с первым входом блока селектнронання, а также первый фильтр, первый блок определения дисперсии, блок определения дисперсиипроизнодной и вычислительный блок,испол мощью отличаю тем, что,на упранле яся с целью повышения кния, она снабжена дания, блоком деления, втопределения дисперсии,ментом сравнения, перек ачес тчи ом положе рым блоко торым эле 1 чателем,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Одесский технологический институт пищевой промьппленности им. М,В.Ломоносова(56) Авторское свидетельство СССР В 527203, кл . В 02 С 25/00, 1971Авторское свидетельство СССР В 1189502, кл, В 02 С 25/00, 984. (54) СПОСОБ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЗАГРУЗКОЙ ДГОБИЛКИ И СИСТЕМА ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) 1. Способ адаптивного управления, загрузкой дробилки, вкночающий измерение тока нагрузки электро привода дробилки, ее производительности, стабилизацию тока нагрузки электропривода с помощью регулятора нагрузки путем изменения расхода материала н дробилку н зависимости от установленного задания и степени загрузки дробилки и экстремальное регулирование производительности дробилки с помощью экстремального регулятора путем изменения установленного задания при изменении расхода материала в дробилку, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения качества управления, до стабилизации тока нагрузки электропривода задающее воздействие регулятора нагрузки поддерживается равным текущему значению тока нагрузки электропринода, а после начала стабилизации тока нагрузки электропривода измеряют положение во 2 ыцы. д251952 г( с). ртггратором, последовательно соедин ннлпчи нторлгм фильтром и блокомпрелеления дисперсии, прогнозирующей моделью, состоящей из последовательно соединенных блока умножения, элемента сравнения, интегратора и блока запаздывания, и блокомформирования задающего воздействия,состоящим из последовательно соединенных элемента сравнения, переключателя и интегратора, причем вход датчика положения соединен с выходомисполнительного механизма питателядробилки, а выход датчика положениясоединен с первым входом блока умножения, который является первымвходом прогнозирующей модели, выходинтегратора, который является первымвыходом прогнозирующей модели, соединен с соответствующим входом элемента сравнения этой модели и вторым входом первого элемента сравнения, выход блока запаздывания, который является вторым выходом прогнозирующей модели, соединен с третьимвходом первого элемента сравнения ивходом второго фильтра, выход датчика тока соединен с входом первогофильтра, выход которого соединен свходом первого блока определениядисперсии и с входом блока определения производной дисперсии, выход которого подключен к первому входувычислительного блока, выход которого соединен с вторым входом блока сеИзобретение относится к областиизмельчения материалов и может бытьиспользовано в горнорудной, комбикормовой и других отраслях, на предприятиях с высоким уровнем автоматизации, 5работающих по принципу гибкой безлюдной технологии,Цель изобретения - повыпение качества управления.Дробилка, как объект управления,характеризуется значительной нестаиионарностью коэффициента передачи М = 31(дР) /дС = д 1(дР) /дС, ар яг.го как от вида псрерабатлнаемого сырья, танк и от рабочей нагрузки лектирования, выход блока селектирования подключен к первому входу элемента сравнения, который являетсяпервым входом блока формирования задающего воздействия, выход интегратора, который является выходомблока формирования задающего воздействия, соединен с вторым входом элемента сравнения этого блока и с четвертым входом первого элемента сравнения, выход которого соединен спервым входом блока деления и с одним из входов переключателя, который является вторым входом блокаформирования задающего воздействия,другой вход этого переключателя,который является третьим входомблока формирования задающего воздействия, подключен к первому входупереключателя, второй вход которогосоединен с выходом второго элемента сравнения, один из входов которого соединен с выходом второгоблока определения дисперсии, второйвход второго элемента сравнения соединен с выходом первого блока определения дисперсии и с вторым входомвычислительного блока, выход переключателя через интегратор соединен с вторым входом блока деления ис вторым входом блока умножения, который является вторым входом прогнозирующей модели, а выход блока деления подключен к входу регуляторанагрузки.(точки на конкретной статической характеристике).Основной особенностью динамики дробилки как объекта управления является наличие запаздывания в управлении, обусловленное конечной скоростью поступления сырья в дробилку и ее емкостью. Таким образом, для целей управления, дробилка достаточно хорошо описывается динамическим звеном первого порядка с запаздыванием, например, вида1 сд огде Т постоянная времени (мера инерционности);время запаздывания;вид перерабатываемого сырья (рецепт комбикорма);5 основание натурального логарифма;оператор Лапласа,45 Коэффициент передачи Ко изменяется в процессе работь 1 дробилки в диапазоне 1 - 10 А/3 х.р.о где 7 х,р,о. - степень открытия питателя (регулирующего органа), функционально связанная с производительностью величина. Время запаздывания с и инерционность Т также нестационарны, но их отношение/Т, меняется незначительно и нестационарностью дробилки по Т можно пренебречь.оЗаранее учесть изменение Ко при изменении вида перерабатываемого сырья и степени загрузки дробилки практически не представляется возможным. Например, в комбикормовой промьппленности это обусловлено широкой номенклатурой перерабатываемого сырья и смесей (рецептов комбикорма), причем существует устойчивая тенден-. ция к расширению этой номенклатуры, а также из-за значительных колебаний физико-механических свойств отдельных компонентов в составе рецепта комбикорма.35Основными особенностями эксплуатации дробилок на комбикормовых предприятиях являются частая смена видов (рецептов) перерабатываемого сырья и относительно малое время ф ее непрерывной работы под нагрузкой, Так, например, при работе дробилок в составе линии смесеприготовления (прогрессивная технология, реализуемая на модернизируемых и вновь строящихся комбикормовых заводах), на дробление поступают компоненты и смеси, входящие в рецепт, а при смене компонентов дробилка зачастую некоторое время работает на холостом 50 ходу.Рассмотренные особенности молотковой дробилки как объекта управления и особенности ее эксплуатации ограничивают воэможности использования 55 известных способов управления дробилкой в условиях безлюдной технологии современного высокоавтоматиэированного производства, Ограничения вызваны тем, что известные способы не обеспечивают автоматический вы вод дробилки с холостого хода на номинальную нагрузку и не обеспечивэет высокого качества стабилизации заданной нагрузки, при изменении коэффициента передачи К. Низкое качество стабилизации заданной нагрузки приводит к росту дисперсии колебаний регулируемого параметра Ун (Рн), что способствует возникновению аварийных ситуаций иэ-за превышения допустимых значений тока нагрузки электродвигателя и вынуждает снижать производительность дробилки.Согласно способу адаптивного управления загрузкой дробилки до включения автоматического режима управления задающее воздействие поддерживается равным текущему значению тока нагрузки электропривода, после включения автоматического режима управления, задающее воздействие плавно изменяется от начального значения, равного текущему значению тока нагрузки электропривода, к установленному значению заданного тока нагрузки, при этом определяется дисперсия колебаний тока нагрузки электропривода, дисперсия колебаний выхода прогнозирующей модели и разность этих дисперсий, коэффициент передачи прогнозирующей модели и регулятора нагрузки плавно изменяется до тех пор, пока разность дисперсий тока нагрузки и выхода прогноэирующей модели не станет равной нулю, равенство дисперсий колебаний тока нагрузки и выхода прогнозирующей модели поддерживается в процессе работы дробилки изменением коэффициентов передачи прогноэирующей модели и регулятора нагрузки.На чертеже приведена структурная схема системы.Система содержит регулятор 1 нагрузки, исполнительный механизм 2, питатель 3 дробилку 4, электропривод 5, датчик 6 тока, первый элемент 7 сравнения, датчик 8 производительности, экстремальный регулятор 9, блок 10 селектирования, вычислительный блок 11, блок 12 определения дисперсии, блок 13 определения дисперсии производной, фильтры 14 и 15,1251 блок 16 определения дисперсии, датчик 17 положения, прогноэирующую модель 18, блок 19 умножения, второй элемент 20 сравнения, интегратор 21, блок 22 запаздывания, блок 23деления, блок 24 формирования задающего воздействия, элемент 25 сравнения, переключатель 26, интегратор 27, элемент 28 сравнения, переключате:ь 29, интегратор 30.Для автоматического вывода дробилки с холостого хода на заданную нагрузку необходимо обеспечить плавное, без колебательности и превышений граничного значения нарастание тока нагрузки электропривода от тока холостого хода до номинального (заданного), Задача эта осложняется наличием запаздыванияв дробилке и нелинейностью ее статической характеристики - зависимостью коэффициента передачи К от степени загрузки дробилки. Запаздывание С, проявляется в том, что изменение управляющего воздействия 0 вызывает 10 20 изменение тока нагрузки 3 не сразу,а спустя определенное время запаздывания, т.е. приложенное в данный момент управления Ю через время сможет оказаться неадекватным процессом в системе. При эначеиияхК К(К - коэффициент передачирегулятора нагрузки) больше некоторого критического, качество управления ухудшается вплоть до потериустойчивости системы управления.Ситуация эта может иметь место 30 35 кону, постоянная времени экспоненты вследствии изменения К 4, как в процессе вывода дробилки на заданную нагрузку, так и при изменении вида перерабатываемого сырья. Для преодоления укаэанных трудностей при выводедробилки с холостого хода на заданную нагрузку задающее воздействиеизменяется по экспоненциальноиу эа 952 Ьтимальное значение К - К 1 р. Как при выводе дробилки на заданную нагрузку, ак и при стабилизации заданной нагрузки применение настраиваемой прогнозирующей модели позволяет значительно уменьшить дисперсию колебаний тока нагрузки, что позволяет повысить производительность дробилки и уменьшить вероятность выхода то" ка нагрузки за установленные допуски.Элементы системы взаимодействуют следующим образом.До включения автоматического режима управления (переключатели 26 и 29 находятся в положении,: показанном на фиг.1) дробилка работает на холостом ходу, при этом интегратор 27 охватывается отрицательной обратной связью через элемент 7 сравнения, Благодаря действию глубокой отрицательной обратной связи ошибка регулирования Е поддерживается равной нулю, а сигнал с выхода блока 24 формирования задающего воздействия поддерживается равным(отслеживает) сигналу 1 ц с датчика 6 тока электродвигателя.Так как до включения автоматического режима управления исполнительный механизм 2 не перемещается, то сигнал с выхода датчика 17 положения не именяется, при этом сигналы 1 и 1 равны друг другу и взаимно компенсируются на элементе 7 сравнения, Вход интегратора 30 отключен переключателем 29 и сигнал А с выхода интегратора не изменяется. Таким образом, предотвращается появление паразитных переходных процессов, вызванных несогласованностью начальных состояний элементов системы соответственно больших отклонений тока 1 от заданного значения,при включении автоматического режима управления (обеспечивается безударность включения).выбирается равной (2 - 3) , что обеспечивает приемлеиое время вывода дробилки на заданную нагрузку. Применение прогнозирующей модели позволяет оценить изменение токанагрузки электропривода под действием управления на интервале о и компенсировать запаздывание Т в эамкнуотом контур. управления. Кроме того, прогнозирующая модель используется для адаптации системы при изменении К, что позволяет поддерживать оп 50 При исключении автоматического режима управления (переключателя 26 и 29 переключаются в состояние противоположное, показанному нафиг.1) цепь обратной связи, охватывающая интегратор 27 через элемент 7 сравнения, размыкается и 55смыкается цепь обратной связи че. рез элемент 25 сравнения. При этомблок 24 формирования задающеговоздействия имеет структуру аперио(2) дического звена первого порядка спередаточной функцией: 1251952от запаздывания в объекте управления (дробилке).Как известно запаздывание в контуре управления является вредным явлением, Компенсация запаздывания(4) Т - постоянная времени интегмратора 21;с- время запаздывания, установленное в блоке 22 запаздывания.Помимо использования для целейадаптации в системе при несоответствии К и К , прогнозирующая модель Опозволяет исключить запаздывание вдробилке Т, из замкнутого контура управления.Сигнал ошибки регулирования с, исоответственно переходные процессыв системе определяются только характеристиками прогноэирующей модели беэ запаздывания и не зависят и его выходной сигнал плавно изменяется по экспоненциальному закону от начального значения равного току холостого хода электродвигателя до1 О установленного заданного значения тока, поступающего с блока 10 селектирования. При этом появляется ошибка регулирования Г , преобразуя которую регулятор 1 совместно с исф 5 полнительным механизмом 2 вырабатывает управляющее воздействие, которое подается на дробилку 4 и на прогнозирующую модель 18 соответственно посредством питателя 3 и датчика 17 положения. Дробилка плавно, отслеживая сигнал с выхода блока 24 формирования задающего воздействия, выводится с холостого хода на заданную нагрузку.Прогнозирующая модель моделирует дробилку, описываемую передаточной функцией (1), и представляет собой апериодическое звено первого порядка, образованное интегратором 21,охваченным отрицательной обратной связью через элемент 20 сравнения, с переменным коэффициентом передачи КЩ, определяемым блоком 19 умножения, соединенным последовательно с блоком 22 запаздывания. Передаточная функ ция прогнозирующей модели позволяет повысить качество управления благодаря своевременной адекватной реакции регулятора нагрузки на отклонения тока нагрузки от заданного значения. При этом снижается дисперсия колебаний тока нагрузки, что облегчает задачу вывода дробилки с холостого хода на номинальную нагрузку и позволяет вести процесс дробления в более интенсивных режимах (повышенной производительности), без увеличения вероятности аварийных ситуаций, связанных с выходом регулируемого параметра (тока) эа установленные допуски.Способ адаптации в системе управления основан на следующем.При изменении вида перерабатываемого сырья, износе рабочих органов дробилки, в процессе вывода дробилки на заданную нагрузку коэффициент передачи Ко изменяется и оказывается не равным К прогноэирующей модели. При этом отличаются друг от/друга и сигналы 1 , 1 . Сигналынф1 и 1 усредняются на скользящем интервале времени фильтрами 14 и 15. Усреднения на скользящем интервале, приблизительно равном запаздыванию с , необходимо для устранения влияния нестационарности/си налов 1, 1 на процесс адаптации и для центрирования этих сигналов, необходимом для вычисления дисперсий 3 , РДисперсия В 3 , вычисляются блоками соответст 3венно 12 и 16 и сравниваются на элементе 28 сравнения. Сигнал разности дисперсий ь 1) оказывается пропорциональным разности квадратов коэффициентов передачиК - КСигнал ьЗ =2 -1)интегрируетися интегратором 30 и вырабатывается сигнал подстройки Ъ , который, воздействуя на второй вход умножителя 19, изменяет коэффициент передачи Км прогноэирующей модели до тех пор, пока 3на станет равной Р приЗн этом Е = К. Полученная в результате настройки оценка Ко = К исполь 12зуется для настройки коэффициента передачи К регулятора нагрузки таРким образом, чтобы поддерживалось выбранное оптимальное значение К К Для этого сигнал Э поступает на второй вход делителя 23 и по окончании процесса адаптации КР " к /К , где к - выбранное оптимальное зйачениеСтабилизация с на оптимальном уровне позволяет сохранить работоспособность системы управления и высокое качество поддержания эаданнога значения 1, при изменении Кв широких пределах. Кроме того использование прогноэирующей модели как компенсатора запаздывания в контуре управления позволяет при адаптивной настройке К и КР, увеличить значениебез уменьшения запаса устойчивости системы управления вероятности возникновения аварийных ситуаций. Например, если в системах управления дробилкой без компенсации запаздывания и при отношении Г /Т0,5 величина Ы лежит в пределах 2-2,5, то применение настраиваемой прогнозирующей модели позволяет уве 51952 1 Оличить к до 6-8, что значительноувеличивает точность поддержания 1 нна заданном уровне и облегчает плавный (без колебательности) выход 5 дробилки с холостого хода на номинальную нагрузку. Таким образом, способ адаптивногоуправления загрузкой дробилки и ре 1 О алиэующая его система управленияпозволяют решить все задачи управления дробилкой без участия человека - оператора, а именно обеспечивают автоматический выход дробилки15 с холостого хода на номинальную нагрузку и высокое качество стабилизации заданной нагрузки, исключая приэтом аварийные ситуации, связанныес выходом регулируемого параметра)О за установленные допуски. Устранена необходимость частой подстройкикоэффициента передачи регуляторавручную, при изменении вида перерабатываемого сырья и его физико-меха 25 нических свойств, что полностьюудовлетворяет требованиям гибкой,безлюдной технологии современногопроизводства,