Адаптивный регулятор с регулируемой обратной связью

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 13/О 4 КОМИТЕТ СССРЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ГОСУДАРСТ 8 ЕНН ПО ДЕЛАМ ИЗО ЗОБРЕТЕН ИСА К АВТОРСКОМУ СВИ ЬСТВ сти и качества переходного процессаСАУ объектами с запаздыванием, регулятор содержит основной контур,реализующий ПИД закон регулирования,контур адаптации, формирующий автоматически изменяемую (адаптируемую)часть коэффициента усиления на основе сигналов ошибки регулирования иее реальной производной, и вновьвведенный контур обратной связи, регулируемой по выходному сигнапу регулятора, а также первый, второй итретий переключатели, последовательно соединенные три линейных фильтра,второй блок умножения, блок запаздывания и восьмой сумматор, седьмойсумматор, фильтр с переменной структурой, второй блок деления, шестойсумматор, второй усилитель, и усилитель с переменной структурой. 1 ил. юл. У 4ский институт нефтизизбековаС, М. Джафаров(54) АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОРРУЕМОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ(57) Изобретение относитсямам автоматического управлжет быть использовано дляческого регулирования промьобъектов, с запаздыванием ивенно изменяющимися парамецелью повышения степени ус к систе ния и м втомати ппленных сущестрами, С ойчиво(21) 3921207/241287104 2 Регулятор реализует следующий закон управления; Ц=(К,+К,( Б, +Т, Е1+20 и К иТребуемое качество работы системы регулирования, заключающееся в обеспечении оптимальной (предельной) степени устойчивости и интегрально-квадратической ошибки, в условиях изменения параметра К,Б достигается за счет оптимальной ком Тч и Т жТ, (э=1,й; п=1,2,3) 50 Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для автоматического регулирования промышленных, в частности нефтеперерабатывающих и нефтехимических, объектов с запаздыванием, переходные процессы которых описываются передаточными функциями вида:75Ы,5 (р)=К, е /С 1+а. 81,1:1где КБ коэффициент передачиобъекта;а, (=1,й) - параметры, характеризующие динамику объекта7 - постоянная времени запаздывания;и - порядок объекта, являющийся конечным числом, которое практически в большинстве случаев не превышает 3,В процессе регулирования параметра Ккоэффициент передачи объекта изменяется в широком диапазоне: пенсации влияния запаздывания и автоматической адаптации параметроврегулятора к изменяющимся параметрам объекта и внешним возмущающимвоздействиям,Цель изобретения - повышение устойчивости и точности, улучшающиекачество переходного процесса регулирования объектов с запаздыванием,На чертеже изображена блок-схема регулятора.Устройство содержит сумматоры 1-8, дифференциатор 9, первый 10 и второй 11 усилители, первый 12 и второй 13 блоки умножения, интегратор 14, первый 15 и второй 16 блоки выделения модуля, первый 17 и второй 18 Фильтры с переменной структурой, первый 19 и второй 20 блоки деления, блок 21 изменения структуры, усилитель 22, первый 23, второй 24 и третий 25 линейные фильтры, переключатели 26-28 и блок 29 запаздывания,ошибка регулирования; соответственно регулируемая выходная координата объекта и задание;время;переменная интегрированиясоответственно постоянная и автоматически изменяемая (адаптируемая) части коэффициента усиления основного контура регуляторасоответственно постоянная времени дифференцирования и интегрирования; сигнал обратной связи по выходному сигналу регулятора ц(с);постоянная времени блока запаздывания;количество последовательно соединенных фильтров, изменяемое с помощью Фильтров в пределах от 1 до 3; соответствующие постоянные времени линейныхфильтров;автоматически регулируемый коэффициент усиленияв цепи обратной связи регулятора,Регулятор работает следующим образом.Регулируемый выходной сигнал объекта х(1;) и задание х (Т) поступают на первый (" минусовой" ) и второй (плюсовой") входы сумматора 1. выходной сигналкоторого поступает на вход дифференциатора 9 и на вторые входы сумматоров 2 и 5.(5) 45 3 128Одновременно .на третий ("минусовой")вход сумматора 1 пост.:пает выходнойсигнал контура обратной связи регулятора, На выходе дифференциатора 9формируется реальная производнаясигнала, которая поступает напервые входы второго 2 и пятого 5сумматор ов. Выходной си гнал б +Т9второго сумматора 2, поступая навход первого усилителя 10 и на первый вход первого блока 12 умножения,умножается соответственно на постоянную К и автоматически изменяемуючасть коэффициента усиления К,Одновременно на второй вход первогоблока 12 умножения поступает сигналКс выхода первого блока 19 деления контура адаптации,Выходные сигналы первого усилителя 1 О и первого блока 12 умножениясуммируются в третьем сумматоре 3.Выходной сигнал третьего сумматора3, равный (К+К (С(Е+Т Е(фпоступает на вход интегратора 14 ина первый вход четвертого сумматора4, на второй вход которого подаетсявыходной сигнал интегратора. На выходе четвертого сумматора 4 формируется выходной сигнал регулятора Б(й),который одновременно поступает навходы объекта регулирования и контура обратной связи.В контуре адаптации на основесигналов ошибки регулирования и еереальной производной формируетсяавтоматически изменяемая частькоэффициента усиления регулятора: . К (С) = - . ---- Ч (Е,С),Е а 1 +о - малая постоянная величина, определяемая из условия физической реализуемости; Ч(Е,Г) - переменный масштабный коэффициент, определяемый в виде логической функции:приОТ + ц(е, Е),= у (6)О, при Г я)О, Г= Т 1-С которая реализуется с помощью пятого сумматора 5, блока 21 изменения структуры и усилителя 22 с переменной структурой;СиЕ- соответственно максимальные значения модуля ошибки иее реальной производной, формируе 7104 4мые в блоках 15 и 16 выделения модуля и фильтрах 17 и 18 с переменнойструктурой по алгоритмам:Т- )Е + 1 = Е5 и й Т при Е 1 С где Т;, (1=1=1,2) мени фильтров 17 и структурой. 20Контур адаптации, содержащий сумматоры 5 и 6, блоки 15 и 16 выделения модуля, фильтры 17 и 18 с переменной структурой, блок 19 деления, блок 21 изменения структуры и усилитель 22 с переменной структурой, работает следующим образом. Выходной сигнал первого сумматора 1 поступает на первый вход пятого сумматора 5, на второй вход которого подается сигнал с выхода диф" Ференциатора 9, В пятом сумматоре 5 формируется сигнал й=Т Е -Е, ЭтотЯсигнал поступает на первый вход блока 21 изменения структуры, на второй вход которого подается сигнал е=Т Е + с. с выхода второго сумма 1тора 2. В блоке изменения структуры 21 производится логическое умножение сигналов Г и я. Одновременно входные сигналы первого сумматора 1 и дифференциатора 9 поступают на входы первого 15 и второго 16 блоковвыделения модуля, на выходе которыхформируются соответственно сигналы Е и Е 1, Выходные сигналы блоков15 и 16 поступают на входы первого17 и второго 18 фильтров с переменной структурой, При выбранном соотношении постоянных времени Т;, иТ , (1=1,2) фильтры 17 и 18 оценивают максимальное значение модуляошибки Е и ее реальной производнойв соответствии с алгоритмами 55 (7) и (8). Выходные сигналы фильтров17 и 18 поступают на первые входыпервого блока 19 деления и шестогосумматора 6, на второй вход которогоподается постоянная величинаос.. Е и 1 Е - выходные сигналы Фильтров17 и 18 с переменнойструктурой, определяемыепо (7) и (8),35 40 Контур обратной связи регулятора,содержащий сумматоры 7 и 8, второйусилитель 11, второй блок 13 умножения, второй блок 20 деления, линейные фильтры 23-25, переключатели 2628 и блок 29 запаздывания, работаетследующим образом,Выходной сигнал Б(й) четвертого сумматора 4 поступает на вход последовательно соединенных линейных фильтров 23-25, на выходах которых формируются сигналы по алгоритмам: 55 где у и у., (1=1,2,3) - соответ 5 128710Полученный на выходе шестого сумматора 6 сигнал, равный Г. +Ы, поступает на второй вход блока 9 деления, на выходе которого формируетСя сигнал, равный с. /(.Е+оС). Этотсигнал поступает на первый вход усилителя 22 с переменной структурой.На основе выходного сигналаз 1 дп (й 8) блока изменения структуры, поступающего на второй вход 10усилителя 22 с переменной структурой, на усилителе 22 устанавливается коэффициент усиления, равныйЧ (при Г я0) или "0" при Е дО,На выходе усилителя с переменнойструктурой 22 формируется автоматически изменяемая часть коэффициентаусиления регулятора К, равнаяМ (6) Е /(Ы +с), которая поступает на второй вход первого блока 2012 умножения основного контура.В контуре обратной связи на основе выходного сигнала прямой цепи регулятора П(г) и сигналов контураадаптации Ф и 1 е Формируются сигналы ж(С), у (й), у (-1) в соответствии с (3), (4), оценки состоянияуправляемого объекта и автоматически регулируемый коэффициент усилияобратной связи по алгоритму: 30К -К (К+ Е)/(Р+ О),/3 О (9) 4 6ственно входные и выходные сигналыфильтров 23-25, причем у (Т)=Б(С),у, И)=у;Т , - соответственно настроечдЬ 3ные параметры фильтров 23-25,Все выходные сигналы Фильтров23-25 через переключатели 26-28поступают на первый вход блока 13умножения, В зависимости от порядкаобъекта п, (п=1,2,3) один из переключателей 23-25 находится во включенном положении и замыкает выходсоответствующего фильтра с входомблока 13 умножения, а остальные пере"ключатели находятся в разомкнутомположении. Поэтому между входом Б(1)и выходом у(С) фильтров имеетсяследующая зависимость:лП (Т, р+1) у(с)=Б,дп=123 рюдфВыходной сигнал фильтров у(С) вблоке 13 умножения умножается наавтоматически регулируемый коэффициент усиления обратной связи К,На основе выходного сигнала первого17 фильтра с переменной структуройЕ , поступающего на первый входседьмого сумматора 7, на второйвход которого подается постоянныйсигнал , в сумматоре 7 формируетсясигнал, равный (Р+ О ).Сигналы с выходов сумматоров 6и 7 поступают на соответствующиевходы второго блока 20 деления, навыходе которого формируется сигнал,равный (А+ Е )/(р+ 1 Е), Последнийпоступает на вход второго усилителя11, в котором формируется автоматически регулируемый коэффициент усиления обратной связи К(г;) и поступает на второй вход блока 13 умножения, Выходной сигнал блока 13умножения поступает на входы блока29 запаздывания и первый вход восьмого сумматора 8, на второй ("минусовой") вход которого подается сигнал с выхода блока запаздывания. Навыходе сумматора 8 формируется сигнал обратной связи у (й), которыйпоступает на третий ("минусовой")вход сумматора 1 основного контурар егулятор а,Предложенный регулятор в системеавтоматического регулирования парирует изменения параметров коэффициента передачи объекта следующим об"разом, 1287104 8В апериодических переходных дроцессах при увеличении (уменьшении)коэффициента передачи объекта система становится более "быстрой"("медленной ), вследствие чего (согласно выражению (5 значение автоматически изменяемой части коэффициента усиления регуляторауменьшается (увеличивается) поуровню, так как в течение всего времени переходного процесса выполняется усло.вие К яО, Причем одновременно в контуре обратной связиосуществляется оценка изменения -увеличения (уменьшения) коэффициента передачи объекта, вследствиечего увеличивается значение К ,(Т)автоматически регулируемой обратнойсвязи,На начальном этапе переходногопроцесса значение управления поддерживается повышенным (по сравнению спрототипом), так как фильтры 17 и 18с переменной структурой переключаются с постоянной времени Т, наа сигнал обратной связи регулятораоказывается пока несущественным всвязи с инерционностью линейныхфильтров этого контура, С некоторого момента времени, соответствующего окончанию начального этапапереходного процесса, увеличиваетсясигнал обратной связи, что уменьшает управление по уровню и на определенное время как бы поджидаетреакцию объекта на предыдущее управление. Тем самым регулятор обеспечивает максимальную степень устойчивости системы автоматического управления в целом. В результате такойадаптации автоматически регулируемой обратной связи и коэффициентаусиления регулятора также повышаетсякачество переходного процесса, вчастности точность и быстродействиесистемы,При колебательных переходных процессах автоматически изменяемаячасть коэффициента усиления регуля-.тора К,(г.) адаптируется как от изменения оценки его фазовых переменныхЫ 1 и 1 Е 1, так и от состояния системы, определяейой с помощью функциивпд И я). Производя логическоеумножение сигналов Е=Т Е -Е и3я=Т С +Е, блок изменения структуры3определяет необходимые моменты пе"реключения коэффициента усилителячения. Поэтому даже при Е дО управляющий выходной сигнал Б регулятора уменьшается по уровню на отрезках времени С + л переходного1процесса системы, Таким образом, наотрезках времени С +.6 регуляторкак бы ожидает реакцию объекта напредыдущие значения управления. Таким образом, в целом система становится менее колебательной, т.е,обеспечивается увеличение степениустойчивости,35 40 45 формула изобретения Адаптивный регулятор с регулируемой обратной связью, содержащей последовательно соединенные первый сумматор, дифференциатор, второй сумматор, к второму входу которого подсоединен вход дифференциатора, первый блок умножения, третий сумматор, второй вход которого подсоединен через первый усилитель с выходом второго сумматора, интегратор 50 55 с переменной структурой 1 , приК дО, на "О" при Г д ) О, Поэтому в колебательном переходном процессе на промежутке времени С -С Ф(г =О) значение автоматически изме-,оняемой части коэффициента усиленияравно соответствующей максимальнойвеличине (так как в начале переходного процесса существенно больше 10 Е ). Тем самым на интервале времени ,-, переходного процесса регулятор быстро сводит ошибку к нулю,вследствие чего уменьшается времярегулирования.Одновременно на начальном этапепереходного процесса системы регулируемый коэффициент обратной связи находится в окрестности минимального значения (так как оценка 1 Е 1существенно больше Ю 1 ). На данноминтервале времени Т + Ь переходногоопроцесса выходной сигнал линейныхФильтров также имеет низкий уровень(около "О"). Поэтому на начальноминтервале времени регулятор быстро уменьшает ошибку, так какЖ(г) Е Г О, ьЖД, при Г д сО, Но впоследующем регулируемый коэффициентобратной связи К (1) находится наоаэиЗ 0 номинальном уровне, Одновременно выходной сигнал линейных фильтровстановится отличным от нуля и темсамым сигнал Ж (1) обратной связивозрастает до соответствующего зна9 1287104 Составитель А. ЛащевТехред Л,Сердюкова Корректор И, Иуск Воло едакт Подписноемитета СССРоткрытийая наб., д, 4 ираж 862рственногозобретенийЖ, Раув аказ 77 5 ЛОВНИИ Госуд делам и Москватная, 4 зводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород,и четвертыи сумматор, ко второмувходу которого подсоединен вход интегратора, последовательно соединенные первый блок выделения модуля,вход которого подсоединен с выходом первого сумматора, первый фильтрс переменной структурой и первыйблок деления, последовательно соединенные второй блок выделения модуля, вход которого подсоединен свыходом дифференциатора, второйФильтр с переменной структурой ишестой сумматор, выход которого подсоединен со вторым входом первого.блока деления, и последовательносоединенные пятый сумматор, первыйи второй входы которого подсоединены соответственно с. выходами первого сумматора и дифференциатора, иблок изменения структуры, второйвход которого подсоединен с выходомвторого сумматора, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения устойчивости и качества переходного процесса, он содержит первый,второй н третий переключатели, последовательно соединенные три линейных фильтра, второй блок умножения,вход которого подсоединен через соответствующие переключатели с выходами линейных фильтров, блока запаздывания и восьмого сумматора,второй вход которого подсоединен свыходом второго блока умножения, 1 О а выход - с третьим входом первогосумматора, последовательно соединен;.ные седьмой сумматор, вход которого соединен с выходом первого фильтра с переменной структурой, второйблок деления, первый вход которогоподсоединен с выходом шестого сумматора, второй усилитель, выход кото рого подсоединен со вторым входомвторого блока умножения, и усили тель с переменной структурой, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом первогоблока деления и с выходом блокаизменения структуры, а выход - совторым входом первого блока умножения,