Адаптивная система регулирования нелинейного объекта, например, шахтной печи

/02, 1978 ЛИРОВАИИЕР исполь- регули- апаздыравляюетения регули я заклю ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР ОПИСАНИЕ ИЗО 3915358/24-2424,068515.03.87. Бюп. ВОскольский электрй комбинат им. ЛГ.А. Юров, Л.П.Сыромятников, С.ФПчелкин, С.К. Кори В,И. Сизиков63-50 (088,8)Авторское свидете490, кл, С 05 В(54) АДАПТИВНАЯ СИСТЕИА РЕГуНИЯ НЕЛИНЕЙНОГО ОБЪЕКТА, НАПШАХТНОЙ ПЕЧИ(57) Изобретение может бытьзовано для построения систерования объектов, у которыхвание зависит от величины ущего воздействия. Цель изобсостоит в повышении точнострования. Сущность изобретен чается в совместном запаэдывающемвосстановлении образцовых управляющего воздействия и времени запаздывания с помощью первого 4 и второго11 блоков регулируемого эапаздыв,"ния,шестого 5 блока сравнения, первогоинтегратора 6, первого 12 и второго13 масштабирующих блоков, первого 14и третьего 20 источников постоянного сигнала, третьего 19, четвертого17 и пятого 16 блоков сравнения,регулятора 18, блока 7 элементов задержки, блока 8 интеграторов, первого блока 9 ключей, второго сумматора20, блока 21 источников постоянныхсигналов, блока 22 элементов задерж- фки, блока 23 компараторов с зонойнечувствительности, второго блока 24ключей, задатчика 42, первого блока41 сравнения, фильтра 40 низкой частоты, обратной модели 39 объекта беззапаздывания, второго блока 38 сравнения. Определение рабочих управляю-1297008 щих воздействий осуществляется путемэкстрапопяции восстановленного образцового решения на интервал времени,соответствующий времени образцовогозапаздывания, Для этого используетсяэкстраполятор 37, второй блок 36 ключей, первый 35 сумматор. Управляющее Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию,в частности, к адаптивным системамрегулирования, и может быть использовано для построения систем регулирования техническими объектами, которые описываются моделью в виде последовательного соединения звена чистого запаздывания и интегральногозвена с отсечкой. Время чистого запаздывания и время отсечки зависитот величины управляющего воздействия. Объект подвержен влиянию неконтролируемых возмущений с нестационарными статистическими свойствами.Примером такого рода объектов являются проточные аппараты, в частности шахтная печь для производства металлизированных окатышей. Регулирующим воздействием служит производительность шахтной печи, выходной (целевой) переменной - степень металлизации готовых окатышей. Время нахождения материалов в печи, определяемоекак сумма времени запаздывания и времени отсечки, зависит от производительности шахтной печи. Объект подвержен действию неконтролируемых возмущений, обусловленных, в частности,изменениями свойств шихты и характеристик газовых потоков.Цель изобретения - повышение точности регулирования.На чертеже приведена блок-схемаадаптивной системы регулирования нелинейного объекта, например шахтнойпечи,Адаптивная система регулированиянелинейного объекта например шахтной печи содержит исполнительный орган 1, объект 2 регулирования, датчик3 управляющего воздействия, первыйблок 4 регулируемого запаздывания воздействие через исполнительный орган 1 поступает на вход объекта 2 управления. Для контроля входных и выхоцных переменных используется датчик 3 управляющего воздействияи датчик 15 выходной переменной.1 ил. 2шестой блок 5 сравнения, первый интегратор 6, блок 7 интеграторов, блок8 элементов задержки, в горой блок 9ключей, второй сумматор 10, второйблок 11 регулируемого запаздывания,первый масштабирующий блок 12, второй масштабирующий блок 13, первыйисточник 14 постоянного сигнала,датчик 15 выходной переменной, пятый10 блок 16 сравнения, четвертый блоксравнения, регулятор 18 третий блок19 сравнения, третий источник 20 постоянного сигнала, блок 21 источниковпостоянного сигнала, блок 22 элементов сравнения, блок 23 компараторов,с зоной нечувствительности, блок 24элементов определения модуля,седьмой блок 25 сравнения, первый блок26 умножения, блок 27 деления, второй20 интегратор 28, блок 29 определениязнака, третий блок 30 умножения,первый блок 31 определения модуля,третий сумматор 32, второй источник 33постоянного сигнала, второй блок 34умножения, первый сумматор 35, первый блок 36 ключей., экстраполятор 37,второй блок 38 сравнения, обратнуюмодель 39 объекта без запаздывания,фильтр 40 низкой частоты, первый блок30 41 сравнения, задатчик 42,На чертеже обозначено: Я 1:) - управляющее воздействие, у(С) - выходная переменная;, - образцовоеи фактическое время нахождения мате 35 риала в шахтной печи; Б" - оценкавосстановленного образцового управляющего воздействия.Фильтр 40 низкой частоты выполненв виде последовательно включенных40 блока сравнения, ограничителя и интегратора, выход которого соединен свторым входом блока сравнения и является выходом фильтра низкой часто 1297008ты. Первый вход блока сравнени является входом фильтра низкой час".оты,Блок регулирования с запаздываниемреализован на стандартных элементахи имеет два входа. Один из входов ус .танавливает величину запаздывания.На второй вход поступает сигнал,который необходимо задержать на заданное время запаздыванияАдаптивная система регулирования 10нелинейного объекта, например шахтной печи реализует следующие функции:определение фактического времени задержки управляющего воздействия вспециально организованном модельномконтуре регулирования и соответствующего этому времени фактическогоуправляющего воздействия; запаздывающее восстановление образцового управляющего воздействия и образцовоговремени запаздывания, экстраполяцияобразцового управляющего воздействия на текущий момент времени, адаптация коэффициента зависимости времени запаздывания от управляющего,25воздействия,Оценка образцового управляющеговоздействия определяется но выражениюЗОП (-) = П(Е- .ь) -- у(С) (1)ь ь 1оЕгде П (с- ь) - оценка образцовогоуправляющего воздействия, 35К - коэффициент усиленияобобъекта регулирования,ау(",) - сглаженная ошибка регулирования,Для реализации выражения (1) сиг 40нал об измеренной величине выходнойпеременной у с выхода датчика 15выходной переменнои подается на входпервого блока 4 1 сравнения, где из45него вычитается сигнал о заданном значении выходной переменной у(й),поступающий с выхода задатчика 42,Сигнал об ошибке регулирования подается в фильтр 40 низкой частоты дляподавления высокочастотных помех из 50мерения. С выхода фильтра 40 низкойчастоты сигнал о сглаженном значении ошибки регулирования поступаетна вход обратной модели 39 объектабез запаздывания, в качестве которой55взят коэффициент 1/Кусиления, Навыходе обратной модели 39 объектаполучают сигнал аУ о корректировке управляющего воздействия, который вычитается во втором блоке 38 сравнения из сигнала о фактическом значении управляющего воздействия, задержанного на время" На выходе второго блока 38 сравнения получают сигнал об образцовом управляющем воздействии на момент с- ь, где 1 " в оценка образцового времени нахождения материала в шахтной печи,Образцовое времянахождения материала в шахтной печи определяется по выражению(г.) =(т) - К(с) ь 13(т) (2)где(1) - фактическое время задержки управляющего воздействия;К(й) - коэффициент зависимостивремени задержки от величины управляющего воздействия,аУ(Г) - корректировка управляющего воздеиствия.Для реализации выоажения (2) снаРчала оценивается величина(1), чтотребует решение интегрального управления относительно одной изменяющейся границы интегрырования. Это решение выполняется неявным образом спомощью модельного контура регулирования, включающего модель объекта сединичным коэффициентом усиления(блоки 4,5,6 и 11), источники 14 и20 постоянных сигналов, регулятор 18,блоки 17 и 19 сравнения и масштабирующие блоки 12 и 13, С этой цельюсигнал с выхода датчика 3 управляющего воздействия задерживается на время ,в первом блоке 4 регулируемого запаздывания и еще на время(С) - во втором блоке 11 регулируемого запаздывания. В шестом блоке5 сравнения из выходного сигнала второго блока 11 регулируемого запаздывания вычитаетсявыходной сигнал первого блока 4 регулируемого запаздывания. Полученный сигнал поступаетна первый интегратор 6, на выходе которого получают сигнал об оценке,например, объема материала в печи.Этаоценка сравнивается с известным объемом, сигнал о котором идет с третьего источника 20 постоянного сигнала.Сигнал о полученной разности с выхода третьего блока 19 сравнения подается на вход регулятора 18, напри 1297008мер, с пропорциональным законом регулирования, который вырабатываетрегулирующее воздействие в масштабевремени нахождения материала в печи.Величина коэффициента усиления регулятора с пропорциональным закономрегулирования может быть определенапо известным методикам,Сигнал с выхода регулятора 18 вычитается в четвертом блоке 17 сравкения из сигнала о базовом значениипоступающего с выхода первогоисточника 14 постоянного сигнала,Навыходе четвертого блока 17 сравненияполучают сигнал о фактическом значении времени нахождения материалаь (г;) в шахтной печи. Сигнал о фактическом значении Твремени нахождения материала в шахткой печипоступает на вход пятого блока 16 20сравнения, где из него вычитается сигнал 4 У(г.) о корректировке управляющего воздействия, поступающий с выхода второго блока 34 умножения,25На выходе пятого блока 16 сравнения получают сигнал об оценке образ" цового значения Т (С) времени нахождения материала в шахтной печи.На вход второго блока 34 умноженияпоступает сигнал Ю(1), который умЗОножается иа адаптируемый коэфФициентК(С). Тем самым сигнал АБ(С) пересчитывается в сигнал об изменениивремени нахождения материала в печи.Адаптация коэффициента К(г.) осуществляется по выражению1к(г.)(3) 40где Ти - постоянная времени интегрирования;8 - переменная интегрирования, у - постоянный коэффициент,подбираемый в процессе настрой" ки системы,Для реализации выражения (3) сигнал с выхода первого сумматора 10 поступает на входы первого блока 29 определения знака, третьего блока 30 умножения и первого блока 31 определения модуля. На второй вход третьего блока 30 умножения поступает сигвал о текущем значении К(г.) с выхода второго интегратора 28. Сигнал с выхода третьего блока 30 умножения сравнивается в седьмом блоке 25 сравнения с сигналом о фактическом(Г.) времени нахождения материала в шахтной печи, Сигнал о полученной разности с выхода седьмого блока 25 сравнения поступает на вход первого блока 26 умножения. На второй вход первого блока 26 умножения поступает сигнал о знаке Фактического управляющего воздействия на момент времеки -Т с выхода блока 29 определения знака. В блоке 29 определения знака реализуется функция вида-1, если У(г.-.)0Выходной сиги 1 блока 31 определения модуля суммируется во втором сумматоре 32 с выходным сигналом о величинес выхода второго источника 33 постоянного сигнала, В блоке 27 деления сигнал с выхода первого блока 26 умножения делится на сигнал с выхода второго сумматора 32. Сигнал с выхода блока 27 деления поступает на вход второго интегратора на выходе которого получают сигнал о текущем значении коэффициента К(г,).Для определения Фактического управления, задержакного на образцовое время(г.) нахождения материала в шахтной печи, сигнал с выхода датчика 3 управляющего воздействия о Фактическом управляющем воздействии Б(1) поступает на входы интеграторов 7-1, 7-27-п блока 7 интеграторов, в которых осуществляется интегрирование сигнала о фактическом управлении Б(с) соответственно на интервалах ЯИНМИН +Г МИН + 1гдеи М 10-15 выбирается,экспериментальным путем,Сигналы с выходов интеграторов поступают на соответствующие входы элементов 8-1, 8-28-п задержки блока 8 элементов задержки, где задерживаются соответственно на время мин мин +, +,1 "ф 1 Таким образом, на входы ключей 9-1, 9-2 .9-и второго блока 9 ключей поступают сигналы о фактических управляющих воздействиях, задержанныхмин Г иин соответственно на время гми" Г ++Т ,"ф"+д.К. выходу второго сумматора 10 подключается выход того из блоков 8 задержки, время задержки которого наиболее соответствует времени . для этого сигнал ось (С)ь с выхода пятого блока 16 сравнения поступает на вторые входы элементов 22-1, 22-222-п сравнения блока 22 элементов сравнения, на первые входы которых поступают сигналы с выходов источников 20-1, 20-220-п постоянных сигналов.Сигналы о полученных разностях поступают на входы компараторов 23-1, 15 23-2. 23-и с зоной нечувствительности блока 23 компараторов, закон функционирования которых задан в видеь 20 1 если Т - Т с Ь, Э 1ь Ь = О, если -ЬсТ, - Т (8,- 1, если Т, - Т )8, где 5 - заданная величина, выбираемая из требуемой точности расчетов, Сигналы с выходов компараторов 23-1, 23-223-п с зоной нечувствительности через элемент 24-1, 24-2,, 24-и определения модулей блока 24 элементов определения модулей подаются на управляющие входы ключей 9-1, 9-29-п второго блока 9 ключей. Ключи работают следующим образом. При поступлении на управляющий вход ключа сигнала Ь = 0 ключ за мыкается и на вход второго сумматора 10 поступает сигнал о фактическом управляющем воздействии, задержанном на время Т (с). При поступлении на управляющий вход ключа сигнала Ь(г.)=140 ключ размыкается. Сигнал с выхода первого сумматора 10 поступает на второй вход второго блока 38 сравнения, на входе которого получают сигнал об образцовом управляющем воздействии 1) (С -сь(, Сигнал об экстраполированном зна"Э чении 1) И) образцового управляющего воздействия на текущий момент времени формируется следующим образом. 50Экстраполятор 37 осуществляет экстраполяцию оценок идеального управляющего воздействия Б (й-Т )на интервалы Т, = , а =" + д,", 7=+о. д, где д, - шаг дискретизации интервала возможных значений , Таким образом, на выходе экстраполятора имеется п экстраполированных значений Уэ(Т-т+) ф (-7+7 + д ),П (с- + ), которые поступаютна информационные входы соответствующих ключей 36-1,36-236-ппервого блока ключей.На управляющие входы ключей 36-1,36-2. ,36-и поступают сигналы с элементов 24-1,24-2, ,24-и определения модулей блока 24 элементов определения модуля, Работа ключей 36-1, 36-236-п первого блока 36 ключей аналогична работе ключей 9-1, 9-2, ,9-п второго блока 9 ключей.При поступлении на управляющий вход ключа сигнала Ь = 0 ключ замыкается и на вход первого сумматора 35 поступает сигнал об экстраполированном значении Б"(С) образцового управляющего воздействия. При поступлении на управляющий вход ключа сигнала Ь(с)=1 ключ размыкается и на выход первого сумматора 35 поступает сигнал равный нулю. Таким образом, на выходе первого сумматора 35 пол"чают сигнал П (Т) об экстраполированном значении образцового управляющего воздействия, который идет на исполнительный орган 1.Формула из обретенияАдаптивная система регулирования нелинейного объекта, например шахтной печи, содержащая задатчик, датчик управляющего воздействия, последовательно соединенные исполнительный орган, объект регулирования, датчик выходной переменной, первый блок сравнения, фильтр низкой частоты, обратную модель объекта без запаздывания, второй блок сравнения и экстраполятор, причем вход исполнительного органа соединен с входом датчика управляющего воздействия, второй вход первого блока сравнения соединен с выходом задатчика, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения точности регулирования, в нее введены первый и второй источники постоянного сигнала, первый сумматор, блок определения знака, первый блок ключей, последовательно соединенные блок интеграторов, блок элементов задержки и второй блок ключей, последовательно соединенные блок источников постоянного сигнала, блок элементов сравнения, блок компараторов с зоной нечувствительности и блок элементов оп9 1297008 30 Составитель А, ЛащевРедактор И. Касарда Техред А,Кравчук Корректор А. Обручар Заказ 779/50 Тираж 864 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Рашская наб д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная,4 ределения модуля, последовательно соединенные третий источник постоянного сигнала, третий блок сравнения, регулятор, четвертый блок сравнения, пятый блок сравнения, последователь но соединенные первый масштабирующий блок, первый блок регулируемого запаздывания, шестой блок сравнения и первый интегратор, последовательно соединенные второй масштабирующий 10 блок и второй блок регулируемого запаздывания, последовательно соединенные седьмой блок сравнения, первый блок умножения, блок деления, второй интегратор и второй блок умножения, последовательно соединенные второй сумматор и третий блок умножения,последовательно соединенные блок определения модуля и третий сумматор, выход датчика управляющего воздействия 20 соединен с входами второго сумматора, вторые входы элементов сравнения блока элементов сравнения соединены с выходом пятого блока сравнения,второй вход которого соединен с выходом25 второго блока умножения, второй вход которого соединен с выходом обратной модели объекта без запаздывания, выход первого блока регулируемого запаздывания через второй блок регулируемого запаздывания соединен с вторым входом шестого блока сравнения,выход первого интегратора соединенс вторым входом третьего блока сравнения, выход первого источника постоянного сигнала соединен с вторымвходом четвертого блока сравнения,выходы элементов определения модуляблока элементов определения модулясоединены с управляющими входами ключей первого и второго блоков ключей,выходы экстраполятора соединены с информационными входами первого блокаключей, выходы которых соединены свходами первого сумматора, выход которого соединен с входом исполнительного органа, вход третьего блокаумножения соединен с входами блокаопределения знака и блока определениямодуля и вторым входом второго блокасравнения, выход второго источникапостоянного сигнала соединен с вторым входом третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом блока деления, выход блока определения знака соединен с вторым входом первого блока умножения, выходвторого интегратора соединен с вторым входом седьмого блока срав -нения.