Адаптивная система управления потенциально опасным объектом

(51)4 С 05 В 11/ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СТВУ огический инстинности Левинский детельство СССР5 В 11/01, 1985.тельство СССР5 В 11/01, 1987,1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Н А ВТОРСНОМК СВИДЕТ(71) Одесский техтут пищевой промыим. М.В.Ломоносов(54) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫМ ОБЪЕКТОМ(57) Изобретение относится к автоматицескому управлению и защите потенциально опасных объектов, работающихв условиях неконтролируемых возмущений, и может быть использовано в химицеской, пищевой и других отрасляхпромышленности. Целью изобретенияявляется повышение надежности и точности системы в условиях действияна объект неконтролируемых возмущений. Система содержит основной кон151 3тур 5 управления, блок 10 защиты, блок 18 оценки статистических параметров регулируемой величины, блок 19 оценки статистических параметров случайной и периодической составляющих, вычислительный блок 20, блок 26 коррекции порогового заданного значения по постоянной составляющей, блок 34 коррекции динамических свойств системы, сумматоры 22, 35, оптимизатор 6. В системе компенсируются запаздывание и инерционность в основномконтуре управления, корректируетсязаданное значение регулируемой координаты и точно оценивается вероятность безаварийной работы, что повышает надежность и эФФективность работы системы. 2 э.п. Ф-лы, 1 ил.Изобретение относится к автоматическому управлению и защите потенциально опасных объектов, оаботающих вусловиях неконтролируемых возмущений,и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности,Целью изобретения является повышение надежности и точности системыв условиях действия на объект неконтролируемых возмущений.На чертеже представлена блок-схемасистемы,Система включает первый измеритель1 рассогласования, Формирователь 2сигнала управления, объект 3 управления, датчик 4 регулируемой величины, которые составляют основнойконтур 5 управления, оптимизатор 6(заданного значения регулируемой величины), блок 7 ограничения скорости,второй 8 измеритель рассогласованияи ключ 9 которые составляют блок 10защиты, первый 11, второй 12, третий13 фильтрь низкой частоты, третий14 измеритель рассогласования, диФФеренциатор 15, первый 16 и второй17 квадраторы, которые составляютблок 18 оценки статистических параметров регулируемой величины, блок19 оценки статистических параметровслучайной и периодических составляющих, вычислительный блок 20, блок 21коррекции порогового заданного значения по гармонической составляющей,первь 1 й сумматор 22, сумматор 23Фильтр 24 низких частот и измеритель25 рассогласования, которые составляют бло 26 коррекции пороговогозаданного значения по постоянной составляющей, модель 27 общего запаздывания, измеритель 28 рассогласования,модель 29 регулятора (без запаздывания), модель 30 объекта (без запаздывания), модель 31 датчика (без запаздывания), измеритель 32 рассогласо 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 вания, Фильтр 33 высоких частот, составляющие блок 34 коррекции динамических свойств системы, второй сумматор 35,Система работает следующим образом.В основном контуре 5 управленияФормирователь 2 сигнала управлениявырабатывает упоавляющий сигнал наобъект 3 так, что рассогласованиена выходе первого измерителя 1 рассогласования= Х з - Х минимальное,где Х - заданное значение регули.3руемой величины т,е. основной контур 5 управления отрабатывает изменение сигнала задания регуляторуМ и изменение значений внешних возму 3 .щений р по зависимостиХ(р) = И,(р) Х + И (р) м(р), (1)где Я (р) и Ы.,(р) - передаточныеФункции основного контура 5 управления по каналу задания ивозмущения.Оптимизатор 6 заданного значениярегулируемой величины по значениямрегулируемой величины Х с компенсацией запаздывания и инерционности,поступающей с измерителя 32 рассогласования, и по значениям внешнихпараметров г, ,Ч определяет оптимальное заданное значение регулируемой величины Х, соответствующее экстремуму Функции цели Е = Й(Х, га), т.е,Х= агрехг Е(Х, г, , Ч)(2)Рассчитанная величина сигнала оптимального заданного значения Х по оступает в блок 10 защиты, а именнона вход блока 7 ограничения скоростиизменения заданного значения регулируемой величины, на другие входы которого поступают сигналы регулируемойвеличины Х с компенсацией запаздывания и инерционности с выхода иэме(5) 5 15134 рителя 32 рассогласования, форсированного заданного значения Х з регулируемой величины Х с выхода сумматора 35 и порогового заданного значения Х регулируемой величины с выхода сумматора 22.Ограничение скорости изменения оптимального заданного значения Х, на определенном расчетном уровне Хнеобходимо для того, чтобы, учитывая инерционность объекта 3 управления, ограничить скорость приближения регулируемой величины ОХ к пороговому значению Х и тем самым не допустить таких выходов Х за Х , которые превысили бы аварийное значение Х. Блок 7 может осуществлять эту функцию, например, по зависимостямХ при Чз Чо 20Хпри Ч - Ч,О;+ Хгде К - коэффициент пропорциональности.Так как оптимизатор 6 заданногозначения регулируемой величины определяет оптимальное заданное значениеХс по (2) без учета ограничения Х(Х, то заданное значение Хз регулируемой величины необходимо ограничивать на пороговом значении Х, причемиэ-за наличия неконтролируемых внешних возмущений и инерционности основного контура 5 управления Хдолжнобыть меньше Х., По знаку разностиХ- Хр, которая вычисляется на измерителе 8 рассогласования и поступает на управляющий вход ключа 9,последний переключает свой выход наодин из входов, нуда поступают скорректированный сигнал Х= Х + д шсвыхода блока 26 и сигнал с выходаблока 7, т.е. реализует зависимостьХр при Х Хр ОИзменения интенсивности, спектрального состава неконтролируемыхвнешних возмущений р и параметровобъекта 3 управления во времени вызывают изменения статистических характеристик случайного процесса Х(с),цто требует и соответствующей настройки порогового заданного знацения Х по формулеХ": Х -Ь 21 (-Ь/а+6 С+йш,16 6 где Р (Е) - допустимая вероятность безаварийной работы на интервале Т; С - вклад периодической составляющей в определение Ха Рассматривая С как функцию С = (Ьь ю рф Авф Ув в Р рс) в (21 получена конкретизация уравнения регрессии, аппроксимирующей эту функциональную зависимость для диапа" эонов измерений аргумента, которые охватывают знацительную часть встречающихся на практике объектов управления и условий их функционирования.Определив оценки параметров слуцайного процесса Х на скользящем интервалепо зависимостям 6 = Ьх. - А/2; (6)./1 . А//, (7) /,: // 1///// ) - ;//, /в/3 Ь 4 г )- РхА 5 ИЪ ГЛ м (9)3 3( )2 1 А 2 ф где р, р - оценки четвертых центральных моментов регулируемой величины Х(С) и ее производной Х(С) на интервале Г; А = Я ш - амплитуда проиэводнои гармонического колебания, можно установить такое пороговое заданное значение Х которое обеспечит необходимую надежность работы потенциально опасного объекта при наличии в изменениях регулируемой велицины, кроме случайной, гармонической составляющей,Реализацию указанных зависимостей выполняют блок 18 оценки статистических параметров регулируемой величины, блок 10 оценки статистических параметров случайной и периодической составляющих, вычислительный блок 20, блок 21 коррекции порогового заданно," го знацения по гармонической состав- . ляющей, блок 26 коррекции порогового заданного значения по постоянной составляющей 26.Блок 18 на скользящем интервале времени О оценивает статистические параметры прогнозируемого значения Хрегулируемой величины Х, по" ступающего с выхода измерителя 32 рассогласования на вход фильтра 11 низкой частоты, который усредняет ихна интервале Т .(12) гули 50 где Хак начеиных(е),55 л о аычислщ " Р Измеритель 14 рассогласования оп- феделяет центрированный относительно фС,) случайный процесс Х у(с) как азность сигналов Х(С) с выхода дат ика 4 и ХИ, ".) с выхода фильтра 11 иэкой частоты, т.е. Ху(1 ) Х(1) Х(1 ф)(10)лл (й,д) = - -ехр(- - )Х(е-Г )йС10т 1 т 4 ХИ = 0)+ (11)Сигнал Хс выхода измерителя 14 рассогласования возводится в квадат квадратором 16 и усредняется по (11) на фильтре 12 низкой частоты, сигнал с выхода которого является оценкой дисперсии регулируемой вели 2 ины 6 на интервале .Этот же сигнал Х у поступает на ход дифференциатора 15, который опеделяет его производную Ху(С), а вадратор 17 и фильтр 13 низкой час,оты определяют оценку дисперсии производной регулируемой величины 6 на интервале (.Сигналы Х , Ь, Ь и Ху(с) по" ступают соответственно на входы блоМа 19 оценки статистических параметров случайной и периодической составляющих.Блок 19 на скользящем интервалеД по зависимостям (6)-(9) определяФт оценки статистических параметров случайной а и периодической э(1) Составляющих регулируемой величины З 5 Ж(е). С выходов блока 19 сигналы 6 иравные оценке дисперсии и оценкеисперсии производной случайной составляющей п(.с) на скользящем интерва" 40 .1 е , поступают на входы вычислительного блока 20, который при заданных аварийном значении регулируемой величины Х , времени осредненияи допустимой вероятности безаварийной 45 работы Р дгпо зависимости- аварийное значение р руемой величины;- среднеквадратические ния регулируемой вел Х и ее производно оцененные на скользя тервале времени ,яют вклад случайной сосдр в определении порого ия Хпо (5)Сигналы А- оценки амплитуды гар"монической составляющей э(С) наскользящем интервале С,2, 6 2,ы - оценка частоты гармонической .составляющей з(е) на интервалесвыходов блока 19 поступают на входыблока 21 коррекции порогового заданного значения по гармонической составляющей, который при заданных значениях времени осреднения 2 и допус"тимой вероятности безаварийной работыРдпо зависимостиАв "Ъ 2 нС = Ъ + Ъ - + Ъ+ Ъ -- хО2 31 п(1/Рд (С, (13)которая представляет собой аппроксимацию функциональной зависимости С =К(6., 6, А, сд, Рдр, 7), вычисляет вклад йериодической составляющей з(1) в определение пороговогозаданного значения Хпо (5),Окончательное формирование порого"вого заданного значения Х выполняетсумматор 22 блока коррекции порогового заданного значения по,постояннойсоставляющей, на котором происходиталгебраическое сложение выходных сигналов из блоков 20 и 21,Сигнал Х поступает на входфильтра 24 низких частот, который вычисляет значение ш- математического ожидания заданного значения регулируемой величины Х. Измеритель 25рассогласования вычитает из сигналад, лшсигнал ш , поступающий с выходафильтра 17 низких частот, и разностьподается на вход сумматора 23, гдеразность йш= ш , - ш суммируется с сигналом Хв том случае, еслиХЭ = Х . При отсутствии этого равенства суммирование не происходит илсигнал аш используется только дляформирования допуска сигналу Х , Навыходе блока 26 при вводе коррекциибшпоявляется сигнал Х= Х+ дш ,Таким образом, блок 26 осуществляеткорректировку. порогового заданногозначения Х постоянной составляющейлна величину й ш.Сигнал Х с выхода блока 10 защиты поступает на вход блока 34 коррекции динамических свойств системы, гдепроисходит компенсация инерционностии запаздывания основного контура управления. С этой целью сигнал Х происходит через модель основного контура регулирования, представляющуюсобой последовательно соединенные1513416 1. Адаптивная система управления потенциально опасным объектом, содержащая первый измеритель рассогласования, выход которого через последоват тельно соединенные формирователь сигнала управления, объект управления, датчик регулируемой величины соединен с первым входом первого измерителя рассогласования, второй вход которого подключен к выходу ключа, управляющий вход которого соединен с выходом второго измерителя рассогласования, первый вход которого соединен с первым информационным входом ключа и с выходом блока ограничения скорости, первый вход которого подключен к второму входу второго измерителя рассогласования и к выходу первого сумматора, первый вход которого подключен к выходу блока коррекции порогового заданного значения по гармонической составляющей, первый, второй, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока оценки статистических параметров случайной и пе-. риодических составляющих, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами вычислительного блока, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, второй вход блока ограничения скорости соединен с выходом оптимизатора, подключенного входом к третьему входу блока ограничения скорости, к первому входу третьего измерителя рассогласования и к вхо" ду первого фильтра низкой частоты, выход которого соединен с вторым вхо" дом третьего измерителя рассогласования, подключенного выходом к входу первого квадратора, к входу дифференциатора и к первому входу блока оцен". ки статистических параметров случайной и периодических составляющих, второй, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходам второго фильтра низкой частоты, третьего фильтра низкой частоты и дифференциатора, выход дифференциатора соединен с входом второго квадратора, подключенного выходом к входу модели регулятора 29, объекта 30 идатчика 31 без запаздывания и модель27 суммарного запаздывания, которыезамкнуты цепью отрицательной обратной5связи, На выходе сумматора формируетсясигнал Х, равный сумме сигнала прогноза приращения из-за изменения Хэна время запаздывания вперед и сигнала регулируемой величины Х с выхода 10основного контура управленияНа вход модели основного контура,кроме сигнала Хпоступает сигнал свыхода фильтра 33 высоких частот,обеспечивающий реальное ускорениепротекания переходных процессов вобъекте. Сигнал с выхода фильтра 33высоких частот также поступает навход сумматора 35, формирующего форсированное заданное значение Х, посфтупающее на вход блока 7 ограниченияскорости изменения, вход основногоконтура управления.Таким образом, блок 3 ц устраняетвредное влияние запаздывания прогнозирующей коррекцией и влияние инерционности за счет введения форсирующего звена, ускоряющего протеканиепереходных процессов в объекте.1В начальный момент времени при 30включении объекта 3 управления в работу пороговое заданное значение ре"гулируемой величины Хустанавливается на безопасном уровне, исключающемвозникновение аварийной ситуации принаихудших из реально возможных внешних возмущений путем установки начальных условий фильтров 12 и 13 низкой частоты. При накоплении информации о случайном процесс Х(С) в тецение скользящего интервалазначениеХ корректируется блоками 20 и 21 сучетом вероятностных свойств данногослучайного процесса.На входы блока 34 подаются начальные условия с выхода датчика 1,объекта 3 и регулятора 2, которыеобеспечивают плавный выход регулируемой координаты при включенииобъекта управления на заданное знацение,Система управления потенциальноопасным объектом позволяет скомпенсировать запаздывание и инерционностьв основном контуре управления, цтоповышает эффективность управления, а55также скорректировать заданное значение регулируемой координаты и точнооценить вероятность безаварийной работы адаптивной системы управления,что увеличивает надежность и эффек-,тивность работы системы,формула и зобретения612матор измеритель рассогласования, фильтр низкой частоты, причем первый вход блока соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с выходом блока первый вход блока соединен через фильтр низкой частоты с первым входом измерителя рассогла" сования, второй вход которого связан с вторым входом блока, а выход соединен с вторым входом сумматора,Составитель ЕаВласов ТехредИ, Верес Редактор И,Шулла Корректор СаЧерни т ттт ттет теттет т т тт тааттет ет та ат т еЗаказ б 078/47 Тираж 788 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб д 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", гУжгород, ул. Гагарина,101 11 151341 третьего фильтра низкой частоты, выход первого квадратора соединен с входом второго фильтра низкой частоты, о т л и- Ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности и точности сис 5 Темы в условиях действия на объект йеконтропируених вознущений, в нее вейенн блок коррекйии порогового айанного значения по постоянной сос р авляющей, блок Коррекции динамичесих свойств системы и второй суммаор, причем выход первого сумматора оединен с первым входом блока корекции порогового заданного значе ия по постоянной составляющей, втоой вход и выход, которого соединены оответственно с выходом фильтра низой частоты и с вторым информационным ходом ключа, выход которого подклю ен к первому входу блока коррекции инамических свойств системы и к ервому входу второго сумматора, выход оторого соединен с четвертым входом лока ограничения скорости, третий вход 1 25 которого подключен к первому выходу лока коррекции динамических свойств истемы, второй выход которого соеди,1 ен с вторым входом второго сумма- ., тора и с третьим входом первого изМерителя рассогласования, первый ход которого соединен с вторым вхо Дом блока коррекции динамических Свойств системы,2. Система по,1, о т л и ч а ю - Щ а я с я тем, что,блок коррекции йорогового заданного значения по постоянной составляющей содержит сум 3. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок коррекции динамических свойств системы содержит фильтр высокой частоты, два изме" рителя рассогласования, модель регулятора, модель объекта, модель датчика и модель общего запаздывания, прчем первый вход блока соединен с первым входом первого измерителя рассогласования и с входом фильтра высокой частоты, выход которого соединен с вторым выходом блока и с вторым входом первого измерителя рассогласования, выход которого через последовательно соединенные модель регулятора, модель объекта и модель датчика соединен с первым входом второго измерителя рассогласования и с входоммодели общего запаздывания, выход которой соединен с третьим входом первого измерителя рассогласования и с вторым входом второго измери" теля рассогласования, выход.и третий вход которого соединены соответствен-. но с первым выходом и вторым входом блока.