Прогнозирующий регулятор

Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнитель н авт 5)М. Клз 2) Заявл 12.01.79 (21) 2702901/18-2 присоеди23) Приори нием заявки Государственный комите СССР по делам. изобретений и открытий.П.Ав в и Д в им. Серго. Орджон институтсйстем аллургическийз ибирский метсесоюэный насследованийим.50 ллургический ин чно-исследовате Западно-Сибирс тия Великого О титут ьский кидэе,;,ых,: - .авод 11) Заявит ий м тябр 4) ПРОГНОЗИ И РВГУЛЯТО льэ нияИэ мер первы пазды ненны беэ э сравн динен бес е о 15 2 2 Изобретение относится к самонастраивающимся системам управления и может быть использовано для построения систем управления техническими объектами, содержащими значительные запаздывания и подверженными влиянию контролируемых. и неконтролируемых внешних возмущений.Динамика объекта по каналам регулирования достаточно хорошо аппроксимируется операторомИ(р) =К е " /Тр +1,коэффициент усиления 1 и постоянные времени Т и С которого незначительно меняются в течение длительности протекания переходного процесса.Характеристики объекта управления по отношению к контролируемым внешним воздействиям изменяются существенно. Характеристики внешних сил претерпевают также существенные изменения на интервалах времени длительностью Т . Задача управления состоит в обеспечении инвариантности регулируемой координаты от внешних сил, Один из возможных подходов в таких ситуациях состоит в косвенном измерении характеристик внешних сил, прогнозировании этих измерений на интервал длительности Т и исовании результатов прогнозиров функции управления.вестен регулятор с косвенным ением возмущений, содержащий й элемент сравнения, звено эавания и последовательно соедие обратную модель объекта апаэдывания и второй элемент ения, второй вход которого соес выходом звена задержки (1). нако такой регулятор не ечивает высокого качества ирования при действии высо" тотных помех и наличии ошиеализации и измерения управлений.Наиболее близким к предлагаемому является регулятор, содержащий первый экстраполятор, первое звено задержки и последовательно соединении первое звено сравнения, первый фильтр низкой частоты, обратную модель объекта без запаздывания и второе звено сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого звена задержки (21.Недостатком известного регулятора является невысокая точность регулирования, которая обусловлена тем, что не учитываются:а)в явном виде контролИруемые возмущения;б) ошибки экстраполяции управляющих воздействий и возможность их компенсации на интервале г в (2-3)Т;в) ошибки реализации и измерения фактических управляющих воздействий;г) изменчивость статистических характеристик идеальных управлений;д) изменчивость характеристики объекта управления по отношению к контролируемым внешним возмущениям.Цель изобретения - повышение точности регулирования.Поставленная цель достигается тем, что в регулятор, содержащий пер вый экстраполятор, первое звено задержки и - последовательно соединенные первое звено сравнения, первый фильтр низкой частоты, обратную модель объекта без запаздывания и вто О рое звено сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого звена задержки, введены второй и третий фильтры низкой частоты, вторые экстраполяторы, третьи звенья сравнения, первые пропорциональные звенья, вторые звенья задержки, четвертые звенья сравнения, первые блоки адаптации, третьи звенья задержки и последовательно соединенные пятое звено сравнения, второй блок адаптации, второе пропорциональное звено, четвертое звено задержки, шестое звено сравнения, седьмое звено сравнения, инерционное звено, третье пропорциональное звено, первый сумматор, второй сумматор, исполнительный блок, четвертый фильтр низкой частоты и восьмое звено сравнения, выход которого соединен с первым входом одного из третьих звеньев сравнения и через 40 соответствующее третье звено задержки - с первыми входами соответствующих других третьих звеньев сравнения, выход второго фильтра низкой частоты соединен с вторым входом вто рого пропорционального звена, второй вход второго звена сравнения соединен с вторым входом пятого звена сравнения, выход шестого звена сравнения через .третий фильтр низкой частоты соединен с первыми входами первого и вторых экстраполяторов, выход первого экстраполятора соединен с вторым входом второго сумматора, выходы вторых экстраполяторов через последовательно соединенные соответствующие третье звено сравнения и первое пропорциональное звено соединены с соответствующими входами первого сумматора, выходы первого и вторых экстраполяторов через последовательно сое- Я диненные соответствующие второе звено задержки, четвертое звено сравнения и первый блок адаптации соединены с своими вторыми входами, а первые входы - с вторыми входами четвер тых звеньев сравнения, выход второгопропорционального звена соединен стретьим входом второго сумматора ивторым входом восьмого звена сравнения, выход четвертого фильтра низкойчастоты соединен с входом первогозвена задержки, выход второго звенасравнения соединен с вторым входом,шестого звена сравнения и вторым входом пятого звена сравнения, выход одного из третьих звеньев задержкисоединен с вторым входом седьмогозвена сравнения.На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого регулятора; на фиг.2кривые .реализации приведенных фактических У , идеальных 0 управцелений и их экстраполируемых оценок1) лРЗРегулятор включает первое звено1 сравнения, первый фильтр 2 низкойчастоты, обратную модель 3 объектабез запаздывания, второе звено 4сравнения, второй фильтр 5 низкойчастоты, второе пропорциональноезВено б,четвертое звено 7 задержки,второй блок 8 адаптации, пятое звено 9 сравнения, шестое звено 10сравнения, третий фильтр 11 низкойчастоты, первый экстраполятор 12,вторые экстраполяторы (7 п+25), содержащие и зкстраполяторов от тринадцатого до (и+12)-го включительнос/где И=щр-дт,третьи звенья (7 п+26)задержки, содержащие и звеньев задержки с шестого по (и+5)-ое, обозначенных от (и+13) -го до (2 п+12) -говключительно, третьи звенья (7 п+27)сравнения, содержащие и звеньев сравнения от (2 п+13) -го до (Зп+12) -го включительно, первые пропорциональные звенья (7 п+28), содержащиеи пропорциональных звеньев от (Зп+(п+1) блок адаптации от (бп+24)-годо (7 п+24) -го включительно.Регулятор работает следующимобразом,Из измеряемого выходного сигнала объекта у(1) в первом элементе 1сравнения вычитается заданный сигналу(С). Полученный сигнал поступаетна первый фильтр 2 низкой частоты,содержащий, например, последовательно соединенные элемент сравнения,усилитель с насыщением и интегратор,выход которого поступает на второйвход элемента сравнения и являетсявыходом фильтра низкой частоты. Вфильтре 2 низкой частоты срезаютсяотдельные большие выбросы и подавляется высокочастотная составляющаясигнала, что повышает точность дальнейшего преобразования сигнала.С выхода фильтра 2 низкой частотысигнал поступает на обратную модель 3 объекта без запаздывания, в,частности пропорционально-дифференциальное звено. Выходной сигнал обратной модели 3 объекта без запаздыванияво втором звене 4 сравнения вычитается иэ сигнала, поступающего с выхода первого звена (4 п+2) задержки,Выходной сигнал второго звена 4 сравнения является оценкой идеального управления, найденной с запаздыванием..Измеряемый сигнал о внешнем воздействии учитывается следующим образом.Измеряемый сигнал о внешнем воз- действии и(с) поступает на второй фильтр 5 низкой частоты, где подавляется высокочастотная составляю. щая этого сигнала. Полученный сигналпоступает на второе пропорциональноезвено б, где он умножается на коэффициент и таким образом пересчитывается в масштаб управляющего воздействия О(с). Полученный сигнал идет на четвертое звено 7 задержки, где он запоминается на время Т, Выходнойсигнал четвертого звена 7 задержки в шестом звене 10 сравнения вычитается иэ сигнала, поступающего с вы - хода второго звена 4 сравнения О (со -С), в результате чего из оценки идеального управления исключаются эффекты измеряемых внешних возмущений (получается приведенное идеальное управление О"н (с-Г) и сигнал имеет уже более "гладкие" свойства, что позволяет повысить точность его экстраполяции.Далее определяется и компенсируется ошибка экстраполяции идеального управления. Полученный в шестом зве- не 10 сравнения сигнал поступает на третий фильтр 11 близкой частоты, в котором этот сигнал усредняется на интервале времени д 1=(1 О-; )Т, После третьего фильтра 11 низкой частоты сигнал идет на входы первого зкстраполятора 12 и вторых экстраполяторов (7 п+25), содержащих и экстраполяторов, в качестве которых могут использоваться, например, реальные форсирующие звенья. В первом экстраполяторе .12 сигнал экстраполируется . на время (Г +Ь 7), в экстраполяторе 13- на время (Г +ЬГ ), в экстраполяторе 14 - на время (Г - ь с ), в экстраполяторе к (текущий номер звена) -на время (Г- КАС ), в экстраполяторе (и+12) - на время АТ. Такимобразом, сигнал экстраполируетсяв. виде программы на интервале време(С - С ) до (1-а) (фиг,г),о"Ъ)бе )с-,с ь )В восьмом звене (4 п+20) сравненияполучается сигнал приведенного Фактически реализованного управления О "за счет вычитания из выходного сиг-,нала четвертбго фильтра (4"+19) низкой частоты сигнала, поступающегос выхода второго пропорциональногозвена б.Полученный в восьмом звене (4 п++20) сравнения сигнал поступает на155 входы третьих звеньев (7 п+26) задержки, содержащих звенья задержки (и++12), где он запоминается на времяЮв звене (и+13) задержки, кЬ 7 - в20 звене (и+к), на время (и) - взвене (2 п+11) .задержкии на времяГ - в звене (2 п+12),Из полученного в звено (2 п+12)задержки сигнала в седьмом звене(4 п+13) сравнения вычитается сигнал,идущий с выхода шестого звена 10сравнения О пв (С.-), и, таким образом, получается разность между приведенным фактически реализованнымуправлением и приведенным. идеальнымуправлением. Полученная разность направляется в инерционное звено (4 п++14),например интегратор, охваченный отрицательной обратной связью,с помощью которого находится эффект35 разности между О и О при на интерПрвале от с - (Ч+(2-3) 1 до (с-Г ) .На фиг.2 эта разность обозначена ЬСигнал с выхода инерционного звена (4 п+14) умножается на весовой40 коэффициент в третьем пропорциональ-ном звене (4 ь+15) и поступает в первое звено суммирования (4 и+16).Далее находится разность междуприведенным фактически реализованным45 управлением О и зкстраполированныпрми значениями приведенного идеального управления О " на интервалевремени от (С) до с.,5 О В звене (2 п+13) сравнения, являющемся частью третьих звеньев (7 п+ +27) сравнения, выходной сигнал экстраполятора 13 О прз (1) вычитается из сигнала восьмого звена (4 п+20) сравнения О ,(1), в звене (2 п+14) 55 сравнения выходной сигнал экстраполятора 14 О (- д) вычитаетсяпаузиз выходногор сигнала звена (и+13) задержки О ( - А с), в звене (2 п+ +к) сравнения выходной сигнал экст- ьО раполятора кО"Рз (-к вТ) вычитается из выходного сигнала звена (и+к) задержки 1 упр(С-кдс) , в звене (Зп+12) сравнения выходной сигнал экстраполятора.(и+12) У (1-РЮ) вычитается иэ выходного сигнала звена(2 й+11) задержки Опр(с-Гд 7 ф), В.результате находятся разности междуприведенными фактически .реализованными и экстраполированными значениямиприведенного:,идеального управления.На Фиг,2 эти разности обозначены а 1,Каждая из полученных разностей умножается на весовые коэффициенты в пер"вых пропорциональных звеньях (7 и+28),содержащих пропорциональные звенья с(Зи+14), звена (2 и+к) в пропорциональном звене (Зи+к) и звена (Зи+12) впропорциональном звене (4 и+12),Сигналы, полученные в первых пропорциональных звеньях (7 и+28), поступают на первое звено (4 и+16) суммирования, в котором определяетсясигнал, компенсирующий ошибки экстраполяции управления на интервале,Во втором звене (4 и+17) суммирования суммируются сигналы с выходавторого пропорционального звена б,с выхода первого экстраполятора 12 2и с выхода первого звена (4 и+16)суммирования. Полученный во второмзвене (4 и+17) суммирования сигналявляется управляющим сигналом, который направляется для реализации висполнительный блок (4 и+18).Фактически реализованные в исполнительном блоке (4 и+18) управленияизмеряются с ошибками. Для подавления высокочастотной составляющейэтих ошибок и отдельных большихвыбросов поставлен четвертыйФильтр (4 п+19) низкой частоты,на вход которого поступает сигнал с выхода исполнительного блока (4 п+18), а выходной сигнал идет 40на вход первого звена (4 п+21) задержки и первый вход восьмого звена(4 п+20) сравнения.Для учета и компенсации статистических характеристик идеальных 45управлений адаптируются коэффициентыэкстраполяторов,Сигналы с выходов экстраполяторов1,2,13,14, , к, , (и+12) поступают на входы вторых звеньев (7 и+29) 0задержкисодержащих звенья задержкиот (4 и+ 22) -го до (5 и+22) -го. Сигналс первого экстраполятора 12 запоминается в звене (4 и+12) задержки на время (1+до), сигнал с экстраполятора13 запоминается в .звене (4 и+23) задержки на время С , сигнал с экстраполятора 14 запоминается.в звене(4 и+24) задержки на время (С - л,сигнал с экстраполятора к запоминается в звене (4 и+к) задержки на время 60(и +12) запоминается в звене (5 и+12)задержки иа время ь 1 , С выхода звеньев задержки от (4 и+22) -го до (5 и+22) -го сигналы подаются на первые входы ) 65 четвертых звеньев (7 и+30) сравнения,содержащих звенья сравнения от (5 и+(5 и+23) с (5 и+24), (4 и+24) на (5 и+25), с (4 и+к) на (5 и+к), с (5 и+22)на (би+23). В этих звеньях сравненияиз сигнала, поступающего с выходатретьего фильтра 11 низкой частоты,вычитаются сигналы, идущие с звеньев(4 и+к),и (5 и+22) задержки.Полученные разности поступают навходы первых блоков (7 и+31) адаптации, содержащих блоки адаптации от+23) сравнения сигнал поступает наблок (би+24) адаптации, с звена(би+23) - на блок (7 и+24).В блоках адаптации реализуется,например, следующая процедура. Приусловии, что оператор экстраполятора представленТф р+1Ир. Т,в р+1где ),ср- интервал экстраполяции;Тц)- постоянная времени форсирующего звена,то адаптацию Т си можно производитьпо выражениюю сд пес 1 (дц в)дв/-, (до 1 в)с(вты(с,) =5 ТЫв)с)в-с 3 ")В( )асс(В)бэ- ТФ(8 с(В)с-А СД где ЬО" Ж)=0 (6) О (6А,В,Й - постоянные величины,Сигналы от уточненных в первых блоках (7 и+31) адаптации коэффициентах подаются на экстраполяторы: с блока (би+24) - на первый экстраполятор 12, с блока (би+25) - на экстраполятор 13, с блока (би+26) на экстраполятор 14, с блока (би+к) - на экстраполятор к и с блока (7 и+24) - на экстраполятор (и+12).Изменчивость характеристики объекта управления по отношению к измеряемым внешним воздействиям учитывается путем оперативной подна стройки (адаптации) пересчетного коэффициента второго пропорционального звена б. Это осуществляется следующим образом.Б пятом звене 9 сравнения из сигнала, поступающего с первого звена (4 и+21) задержки, вычитается сигнал, идущий со второго звена 4 сравнения. Полученная в пятом звене 9 сравнения разность идет на второй блок 8 адаптации, в котором реализуется процедура адаптации. Сигнал об уточненном во втором блоке 8 адаптации коэффициенте поступает на второе пропорциональное звено б.Использование предлагаемого регулятора позволяет повысить точность воспроизведения задания эасчет учета в явном виде контролируемых возмущений, компенсации ошибокэкстраполяции управляющих воздействий,ошибок реализации и измеренияуправляющих воздействиб, изменчивос-ти статистических характеристик идеальных управлений и характеристикобъекта управления по отношению кконтролируемым внешним возмущениям. Формула изобретенияПрогноэирующий регулятор, содержащий первый экстраполятор, первое звено задержки и последовательно соединенные первое звено сравнения, первый фильтр низкой частоты, обратную модель объекта без запаздывания и второе звено сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого звена задержки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности регулятора, он содержит второй и третий фильтры низкой частоты, вторые экстраполяторы, третьи звенья сравнения, первые пропорциональные звенья, вторые звенья задержки, четвертые звенья сравнения, первые блоки адаптации, третьи звенья задержки и последовательно соединенные пятое звено сравнения, .второй блок адаптации, второе пропорциональное звено, четвертое звено задержки, шестое звено сравнения, седьмое звено сравнения, инерционное звено, третье пропорциональное звено, первый сумматор, второй сумматор, исполнительный блок,четвертый фильтр низкой частоты и восьмое звено сравнения, выход которого соединен с первым входом одного иэ третьих звеньев сравнения и через соответствующее третье звено задержки - с первыми входами соответствующих других третьих звеньев сравнения, выход второго фильтра.низкой частоты соединен с вторымвходом второго пропорциональногозвена, второй вход второго звенасравнения соединен с вторым входомпятого звена сравнения, выход шестого звена сравнения через третийфильтр низкой частоты соединен спервыми входами первого и вторых экстраполяторов, выход первого экстраполятора соединен с вторым входом10 второго сумматора, выходы вторыхэкстраполяторов через последовательно соединенные соответствующие третье звено сравнения и первое пропорциональное звено соединены с соот 15, ветствующими входами первого сумматора, выходы и вторые входы первого и вторых экстраполяторов соединены через последовательно включенные соответствующие второе звенозадержки, четвертое звено сравнения и .первый блок .адаптации, а первые входы в .с.вторыми входами четвертых.звеньев сравнения, выход .второго пропорционального звена соединен с третьим входом второго сумматора и вторым входом восьмого звена сравнения, выход четвертого фильтра низкой частоты соединен с входомпервого звена задержки, выход второго звена сравнения соединен с вторымЗ 0 входом. шестого звена сравнения ивторым входом пятого звена сравнения, выход соответствующего третьего звена задержки соединен с вторымвходом седьмого звена сравнения,35Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Гурецкий Х. Анализ и,синтезсистем управления с запаздыванием.М.,Машиностроение, 1974, с.214.40 2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2631605,кл.С 05 В 13/02,19.06.78 (прототип) .8157137 рреияСоставитель А.ЛащевКацалап Техред М.Лоя Корректор М.Демчикакт каз 1036/78 Тираж 940 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4лиал ППП Патент, г,ужгород, Ул.Проектная, 4