Устройство управления несколькимиоднотипными обектами c инерцией

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТ.ЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 2006.77 (21) 2497696/18-24 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет С 05 В 11/01 Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий(71) Заявитель Ордена Ленина институт кибернетики АН УкраинскойССР(54) УСТРОИСТВО УПРАВЛЕНИЯ НЕСКОЛЬКИМИ ОДНОТИПНЫМИ ОБЪЕКТАМИ С ИНЕРЦИЕИИзобретение относится к автоматике . и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления инерционными технологическими процессами, осуществляемыми в нескольких параллельно работающих однотипных аппаратах, например . алкилаторах.Известно многоканальное устройство управления, содержащее в каждом канале блок сравнения, дискретный (шаговый) интегратор и регулятор, а также общие для. всех каналов коммутатор и блок вычисления заданных значений. Блок сравнения в каждом канале по под 15 ключенным к нему коммутаторам сигнала задания и переменной выдает управляющие импульсы, воспринимаемые шаговым интегратором, выходной сигнал которого является заданием локально" 20 му регулятору. устройство управления реализует О-закон регулирования, что не всегда достаточно для качественного управления инерционными объектами, и имеет недостаточные функциональные возможности для осуществления болеесложных функций управления (1)Известен автоматический оптимизатор группы объектов, ксторый оптимизирует общий показатель с учетом ха рактеристик работы отдельных объектов 2) .Однако для управления объектами.с существенными динамическими параметрами (инерционность, запаздывание), а также для учета особенностейотдельных объектов его функциональные возможности оказываются недоста-,точными,Наиболее близкой по техническойсущности является система управленияпроцессом алкилирования бензола олефинами, которая содержит устройствоуправления несколькими объектами синерцией, включающее блок ввода-запоминания состава алкилата, блоки определения текущего и оптимальногозначений режимных параметров; блокдифференцирования, блок формированиярежимных параметров, блок коррекциипо различным параметрам, блоки запоминания режимных параметров и требуемых расходов бензола, коммутаторыканалов объектов, осуществляющие связи с датчиками и между отдельнымиблоками (3 (,Недостатками системы являются низкое качество управления и сложностьблоков ввода данных о. режимных параметрах.Цель изобретения - повышение качества управления.Поставленная цель достигается тем,что в устройство управления несколькими однотипными объектами с инерцией, содержащее четыре группы коммутаторов, блоки определения текущегои оптимальногозначений режимных параметров объектов, входы которыхобъединены и подключены к выходамсоответствукщих коммутаторов первойгруппы, подключенных входами к информационным линиям инерционных режимных параметров объектов, к выходам блоков;определения текущего и оптимального значений режимных параметров объектов подключен блок формирования режимных параметров объекта,выход которого через вторую группукоммутаторов подключен к входам блока запоминания режимных параметровобъектов, блок коррекции, к входам 20которого через коммутаторы третьейгруппы подключены информационные входы измеряемых возмущений, а его выход через коммутатор четвертой группы соединен с входами блока запоминания управлений, выходы которого являются выходами устройства, программный блок, выход которого подсоединеньт к соответствующим командным входам всех групп коммутаторов, блоказапоминания режимных параметров и блока дифференцирования, в канал каждого объекта последовательно включеныадаптивный блок экспоненциальногосглаживания и суммирующий блок, второй вход которого соединен с входом адаптивного блока экспоненциальногосглаживания и подключен к соответствующему выходу блока запоминания режимных параметров и к соответствующему входу блока дифференцирования, 40соответствующий выход которого соединен с третьим входом суммирующего блока, к другим входам блока дифференцирования подключены информационныевходы косвенных оценок режимных пара-,45метров объектов, выходы суммирующих блоков через коммутатор третьей группы подсоединены к входу блока коррекции, к командным входам адаптивного блока экспоненциального сглаживания подключены соответствующие выходы. программного блока.Каждый адаптивный блок экспонен- циального сглаживания содержит две ячейки памяти, входы которых подключены к замыкающему и размыкающему контактам первого переключателя, соединенного с выходом суммирующего элемента, один вход которого является входом блока, а другой вход через элемент с регулируемым коэффициентом пе- щ редачи связан с выходом блока и вторым переключателем, размыкакщий и замыкающий контакты которого подсоединены к выходам ячеек памяти, командные входы ячеек памяти и переключателей соединены с соответствующими командными входами блока.Кроме того, дифференцирующий блоксодержит в канале каждого объекта последовательно включенные суммирующий .элемент, ячейку памяти и элементсравнения, другой вход которого соединен с входом ячейки памяти, а выход элемента сравнения подключен кзажиму соответствующего выхода дифференцирующего блока, входы суммирующего элемента подключены к соответствукщим зажимам первых и вторых входов дифференцирующего блока, а командные входы ячеек памяти соединеныс командными входами дифференцирующего блока,На фиг. 1 представлена структурная схема устройства управления несколькими однотипными объектами синерцией; на фиг, 2 - временная диаг-,.рамма его работы, на фиг. 3 - структурная схема адаптивного блока экспоненциального сглаживания, на фиг,4 структурная схема блока дифференцирования.Устройство управления несколькимиоднотипными объектами с инерцией содержит четыре группы коммутаторов(1 группа - коммутаторы 1 - 1группа - коммутатор 2, 11 группа - коммутаторы 3 и 4 -4 к, Ч группа - коммутатор 5), блоки б и 7 определения текущего и оптимальногозначений режимных параметров объектов, блок 8 формирования режимныхпараметров объектов, блок 9 запоминания режимных параметров объектов, адаптивные блоки 10 -10 и экспоненциального сглаживания, суммирующие блоки 114 -11 и, блок 12 дифференцирования, блок.13 коррекции,блок 14 запоминания управлений, программный блок 15.Каждый адаптивный блок экспоненциального сглаживания содержит двеячейки 16, 17 памяти, входы которыхподключены к замыкающему и размыкающему контактам первого переключателя18., соединенного с выходом суммирующего элемента 19, один вход которо-го является входом блока, а его другой вход через элемент 20 с регулируемым коэффициентом передачи соединен с выходом блока и вторым переключателем 21, размыкающий и замыкающий контакты которого соединены с выходами ячеек 1 б, 17 памяти.Дифференцирующий блок 12 содержитв канале каждого объекта последовательно включенные суммирующий элемент 22, ячейку 23 памяти и элемент24 сравнения, другой вход которогосоединен со входом ячейки 23 памяти,а его выход подключен к зажиму соответствующего данному объекту выходаблока. Входы суммирующего элемента 22в канале каждого объекта подключенык соответствующим данному объекту.первому и второму входам блока, а ко 1 мандные входы ячеек 23 -23 И памятиподсоединены к командным входам блока дифференцирования,Устройство управления работает следующим образом,Очередность обслуживания и однотипных объектов и цикличность опросаинформационных входов устройства определяется программным блоком 15, упрощенная временная диаграмма работыкоторого представлена на фиг. 2По командам а программного блока 15 последовательно для каждогоиз и объектов коммутаторы 14 -1 подключают информационные линии инерционных режимных параметров объекта 15к входам блоков б и 7 определения текущего и оптимального значений режимных параметров. На основе этих значений в блоке 8 формируется отклонение режимного параметра по данному 20объекту и через коммутатор 2 подключается для записи (по той же команде а) к соответствующей ячейке памяти блока 9 запоминания режимныхпараметров. Значение ."1" (высокийуровень) команды а по каждому из иобъектов (см, Фиг. 2) соответствуетподключению каналов данного объектана входы или выходы соответствующихблоков 6-8 и установлению режима"Запись" в соответствующей данномуобъекту ячейке памяти блока 9, а значение "0" (низкий уровень) команды асоответствует отключению каналовобъектов от блоков и режиму "Считывание" в ячейках памяти. 35Таким образом, после обслуживанияпо командам а последнего (и-го)объекта в ячейках памяти блока 9 записываются новые значения режимныхпараметров объектов, которые используются для выработки управлений наобъекты. Цикл ввода данных (периодТ 4 ) определяется дискретностью полу-чения информации об инерционных режимных параметрах объектов. Для пРЬцесса алкилирования этот период составляет Т 4 = 2 ч. Ячейки памяти блока 9 запомйнания режимных параметровобъектов (а также других запоминающих блоков устройства управления)обеспечивают полезный выходной сигналне только в режиме фСчитывание", нои в режиме "Запись,Команды а вырабатываются в блоке15 по жесткой программе, сигнализируя оператору о"необходимости ввода 55данных о режимных параметрах объектов. В другом случае эти команды вырабатываются в программном блоке 15по сигналам оператора при вводе имочередных данных состава алкилата,прыщэтом циклы Т и Т могут быть несйн 2хронизированы.В блоке 12 дифференцирования покомандам б программного блока 15 последовательно для каждого из и . у объектов в начале каждого цикла спериодом Т (обычно Т значительноменьше Т - в устройстве управлениянесколькими алкилаторами Т34 мин) осуществляется запись (приб = 1) в каждой из и ячеек 23, 23 ипамяти блока суммы 2-х сигналоврежимного параметра объекта (с соответствующего выхода блока 9) и егокосвенной оценки (с соответствующегоинформационного входа устройства),Сразу после записи этих сигналов вячейку памяти данного объекта сигнална соответствующем выходе блока равеннулю, так как на элемент 24 сравненияпоступают равные сигналы. Однако вдальнейшем при.изменении входных сигналов блока (в первую очередь, косвенной оценки режимного параметратемпературы в зоне реакции алкилатора) выходной сигнал также изменяетсяи представляет собой текущее значение (т.е. значение в данный моментна интервале 0 - Т) первой разностивходных сигналов блока,Таким образом, любые отклонениявходных сигналов от их зафиксированных в начале цикла в ячейке 23 памятизначений сразу приводят к изменениюсоответствующего выходного сигналаблока, используемого для выработкиуправления по данному объекту, Приэтом в устройстве управления несколькими алкилаторами учитываются резкие"выбросы" температуры в зоне реакцииалкилаторов, что является его важнымпреимуществом по сравнению с известными устройствами. Одновременно в блоке 12 дифференцирования вырабатывает-.ся сигнал коррекции по производной(первой разности) состава алкилата,что поэволяет повысить качество управления в переходных режимах.Сигналы с выходов блока 9 запоминания режимных параметров и дифференцирующего блока 12 поступают на входы соответствующих суммирующих блоков 11( -11 и. Эти сигналы являютсяпропорциональныяи и дифференциальнымисоставляющими закона формированияуправлений на объекты, Кроме этого,на входы суммирующих блоков 11-111поступают сигналы с выходов адаптивных блоков экспоненциального сглаживания 104 -10 и, эквивалентные интегральной составляющей закона формирования управлений на объекты. Однако в отличие от обычного интегратора (дискретного или непрерывного)в этих блоках происходит "забывание"предыдущих значений входных сигналов(отклонений режимных параметров отоптимальных значений) в соответствиис адаптивным алгоритмом экспоненциального сглаживания. Это позволяетфильтровать .ошибки измерения составаалкилата, определяющего режимные параметры объектов в устройстве управления несколькими алкилаторами с инер 840793цией, обеспечивая высокое качество управления в стационарных и переходныхрежимах, а также при изменении илинеидентичности характеристик отдельных алкилаторов.4Реализация адаптивных алгоритмовэкспоненциального сглаживания в блоках 10 -10 и осуществляется по командам в, г и д программного блока 15(фиг. 2). Команда д (общая для всехблоков 10 -10 Н) определяет положениепереключателей блока (при д = 0 закорочены размыкающие контакты, а прид = 1 - замыкающие), а команды в и гуправляют режимами "Запись" (прив = 1 или г = 1) и "Считывание" (прив = 0 или г = 0) соответственно первой и второй ячейки памяти в адаптивном блоке данного объекта,В момент записи информации, например в первую ячейку 16 блока 10(при этом команды на его входах в=1,г = 0 и д = 1), на ее вход череззамкнутый замыкающий контакт первогопереключателя 18 с выхода суммирующего элемента 19 подается сумма вход-ного сигнала блока и "взвешенного" 25значения его выходного сигнала, т,е,содержимого второй ячейки 17 памяти,выходной сигнал которой через замкнутый замыкающий контакт (д = 1) второго переключателя 21 и элемент 20с регулируемым коэффициентом передачи, определяющим "вес" предыдущихзначений в адаптивном алгоритме экспоненциального сглаживания, подаетсяна суммирующий элемент 19. Таким образом, в очередном полуцикле (прид = 0) на выходе этого блока появляется выходной сигнал первой ячейки16, представляющий собой сумму последнего и всех предыдущих отклоненийрежимного параметра данного объекта 40от его оптимального значения, причем"вес" предыдущих значений убывает(при коэффициенте передачи регулируемого элемента блока, меньшем единицы) по мере их удаления от текущего 45момента времени. Отклонение, записанное в одну из ячеек этого блока, десять шагов (полуциклов) назад прикоэффициенте передачи регулируемогоэлемента, равным 0,9, учитывается 5 Ов сумме на текущем шаге.с "весомф0,91 О " = 0,38. В начале очередногополуцикла при д = О, в = 0 и г = 1запись производится во вторую ячейку 17 памяти блока 10 и так далее.Циклы записи в каждой из ячеек памяти блока повторяются с периодом 2 Т,а выходной сигнал блока изменяетсядва раза за этот период, т.е. одинраз в полуцикл, равный Т. Аналогично работают и остальные блоки 10- , 4010.Выходные сигналы суммирующих бло-,ков 11 А, периодически по командаме = 1 подключаются коммутатором 3третьей группы к одному из входов бло ф ка 13 коррекции. На другие входы этого блока по тем же командаМ е = 1.коммутаторы 4 А -4 к подключают информационные входы измеряемых возмущений. На основе этих данных в блоке 13 кор. рекции определяются требуемые значения управлений на объекты, которые по, тем же командам е = 1 подключаются коммутатором 5 на входы блока 14 запоминания управлений. Выходные сигналы этого блока, остающиеся постоянными при е = 0 до следующего цикла записи, являются заданиями локальных регуляторов отработки управляющих воздЕйствий на объехты, например расходов бензола на алкилаторы.Применение предлагаемого устройства позволяет увеличить качество управления путем учета при формировании управлений по каждому объекту информации об отклонениях режимных параметров от оптимальных значений, накопленной на предыдущих шагах управления по данному объекту, и текущего значения первой разности сигналов о режимных параметрах и их оценках.формула изобретения1. Устройство управления несколькими однотипными объектами с инерцией, содержащее четыре группы коммутаторов, блоки определения текущего и оптимального значений режимных параметров объектов, входы которых объединены и подключены к выходам соответствующих коммутаторов первой группы, входы которых подсоединены к информационным линиям инерционных режимных параметров объектов, к выходам блоков определения текущего и оптимального значений режимных параметров объектов подключен блок формирования режимных параметров объекта, выход которого через вторую группу коммутаторов подключен к входам блока запоминания режимных параметров объектов, блок коррекции, к входам которого через коммутаторы третьей группы подключены информационные входы измеряемых возмущений, а его выход через коммутатор четвертой группы соединен с входами блока запоминания управлений, выходы которого являются выходами устройства, программный блок, выходы которого подсоединены к соответствующим командным входам всех групп коммутаторов, блока запоминания режимных парметров и блока дефференцирования, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества управления, в канал каждого объекта последовательно включены адаптивный блок экспоненциального сглаживания и суммирующий блок, второй вход которого соединен с входом адаптивного блокаэкспоненциального сглаживания и подключен к соответствующему выходу блока запоминания режимных параметров и к соответствующему входу блока дифференцирования, соответствующий выход которого соединен с третьим входом суммирующего блока, к другим входам блока дифференцирования подключены информационные входы косвенных оценок. режимных параметров объектов, выходы. суммирующих блоков через коммутатор третьей группы подсоединены к соответствующему входу блока коррекции, ккомандным входам адаптивного блока экспоненциального сглаживания подключены соответствующие выходы программного блока.2, Устройство по и. 1, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что каждый адаптивный блок экспоненциального сглаживания содержит две ячейки памяти, входы которых подключены к замыкающему и размыкающему контактам первого переключателя, соединенного с выходом суммирующего элемента, один вход которого является входом блока, а другой вход через элемент с регулируемым коэффициентом передачи связан с выходом блока и вторым переключателем, размыкающий и замыкающий контакты которого подсоединены к выходам ячеек памяти, командныевходы ячеек памяти и переключателейсоединены с соответствующими командМыми входами блока.3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что дифференцирующий блок содержит в канале каждого объекта последовательно включенные суммирующий элемент, ячейкупамяти и элемент сравнения, другойвход которого соединен с входом ячейки памяти, а выход элемента сравнения подключен к зажиму соответствующего выхода дифференцирующего блока,входы суммирующего элемента подклю чены к соответствующим зажимам первых и вторых. входов дифференцирующего блока, а командные входы ячеекпамяти соединены с командными входами дифференцирующего блока.20Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 401957, кл. С 05 В 11/58, 1971.2. Авторское свидетельство СССРР 462166, кл. С 05 В 13/02, 1973.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2445510, 10.01.77.