Регулирующее устройство

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскиаСоциалистическихРеспублик(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 26,06,81(21) 3306649/18-24с присоединением заявки Йо(23) Приоритет4Опубликовано 07,12.82, Бюллетень Йо 45Дата опубликования описания 07, 12. 82 фМ К з С 05 В 13/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088.8) Л.П.Мышляев, В.П.Авдеев, С.К,Коровий,С.Ф,Киселев, В.И.Косырев, Ю.Н.Марченкои И.Н.ЩемелеваСибирский ордена Трудового Красного Знаменнметаллургический институт им. Серго; Орджоникидзеи Всесоюзный центральный ордена ТрудовогоКрасногоЗнамени научно-исследовательский институт -комПлеКсной"автоматизации(54) РЕГУЛИРУОЦЕЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для построения систем регулирования техничЕскими объектами, характеристики каналов регулирования которых изменяются незначительно; а структурно-. статические свойства неконтролируемых возмущений претерпевают с течением времени существенные изменения. Известен регулятор, содержащий последовательно соединенные первый блок сравнения, фильтр низкой частоты, пропорционально-интегральный блок (регулятор), второй блок сравнения, модель объекта регулирования и первый сумматор, выход которого соединен с входом первого блока сравнения, последовательно соединенные экстраполятор и блок задержки, причем вход экстраполятора соединен с выходом пропорционально-интегрального блока, выход блока задержки с входом второго блока сравнения, на один иэ входов сумматора подает,- ся измеряемый сигнал регулируемой координаты, заданный сигнал подается на один из входов первого блока сравнения, выход экстраполятора является выходом регулятора 1. Недостаток этого регулятора заключается в невысокой точности ре.гулирования вследствие того, что5структурно-статические свойства неконтролируемых возмущений изменяются, а структура и параметры регулятора остаются неизменными, выбранными в ориентации на определенные свойства возмущений,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство, содержащее первую и вторую модели объекта, выходами соединенные соответственно. с первымивходами первого и второго суммато"ров, фильтры низкой частоты, первыйвход и выход первого фильтра низкойчастоты подключены соответственно квыходу первого блока сравнения и .первому входу первого регулятора,первые входы второго и третьегофильтров низкой частоты соединенысоответственно через первый и второйквадраторы с выходами второго и третьего блоков сравнения, а выходыс первым и вторым входами третьегосумматора, первый вход четвертогофильтра низкой частоты подключенк выходу четвертого блока сравнения, выход первого регулятора сое 980069динеи с первым входом пятого блокасравнения, первый вход шестого блока сравнения подключен через второйрегулятор к выходу четвертого фильтра низкой частоты, а выходы пятогои шестого блоков сравнения соединены соответственно с первыми входами первой и второй моделей объекта,вторые входы первого и второго сумматоров подключены к первому входуустройства, выход первого сумматора - 1 Ок первым входам первого и второгоблоков сравнения, а выход второгосумматора - к первым входам третьего и четвертого блоков сравнения,вторые входы первого, второго, третьего и четвертого блоков сравнения соединены с вторым входом устройства, первый и второй входы третьего сумматора соединены соответственно с первыми входами первого ивторого блоков деления, а выходс вторыми входами первого и второгоблоков деления, первый и второй блоки умножения, первые входы. которыхсоединены соответственно с выходамипервого и второго блоков деления,вторые входы - с первыми входамишестого и пятого блоков сравнения,а выходы - с первым и вторым входамичетвертого сумматора, выход которогоподключен к вторым входам пятого и Зошестого блоков сравнения 2 3.Недостаток этого регулирующегоустройства заключается в невысокойточности регулирования, обусловленной тем, что при неэффективной работе одного из контуров моделирования снижается качество регулированиявсего регулятора. Плохая работа одного из контуров может быть вызвана,например резкими изменениями неконтролируемых возмущений,которые могутпривести к нежелательным изменениям режима работы одного из модельных контуров регулирования.Цель изобретения - повышение точности устройства.Указанная цель достигается тем,что в регулирующее устройство введены первое и второе реле, первыйи второй ключи, первый и второй масштабирующие блоки, блок задания иседьмой и восьмой блоки сравнения,первые входы которых подключены кблоку задания, вторые входы - соответственно к выходам второго и,первого блоков деления, выход второгофильтра низкой частоты соединен через первый масштабирующий блок спервым входом первого ключа, выходкоторого подключен к второму входу бОтретьего Фильтра низкой частоты,выход последнего соединен через второймасштабирующий блок с первым входом второго ключа, выход которогоподключен к второму входу второго 65 фильтра низкой частоты, выход седьмого блока сравнения соединен через первое реле с вторыми входами первой модели объекта, первого фильтра низкой частоты, первого регулятора и второго ключа, а выход восьмого блока сравнения соединен через второе реле с вторыми входами второй модели объекта, четвертого фильтра низкой частоты и первого ключа.На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого регулирующего устройства.Устройство содержит первый сумматор 1, первый блок 2 сравнения, первый фильтр 3 низкой частоты, содержащий блок 4 сравнения, усилитель 5 с насыщением, интегратор 6, первый регулятор 7, содержащий масштабирующие блоки 8 и 9, интегратор 10 и сумматор 11, второй блок 12 сравнения, Первая модель 13 объекта, содержит блок 14 задержки, блок 15 сравнения, масштабирующий блок 16 и интегратор 17, третий блок 18 сравнения, первый квадратор 19, второй фильтр 20 низкой частоты, содержащий блок 21 сравнения, усилитель 22 с насыщением, и интегратор 23, первый блок 24 деления, первый блок 25 умножения, первое реле 26, четвертый блок 27 сравнения, первый масштабирующий блок 28, первый ключ 29, блок 30 задания, второй сумматор 31, третий сумматор 32, второе реле 33, ;пятый блок 34 сравнения, второй ключ 35, второй масштабирующий блок 36, шестой блок 37 сравнения, второй квадратор 38, третий фильтр 39 низкой частоты, содержащий блок 40 сравнения, усилитель 41 с насыщением, и интегратор 42, второй блок 43 деления, второй блок 44 умножения, четвертый сумматор 45, седьмой блок 46 сравнения, четвертый фильтр 47 низкой частоты, содержащий блок 48 сравнения, усилитель 49 с насыщением и интегратор 50, второй регулятор 51, восьмой блок 52 сравнения. Вторая модель 53 объекта содержит блок 54 задержки, блок 55 сравнения, масштабирующий блок 56, интегратор 57, измеряемый выходной сигнал объекта регулирования (регулируемая координата в момент времениУ(1), заданный сигнал (задание на регулируемую координату) Уф(1), выходные сигналы соответственно первого и второго модельных контуров регулирования у 1(С) и У 6(1), натуральный управляющий сигнал 0(С), управляющие сигналы соответственно первого и второго модельных контуров регулирования О (Ои П-Устройство работает следующим образом.ка 9 ийтегрируется в интеграторе 10и суммируется с выходным сигналоммасштабирующего блока 8 в пятом сумматоре 11. На выходе пятого сумматора получается сигнал об управлениипервого модельного контура 01(1) .Из сигнала 0(С) в пятом блоке 34сравнения вычитается сигнал 0о натуральном управляющем воздействии на сигнал о полученной разностипоступает на вход первой модели 13объекта регулирования с передаточнойфункцией, например видаТ + 1Тр+ 1где К - коэффициент передачиобъекта;Т и- постояннье времени.Сигнал о разности 01 и 0(1)задерживается в блоке 14 задержкипервой модели 13 объекта на времядалее сравнивается с выходньм сигналом интегратора 17 в блоке 15сравнения, умножается на коэффициентК в масштабирующем блоке 16 и накапливается в интеграторе 17, Выходнойсигнал интегратора 17 является выходным сигналом первой модели 13объекта. Таким образом, выходной сигнал у 1 определяется по выражению(1(М: Ч(С)+ а(р) О(С)- О(ц 3,в котором используются натуральныевыходные У(1) и управляющие 0(Мсигналы и модель объекта регулирования,Аналогичным образом работает второй модельный контур, составленныйиз второго сумматора 31, четвертогэблока 27 сравнения, четвертого Фильтра 47 низкой частоты, второго регулятора 51, например с пропорциональным законом регулирования, шестого блока 37 сравнения и второй модели 53 объекта. Этот контур по сравнению с первым модельным контуромимеет большее быстродействие, таккак в нем реализован пропорциональный регулятор. Четвертый фильтр 47низкой частоты является также болеебыстродействующим.Для оценки эФфективности модельных контуров регулирования во втором блоке 12 сравнения из выходногосигнала 71(1) первого модельного контура регулирования вычитается заданный сигнал У"(1). Сигнад о полученной ошибке регулирования возводится в квадрат в первом квадраторе19 и поступает на вход второго Фильтра 20 низкой частоты для полученияоценки текущего значения дисперсииошибки регулирования 0 (г). ВторойФильтр 20 низкой частоты работаетаналогично первому фильтру 3 низкой частоты. В первом модельном контуре регулирования, состоящем из первого сумматора 1, первого блока 2 сравнения,первого Фильтра 3 низкой частоты,первого. регулятора 7, пятого блока34 сравнения, и первой модели 13объекта, вырабатывается сигнал о первом модельном управлении 0 (1) . Дляэтого выходной сигнал У(1) объектауправления в первом сумматоре 1 суммируется с выходным сигналом первоймодели 13 объекта регулирования. Врезультате на выходе первого сумматора 1 получается выходной сигнал У(1)первого модельного контура регулирования, Сигнал У(1) поступает напервый блок 2 сравнения, где из неговычитается заданный сигнал У"(С).Полученный сигнал об ошибке регулирования подается на первый фильтр3 низкой частоты, который предназначен для подавления высокочастотнойсоставляющей сигнала, что повышаетточность его дальнейшего преобразования.Первый фильтр 3 низкой частотыработает следующим образом. 25Сигнал об ошибке регулирования свыхода первого блока 2 сравнениясравнивается с выходным сигналоминтегратора б в блоке 4 сравнения,Полученный сйгнал усиливается в уси- Золителе 5 с насыщением и накапливается в интеграторе б. Усилитель 5с насыщением позволяет избавиться ототдельных больших изменений (выбросов) сигнала об ошибке регулирования, Выход интегратора б является выходом фильтра 3 низкой частоты. Свыхода интегратора 6 сигнал о сглаженном значении ошибки регулирования поступает на первый РегУлятоР 7, 4 Онапример с пропорционально-интегральным законом регулирования"игде Кр, Е и Ти -настроечные параметры регулятора;.д 7 -сглаженное значениеошибки регулирования 5(на момент времени й.Первый регулятор 7 реализуется,например с помощью масштабирующегоблока 8, последовательно соединенныхмасштабирующего блока 9, интегратора 10 и сумматора 11, второй входкоторого через масштабирующий блок8 соединен с выходом интегратора бпервого Фильтра 3 низкой частоты.Первый регулятор 7 работает следующим образом,Сглаженное значение ошибки регулирования д 7 умножается в.масштабирующих блоках 9 и 8 на соответствующие коэффициенты Х и Кр. Далеесигнал с выхода масштабирующего блоработающего модельного контура регулирования. Для этого сигналы овесовых коэффициентах(1) и Го(,-" (1) с выходов первого и второгоблоков 24 и 43 деления сравниваются в седьмом и восьмом блоках 46 и52 сравнения соответственно с заданной величиной о(, . Если, напримерК -(1) меньше заданной величины,то с выхода второго реле 33 сигнал1 О поступает на вторые входы интеграторов 50 и 57 соответственно четвертого фильтра 47 низкой частоты ивторой модели 53 объекта, В результате дальнейшее интегрирование начи 15 нается с заданного начального значения сигнала, например с нуля. Сигнал с выхода второго реле 33 поступает на первый ключ 29 и величинаР 1(1) умноженная на заданный коэф 20 фициент, например 1,5 в первом масштабирующем блоке 28 поступает в интегратор 42 третьего фильтра 39 низкой частоты в качестве заданного начального значения сигнала. Таким об 25 разом, второй модельный контур начинает работу с новых начальныхусловий соответствующих натурномурежиму управления. Аналогично.если Ыт(1) меньше о(ф, то по сиг 30 налу первого реЛе 26 меняются начальные условия интеграторов б, 10и 17 соответственно первого фильтра 3 низкой частоты, первого регулятора 7 и первой модели 13 объекта,35 Сигнал о выходе первого реле 26вызывает замыкание второго ключа35 и сигнал Р-"(1) умноженный, например на коэффициент 1,5 во втором масштабирующем блоке 36 посту 40 пает в качестве начального значения в интегратор 23 второго фильтра20 низкой частоты.В результате в неэффективно работающий контур вводятся новые на 45 чальные условия) что позволяет устранить эффекты отрицательных управляющих воздействий.Использование предлагаемого изобретения дает возможность повыситьточность воспроизведения заданияза счет смены режимов в неэффективно работающих модельных контурах регулирования, Результаты моделирования показывают, что при существенно нестационарных неконтролируемыхвозмущениях, особенно при их. резкихизменениях, использование предлагаемого регулятора повышает точностьвоспроизведения задания в среднемна 5 за счет смены режимов работыбо модельных контуров,Сигнал о натуральном управляющем воздействии У(с) подается на входы пятого и шестого блоков .34 и 37 сравнения и на объект регулирования,Формула изобретения Точно также с помощью третьегоблока 18 сравнения, второго квадратора 38 и третьего Фильтра 39,низ"кой частоты оценивается текущаядисперсия Р-"(1) ошибки регулирования второго модельного контура регулирования.На основе. управляющих сигналовУ, (1), 01 (С) и дисперсий Р (С),Р-(1) ошибок регулирования первогои второго модельных контуров регулирования. вырабатывается натурноеуправляющее воздействие Б, вчастности путем взвешенного суммирования Б (1) и 11,(с). Для этого1предварительно рассчитываются весовые коэффициенты. Делается это следующим образом,На входы третьего сумматора 32поступают сигналы о Р 1(1) и Р(1)с выходов второго и третьего фильтров 20 и 39 низкой частоты, Сигнало полученной сумме подается на выходы первого и второго блоков 24 и43 деления, На вход первого блока24 деления подается также сигнал оР (С), а на вход, второго блока 431деления - Р-(с), На выходе первого1блока 24 деления получается сигнало весовом коэффициенте с( -(Т) приуправляющем воздействии (2-, а навыходе второго блока деления 43о весовом коэффициенте о(, приуправляющем воздействии Б 1(1) .Сигнал о с(,(Ц с выхода второгоблока 43,целения подается на одиняз вхоцов второго блока 44 умножен;-.;я на другой вход которого поступает сигнал о Б(1) с выхода первогорегулятора 7. На вход первого блока25 умножения подаются сигналы с(,-"(1)с первого блока 24 деления и 12(1)с второго регулятора 51, Выходныесигналь. первого и второго блоков25 и 44 умножения суммируются в четвертом сумматоре 45 и в результатеполучается сигнал о натуральном упОаялени 1 л ОИ 2 с( (2 01(Ц+ о( (Ц (2где Ы Ю== - ; с-(+2= х д Б-"(с 2 ц. 2 И) И+1)-Я 2 (+2+БМПри неэффективной работе одного из контуров, когда д,".или Ы-"(с) меньше заданной величины о(", равной, в частности 0,2 необходимо для улучшения качества регулирования сменить режим работы неэффективно Регулирующее устройство, содержа-,щее первую и вторую модели объекта,шестого и пятого блоков сравнения,а выходы - с первым и вторым входамичетвертого сумматора, выход которого подключен к вторым входам пятого и шестого блоков сравнения, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности устройства,оно содержит первое и второе реле,первый и второй ключи, первый и второй масштабирукцие блоки, блок эада 10 ния и седьмой и восьмой блоки сравнения, первые входы которых подключены к блоку задания, вторыевходы - соответственно к выходам.второго и первого блоков деле 15 ния, выход второго фильтра низкой частоты соединен через первый масштабирующий блок с первымвходом первого ключа, выход которого подключен к второму входу третье 20 го фильтра низкой частоты, выход последнего соединен через второй масштабирующий блок с первым входом второго ключа, выход которого подключен к,второму входу второго фильтра низкой25 частоты, выход седьмого блока сравнения соединен через первое реле свторыми входами первой стадии объекта,первого фильтра низкой частоты, первого регулятора и второго ключа, а30 выход восьмого блока уравнения соединен через второе реле с вторымивходами второй модели объекта, четвертого фильтра низкой частоты и первого ключа., 35 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе выходами соединенные соответственнос первыми входами первого и второгосумматоров, фильтры низкой частоты,первый вход и выход первого фильтранизкой частоты подключены соответственно к выходу первого блока срав.нения и к первому входу первого регулятора, первые входы второго итретьего фильтров низкой частотысоединены соответственно через первый и второй квадраторы. с выходами второго и третьего блоков сравнения, а выходы - с первым и вторымвходами третьего сумматора, первыйвход четвертого Фильтра низкой частоты подключен к выходу четвертогоблока сравнения, выход первого регулятора соединен с первым входомпятого блока сравнения, первый входшестого блока сравнения подключенчерез второй регулятор к выходу четвертого Фильтра низкой частоты, авыходы пятого и шестого блоков сравнения соединены соответственно с первыми входами первой и второй моделейобъекта; вторые Рходы первого и второго сумматоров подключены к первому входу устройства выход первогосумматора в . к первым входам первогои второго блоков сравнения, а выходвторого сумматора - к первым входамтретьего и четвертого блоков сравнения, вторые входы первого, второго,третьего и четвертого блоков сравнения соединены с .вторым входом устройства, первый и второй входы третьего сумматора соединены соответственно с первыми входами первого ивторого блоков деления, а выход - свторыми входами первого и второгоблоков деления, первый и второй блоки умножения, первые входы которых,соединены соответственно с выходами первого и второго блоков деления,вторые входы - с первыми входами 1. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2877791/18-24,40 кл. а 05 В 13/02.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2961396/18-24,кл, 0 05 В 13/02, (прототип).980069 Составитель А,Лащевор Ю.Середа Техред И,Надь Корректор Г.Решетник о й а Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная358/37ВНИИПИпо113035 Тираж 914 сударственн ам изобрете осква, ЖПодписноемитета СССРоткрытийская наб., д. 4/