Система автоматического управления

,ЯО 5 В 17 02 13 0 51) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ нефтехимии других ниями в химической металлургической х промышленности,повьппение точносз ческо зобреемы в тра и сов,о рацель мпен СТЕМА АВТОМА тер"систек сист енсаприаниияим управлени с перем р олируемыГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(57) Изобретение относи мам автоматического упр жет найти применение пр объектами с запаздывани ными параметрами и неко словиях запаздывания в объекте упавления, которая достигается введе нием в цепь компенсации неконтролируемого возмущения прогнозирующблока и контура самонастройки п. метров прогнозирующего блока, Ссинхронизации сигналов в цепи ксации неконтролируемых, возмущенсистеме реализована коррекция ивала задержки блока задержки. Вме повышается эффективность компции неконтролируемых возмущенийменительно к объектам с запаздывем. 6 ил, 140997140 Изобретение относится к системамавтоматического управления и можетбыть использовано при управленииобъектами с запаздыванием с переменными параметрами и неконтролируемыми5возмущениями в химической, нефтехимической, металлургической и другихотраслях промышленности.Цель изобретения - повышение точ 10ности системы в условиях запаздыванияв объекте.На фиг. 1 представлена структурнаясхема системы; на фиг. 2 - структурная схема компенсации неконтролнруемых 15возмущений; на фиг. 3 - зависимостьэффективности компенсации неконтролируемь 1 х возмущений.от величины отношения запаздывания в системе и постоянной времени объекта; на фиг. 4 - . 20структурная схема блоков интегрирования на скользящем интервале времеУни; на фиг. 5 - структурная схемапрогноэирующего блока; на фиг, 6 -структурная схема блока задержки, 25Система (фиг, 1) содержит первыйсумматор 1, регулятор 2, второй сумматор 3, объект 4 управления, обратную модель 5 объекта управления, третий сумматор б, блок 7 задержки с перестраиваемым запаздыванием, корректирующий блок 8, первый блок 9 умножения, первый интегратор 10, блок 11деления, блок 12 самонастройки, второй блок 13 умножения второй интегратор 14 и прогнозирующий блок 15,На фиг. 2 обозначены сумматор 16,объект 17 управления, обратная модель18 объекта, блок 19 задержки и сумматор 20,Блок интегрирования на скользящеминтервале времени (фиг. 4) включаетблок 21 задержки, сумматор 22 и интегратор 23,(ЛЦП) 29, усилители 30 т 1,30-ш,инверторы 31-131-ш, управляемыеключи 32-1. ,32-ш, блоки 33-133-ш+ зад,.ржки, управляемые ключи34-134-ш, сумматор 35 и задатчик 36,На фиг, 1 приняты следующие обозначения: Х - сигнал задания;У -выходной сигнал объекта; Г - неконтролируемое возмущение; ф - выходной сигнал регулятора; Ц - полное управляющее воздействие; Г(1-Ь 1) - оценка неконтролируемого возмущения, пофллучаемая на выходе сумматора 6; Гнитоговая оценка неконтролируемоговозмущения, участвующая в формировании управляющего воздействия;сигнал рассогласования между сигналомзадания и выходным сигналом объекта.На фиг. 2 приняты следующие обозначения: Х - неконтролируемое возмущение; У - выходной сигнал объекта;Г - оценка неконтролируемого возмущения.На фиг. 3 представлена зависимостьэффективности компенсации неконтр"лируемых возмущений, оцениваемая как отр Офношение М 1 УУМУ, 1, от величины отношения запаздывания в системе к постоянной времени объекта для различногохарактера частотного спектра возмущения Г:И=0,1/Т - низкочастотное возмущение;о=100/Т - высокочастотное возмущение;о =1 /т , - спектр возмущения находится в полосе пропускания объекта,На фиг. 3 приняты следующие обозначения: Т - постоянная времени объ"екта; о - величина, обратная времениспадания автокорреляционной функциинеконтролируемого возмущения,М(уг)М( е- д- - отношение дисперсии выходно-го сигнала объекта в схеме с компенсацией неконтролирувмого возмущенияи свободного объекта; 61 - общая величина запаздывания в схеме компенсации неконтролируемого возмущения,определяемая выражением а=В+гдеЬ - достаточно малое запаздывайие,определяемое условиями физической реализуемости обратной модели объекта;- запаздывание в объекте.На фиг. 4 приняты следующие обозначения: Х(1) - входной сигнал блока задержки; Х(1-Т) - выходной сигналблока задержки; У(ь) - выходной сигнал блока интегрирования на скользящем интервале времени.На фиг. 5 приняты сЛедующие обозначения: Х(1) - входной сигнал прогнозирующего блока; Х(1+Тр) - выходной сигнал прогнозирующего блока3 14099 (прогнозируемое на интервале Тр значение входного сигнала) Т - вели)хр чина интервала прогноза.На фиг. 6 приняты следующие обозначения: Х(С) - входной сигнал блока задержки; 61 - максимальная величина интервала задержки в блоке 7 задержки; Тр - величина интервала .прогноза, являющаяся параметрическим 10 входом блока 7 задержки, на которую осуществляется коррекция времени задержки; Х(С-,д 1+тр) - выходной сигнал блока задержки, равный его входному сигналу, задержанному по времени на величину 6-Т,р,Выходной сигнал блока интегрирования на скользящем интервале времени (фиг. 4) описывается выражениемх 20 х=(х(с)-х(с-х)1 ас:х(с)ах.-тАлгоритм прогноэирующего блока 15 описывается выражением, близким к линеаризованной формуле Тейлора: 25х(с+т ) х(с)+ -- к таХ(С) где Х(С) - отфильтрованный от высокочастотных шумов ,сглаженный) входной сигнал прогнозирующего блока;К - коэффициент усиления усилителя 24, в общем случаеК и выбирается экспериментально,Схема блока задержки с перестраиваемым интервалом запаздывания (фиг,6)работает следующим образом,С задатчика 36 на первый вход сумматора 35 подается величина запаздывания д 1, на второй, вычитающий, входсуьщатора подается величина интервала прогноза Тр, в результате на выходе сумматора 35 получается сигнал, 45численно равный требуемому значениюд 1-Т , Этот сигнал преобразуется АЦП29 в цифровой параллельный двоичныйкод. Сигналы с каждого из ш разрядовчерез согласующие усилители 30,30-ш 0поступают на управляемые ключи34-134-ш и через инверторы31-1,31-т на ключи 32-132-ш.Если -й разряд АЦП равеч логическойединице, то он открь 1 вает. 34й ключ55и закрывает 32-.-й ключ, пропускаявходной сигнал Х(С) через соответствующий блок задержки, имеющий величинузапаздывания, равную 1. 2. Если х-й 714разряд АЦП равен логическому нулю, тоон закрывает 34и ключ и открывает32й ключ, в результате входнойсигнал пропускается через 32й ключв обход соответствующего блока задержки.гТаким образом, имея в составе блока задержки с перестраиваемым запаздыванием ш аблоков задержки с фиксиро/ванными интервалами задержки ,2га х -1 , хх2 с 2 , схема, представленная на фиг, 6, позволяет варьировать величину интервала запаздыванияв пределах от 7 до (2 -1), причемд 1лс л)ас+Система работает следующим образом.На входе первого сумматора 1 получается сигнал рассогласования Я междузаданием Х и выходным сигналом объекта У. Рассогласование Е преобразуется,регулятором 2 в управляющее воздействие Б , которое подается на вход сумматора 3, на вычитающий вход которогопоступает итоговая оценка неконтролилруемого возмущения , и на выходеЧумматора 3 получается полное управля.ющее воздействие 1, которое подаетсяна объект, Итоговая оценка неконтроллируемого возмущения Гполучаетсяв системе следующим образом. На выходе физически реализуемой обратноймодели 5 получается оценка суммарноговходного воздействия объекта, приведенного к входу канала управления,равная по величине сумме оценки поллного управляющего воздействия 1 иоценки неконтролируемого возмущениялГ, сдвинутых по времени на величину61= с,+ д относительно истинных значе"ний 1 и 1. Запаздывание оценки суммарного входного воздействия объектаобусловлено наличием запаздыванияТ в объекте 4 и д в физически реализуемой обратной модели 5. В сумматоре 6 из оценки суммарного входноговоздействия вычитается полное управляющее воздействие 11 синхронизироаванное по времени с Ц с помощью блока 7 задержки,В результате на выходе сумматора6 получается оценка неконтролируемого возмущения ).(С- д), сдвинутая повремени относительно истинного возмущения на величину Ы . Чтобы уменьшитьвеличину запаздывания в цепи оценкинеконтролируемого возмущения, сигналоценки Г(С-й 1) с выхода сумматора 65 4099подается на вход прогноэирующего блока 15. Величина интервала прогноза,обеспечивающая минимум отношения среднеквадратичного на скользящем интер 5вале времени значения сигнал а рассогласования с. и оценки неконтролирулемого возмущения (С-ь 1), получаетсяна выходе блока 12 самонастройки ипередается на параметрический входпрогнозирующего блока 15, а также напараметрический вход блока 7 задержки, в котором осуществляется коррекция величины интервала задержки поформуле Ь = ь 1-Т = ь +-Т , где с, - 15время запаздывания в объекте; 6 -интервал задержки в блоке физическиреализуемой обратной модели 5; Те - .оптимальное значение интервала прогноза. Полученная на выходе прогнози Орующего блока 15 оценки неконтролируемого возмущения (С- а ), сдвинутая по времени относительно 1 на величину и , через корректирующий блок8 подается на вычитающий вход сумматора 3 в виде итоговой оценки неконтролируемого возмущения Г, Навход блока 12. самонастройки поступает сигнал с блока 11 деления, численно равный отношению среднеквадра- ЗОтичных значений сигнала рассогласования Я и оценки неконтролируемого воэлмущения Г(С-Ю ). Причем на вход блока 11 деления поступает сигнал с интегратора 10, вход которого подключенк выходу блока 9 умножения, а на другой вход блока деления подается сигнал с выхода интегратора 14, на входкоторого поступает сигнал с выходаблока 13 умножения. На входы блока 9умножения поступает с выхода сумматора 1 сигнал рассогласования ., ана входы блока 13 умножения - сигнал1(С-М ) с выхода сумматора 6,Таким образом, путем органиэациипрогноза оценки неконтролируемого воз-мущения в системе, оптимизации параметров прогнозирующего блока 15,коррекции величины запаздывания в блоке 7 задержки на величину оптимально-БО го значения интервала прогноза в системе достигается более вь 1 сокая эффективность компенсации неконтролируемых возмущений. Формула изобретенияСистема автоматического управления, содержащая первый сумматор, первый вход которого подключен к входу задания системы, а выход - к входу регулятора, подключенного выходом к первому входу второго сумматора, выход которого соединен с информационным входом блока задержки с перестраиваемым запаздыванием и с входом объекта управления, подключенного выхо-. дом к второму входу первого сумматора и к входу обратной модели объекта управления, выход которой соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока задержки с перестраиваемым запаздыванием, второй вход второго сумматора соединен с выходом корректирующего блока, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повьппения точности системы в условиях запаздывания в объекте управления, в нее введены первый и второй блоки умножения, первый и второй интеграторы, блок деления, прогнозирующий блок и блок самонастройки, выход которого соединен с входом управления запаздыванием блока задержки с перестраиваемым запаздыванием и с управляющим входом прогнозирующего блока, подключенного выходом к входу корректирующего блока, а информационным входом - к выходу третьего сумматора и к первому и второму входам второго блока умножения, выход которого через второй интегратор соединен с входом делителя блока деления, подключенного выходом к входу блока самонастройки, а входом делимого - к выходу первого интегратора, вход которого соединен с выходом первого блока умножения, первый и вто. рой входы которого подключены к выходу первого сумматора.