Самонастраивающаяся система комбинированного регулирования

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 6957 51) БРЕТЕ ЛЬСТВУ 3 и 2 бъект лятор 2, блоки маторы 4 и 9, блок 6 самонас щий фильтр 7, мущения Систесумия,уюжени ав оики, коррект тчик 8 внешне построена на воз нове кочает туры)й ко ровани нутого коэффи ре гули разомк зации той си чающий чен дл возмущ роики ок самон онтура илиента передачазомкнутый к7, 4 и 5,онтро н ра стемы. блоки, вклюазнамых редн ируе компенсации к ий. Блок 6 сам оики и ке объектом. 5 ил ГОСУД АРСТВЕННЬ 1 И НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВ(56) Авторское свидетельство СССРпо заявке У 3850232/24-24,кл. С 05 В 13/00, 1985.Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 4053276/24-24,кл. С 05 В 13/00, 1986.(54) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМАКОМБИНИРОВАННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ(57) Изобретение относится к области систем автоматического управления и может быть использовано дляуправления объектами в химической идругих отраслях промышленности, Цельизобретения - повышение точности системы в условиях нестационарного постатической характеристике объектауправления и высокого уровня действующих на него возмущений значительной интенсивности. Система содержитизмеритель 1 рассогласования, регуинированного принци зомкнутый и замкнуть вышает качество работы разомкнутогоконтура в условиях нестационарностистатической характеристики объекта.Цепь стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы, включающаяблоки 8, 9, 7, 3 и 24, повышает качество работы замкнутого контура регулирования при неизменных настройках регулятора и управления нестационарным по статической характеристи5713869Изобретение относится к системамавтоматического управления и можетбыть использовано для управленияобъектами в химической и других отраслях промышленности.Цель изобретения - повышение точности системы в условиях нестационарного объекта управления и высокого уровня действующих на него возмущений.На фиг, 1 представлена блок-схемапредлагаемой самонастраивающейся системы комбинированного регулирования,на фиг. 2 - структурная схема систе 15мы на фиг, 3 - блок-схема реализации логических блоков системы, нафиг, 4 - принципиальная схема пневматического ПИ в регулято на фиг.5электрическая схема ПИД-регулятора.Система включает измеритель 1 рассогласования, регулятор 2, блок 3 умножения, сумматор 4, обьект 5 управления, блок 6 самонастройки, коррекгирующий фильтр 7, датчик 8 внешнеговозмущения, сумматор 9, блок 10 умножения, блок 11 выделения модуля,блок 12 дифференцирования, блок 13выделения модуля, блок 14 дифференцирования блок 15 выделения модуля,логические блоки 17-19, блок 20 выделения модуля, блок 21 деления, управляемый ключ 22, блок 23 памяти иблок 24 умножения,Блок-схема реализации логическихблоков системы включает компаратор25, управляемый ключ 26, компаратор27, управляемый ключ 28, компаратор29, управляемый ключ 30, компаратор31 и управляемый ключ 32,Принципиальная схема пневматического ПИ-регулятора включает элемент33 сравнения, дроссельный сумматор34, элемент 35 сравнения, усилитель36 мощности, элемент 37 сравнения,емкость 38, запорный клапан 39 иотключающее реле 40.На фиг, 1-5 приняты следующие обозначения: д - задающее воздействие; Ьу(С) - отклонение выходногосигнала объекта от задания; С - управляющий сигнал С ь - задание дляпервого логического блока, С, - задание для второго логического блока;С - задание для третьего логического блока; С- задание для четвертого логического блока, 0,(С) - выходвторого блока умножения, П,(Т)выходной сигнал третьего блока ум:-.о" жения; Ю (ь) - выходной сигнал разомкнутого контура, х,(ь) - основное контролируемое возмущение, х(С) - вход объекта по каналу управления, у(С) выход объекта управления, К(С) выходной сигнал блока памяти; 0(С) выходной сигнал третьего блока выделения модуля, ку,(1) - выходной сигнал первого блока выделения модуля, ьу- выходной сигнал второго блока выделения модуля; Ь у, - выходной сигнал четвертого блска выделения модуля; Р, - сигнял, пропорциональный текущему значению регулируемого параметра; Р, - командный сигнал; ДД - регулируемый дроссель, ДП - регулиру-. емый дроссель; Р, - выходной сигнал регулятора, П - внешний переключатель рода работы, "Р", "А" - режимы работы регулятора "Ручное", "Автомат","Больше", "Меньше" - кнопки выбора знака приращения выходного сигнала в режиме ручного управления; П, - напряжение внутреннего источника питания;Рз - обмотки и контакты реле; К, С г - резистор и конденсатор интегратора ручного управления; +П -П - опорные напряжения, МКД - модуль компенсации дрейфа; Д- двуханодный стабилитрон; А,-А 6 - операционные. интегральные усилители, Ки - высокоомный переменный резистор интегратора, С - конденсатор интегратора; Цц - выходной сигнал интегратора (И-составляющая), К - общий коэффициент пропорциональности регулято-, ра; Н,щ - суммарный сигнал П. И, Д- составляющих закона регулирования; К, С - резистор и емкость аперио-. дйческого звена (фильтра), 1) - сиг - нал-ограничитель выхода регулятора, Пог - выходной сигнал ограничителя; ЛД., - диоды, -Цнч, Пвч сигналы ограничения выхода интегратора ручного управления на нижнем и верхнем уровнях; Е - сигнал рассогласования заданного и текущего значений параметра, К, - электронный аналоговый ключ. Замкнутый контур регулирования содержит последовательно соединенные блоки 1-5, охваченные отрицательной обратной связью,Разомкнутый контур регулирования включает последовательно соединенные блоки 8, 7, 4 и 5. Управляющими сигналами замкнутого и разомкнутого кон. туров являются соответственно сигна1386957 10 где а ,К (с),с,(с) параметры объекта управлениярегулируемаявеличинавходной сигналобъекта (управляющее воздействие);основное внешу(с) х(с) х (с) й(с) мин - о( ) - макс ) а, = сопзс ьу(с) = я(с)-у(с)ьу(с) 1 = 8,45(5) лы П,(с) и П (с). Блок самонастройки разомкнутого контура содержит блоки 11-20. Цепи стабилизации коэффи- циента передачи разомкнутой системы включают блоки 8, 9, 7, 3 и 24.Система решает задачу управления нестационарным объектом, который в общем виде можно описать уравнением а; у (с)+у(с) =К,(с) +1 х(с)(возмущение понагрузке),- внешнее неконтролируемое возмущение, 30Рассматриваются нестационарные объекты следующего вида Уравнения (1) и (2) описывают движение объектов, нестационарных по статистической характеристике. Зада ча управления заключается в сведении до заданной величины ошибки регулиро- вания где 3, - некоторая заданная положительная величина.Система работает следующим образом.50Рассмотрим последовательную работу контуров системы. Разомкнутый контур формирует сигнал управления, пропорциональный величине основноговнешнего возмущения х,(С). для этого в блоке 21 формируется сигнал отношения величин, пропорциональных входным переменным, который через управляемый ключ 22 поступает в блок 23 памяти. Сигналы, поступающие на первый и второй входы делителя 21, пропорциональны на практике (применительно, например, к области химической технологии) дозировкам соответственно реагента и сырья. Поэтому отношение сигналов, поступающее в блок 23 памяти, пропорционально отношению дозировок реагента и сырья, Запись входного сигнала блока 21 деления в блоке 23 памяти производится только в том,случае, когда блок 6 самонастройки выдает управляющий сигнал С на открытие ключа 22. Выходной сигнал К(С) блока 23 памяти поступает в блок 24 умножения, в котором формируется выходной сигнал П(с) разомкнутого контура.Таким образом, выходной сигнал датчика 8 умножается в блоке 7 на некоторую величину (коэффициент передачи блока 7), которая между актами самонастройки корректирующего фильтра 7 является величиной постоянной и хранится в блоке 23 памяти. При самонастройке блока 7 коэффициент передачи его изменяется скачкообразно, так как при наступлении состояния квазистатики объекта новое отношение входных сигналов делителя21, пропорциональное текущему соотношению дозировок реагента и сырья,пропускается через ключ 22 и запоминается в блоке 23 памяти. При работесистемы все изменения величины х (С)в определенном соотношении, равномкоэффициенту передачи блока 7, отслеживаются величиной П(с). Такимобразом, корректирующий фильтр 7представляет собой пропорциональное звено с переменным коэффициентом передачи, который имеет. кусочно-постоянный характер,Блок 6 самонастройки работает следующим образом (фиг. 2),Блок 16 служит для определения момента самонастройки, В блоках 17-19проверяются условия квазистатики объекта управления, Операции, выполняемые в блоках 16 - 19, описываются соответственно формулами (3)-(6),П,(с)1 (3)Ь у(с) (С,; (4)(6) Сигнал П;(г.) представляет собой реакцию замкнутого контура системы 5 на действие всех видов возмущений, изменяющих выход объекта. Если модуль указанной величины, получаемый в блоке 20, превышает некоторую заданную величину С (формула (3 и при этом объект находится в состоянии квазистатики, т.е, выполняются условия (формулы (4)-(6, то управляющий сигнал С проходит первый 16, второй 17, третий 18 и четвер 15 тый 19 логические блоки и поступает на управляющий вход ключа 22. Одновременно сигнал С поступает через второй вход в регулятор 2, где обнуляет интегральную составляющую сигнала У,(г.). Пусть регулятор 2 реализует ПИД-закон регулирования, тогдаП,=В, ь у(а)+В, Ь у(".) а:+ Йй у(с)3 25(7) где В, В, В - настраиваемые параметры регулятора.В результате акта самонастройки корректирующего фильтра 7 величина 0,(Г.) определяется формулойП,= В, Ь у(с)+В К И) (8)аа,1Переход системы управления на новое значение коэффициента передачи корректирующего фильтра не вызывает возмущения входного сигнала х(1) объекта 5. Действительно, при выполнении условий, проверяемых в блоках 16-19 системы, сигнал С открывает ключ 22, в результате чего сигнал х(С) после вычитания из него в сумматоре 9 величины У , проходит блок 21 деления, ключ 22, записывается в блоке45 23 памяти, проходит блок 24 умножения и в виде сигнала У(с) поступает на второй вход первого сумматора 4. Операция обнуления И-составляющей приводит к тому, что условие, прове 50 ряемое в первом логическом блоке 16, не выполняется, в результате чего сигнал С не проходит логические блоки 16-19 и управляемый ключ 22 за 55 крывается. Таким образом, в блоке 23 памяти записано новое значение коэффициента передачи корректирующего фильтра 7. При этом первый выходной сигнал регулятора 2 уменьшен, а выходной сигнал разомкнутого контура увеличен на величину И-составляющей выхода регулятора, имевшую место в составе выхода регулятора перед мо" ментом самонастройки.Второй выход регулятора 2 определяется выражением (8), те. представляет собой ПД-составляющую сигнала Б умноженную на величину К (С).9 Сигнал Б (с) вычитается в сумматоре 9 из сигнала х, Этим исключается двойное суммирование ПД-составляющей выхода регулятора 2 в сумматоре 4 и, следовательно, возмущение входа объекта.Цепь, связывающая второй выход регулятора 2 с вторым входом сумматора 9, позволяет повысить т"чность рабо- ты системы за счет исключения возмущения входа объекта при адаптации фильтра 7, когда ПД-составляющая величины Б,(с) отлична от нуля, При дальнейшей работе системы величина Б как реакция замкнутого контура системы на отклонение у(С) от задания, изменяется. Когда модуль указанного сигнала превысит заданное значение С , производится анализ условий квазистатики объекта .управления. При наступлении квазистатического состояния объекта выполняется сле - дующий акт адаптации фильтра 7.Величины С С С, Сявляются априорно настраиваемыми параметрами блока 6. Изменение величины выхода регулятора 2 с течением времени характеризует изменение динамических характеристик канала управления и (или) внешних условий функционирования системы. Величина модуля сигнала У,(С) в состоянии квазистатики объекта 5 характеризует степень несоответствия управляющего сигнала х(Г) величине основного контролируемого возмущения х,(с) в текущих условиях функционирования системы. Акт самонастройки фильтра 7 повышает качество компенсации на входе объекта возмущения х, и, следовательно, качество работы всей системы в целом, так как часть возмущений, которая до этого проходила через объект, увеличивала дисперсию выходного параметра и нагружала обратную связь, будет скомпенсирована на входе его.Цепи стабилизации коэффициента пе.едачи разомкнутой системы включают1386957 блоки 8, 9, 21-24 и 3 и соответствующие им связи, Задача стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы рассматривается как часть задачи, сформулированной выше (формулы (1) и (2. Пусть К - статистическая характеристика объекта 5 управления (нестационарный коэффициент передачи), К- коэффициент 10 передачи регулятора 2, Крс(г.) - коэффициент передачи разомкнутой системы,Блок 3 умножения представим в виде усилителя, переменный коэффициент усиления которого заменяет второй входной сигнал блока 3. Задача стабилизации К (г.) может быть сформулиро- вана К с(С ) К ег Кое(Е )Для момента Кмин - К - К мак 20 25 30 35 40 формула изобре тения 55 К, - сопят,К рс(С) Крег ККоБ(С)КрсТребуется обеспечить К -К с 8 где Кф ф К ,1 - предельные значения величины К (г.) К К пре, дельные значения величины К , оь - некоторое заданное положительное число. Цепи самонастройки величины Кр,(С)использованные в составе системы,позволяют решить указанную задачу.Пусть г., (д=1,2п) - моментыквазистатики объекта управления. ДляВмомента рк( ) оь( 1) гр( )фгде К к(г.;). - коэффициент передачиразомкнутого контурасистемы.Для момента С,се ф+4 Оефгде ь(, - некоторая величина,Тогда К (;)=К(с,).С, К И, ).В результате самонастройки коэффициента передачи фильтра 7 в момент 1 К (; ) - К (с, ) -1т,е. в пределах некоторой допустимойпогрешности, система посредством блока 6 обеспечивает постоянство коэффициента передачи разомкнутого контура.Следовательно,К ( ) К (,),.Для разомкнутой системы в момент(при отсутствии блока 3) Из сравнения последних двух выражений, с учетом вышеприведенного выражения для Кр(Т; ) следует, что для стабилизаций величины К г(г.) достаточно умножить ее на величину К,р(С). После введения в систему блока 3 (фиг. 2) можно записать для момента с,К (Т 1) = Крег Кгр(С 1) К Б(.)Крег=Крег IК,рдля момента с;+,(в предела.: дойустимой погрешностисамонастройки) й) К (г)Г,1т. е. Крс (11 ) - К рс ( е ) фТаким образом, использование указанных цепей самонастройки позволяет решить сформулированную выше задачу стабилизации величины К р,(г.). Третий блок 24 умножения (фиг,2) предназначен для обеспечения равенства ПД в составляющ выходного сигнала регулятора при взаимной компенсации их в сумматоре 9. Самонастраивающаяся система комбинированного регулирования, содержащая измеритель рассогласования,первый вход которого подключен к входу системы, регулятор, первый и второй сумматоры, объект управления, блок самонастройки, датчик внешнего возмущения, блок деления, управляемый ключ, блок памяти, первый и второй блоки умножения, причем выход второго блока умножения подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного выходом к входу делимого блока деления, выход которого соединен с информационным входом управляемого ключа,под 1386957 1 Оключенного выходом через блок памяти к первому входу второго блока умножения, второй вход которого соединен с входом делителя блока деления и с5 выходом датчика внешнего возмущения, выход объекта управления соединен с выходом системы и с вторым входом измерителя рассогласования, подключенного выходом к первому входу блока самонастройки и к информационному входу регулятора, управляющий вход которого соединен с управляющим входом управляемого ключа и с выходом блока самонастройки, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности системы в условиях нестационарного объекта управления при высоком уровне действующихна него возмущений, в нее дополнительно введен третий блок умножения,подключенный выходом к второму входу второго сумматора, первый входвторого блока умножения соединен спервыми входами первого и третьегоблоков умножения, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам регулятора,выход первого блока умножения подключен к второму входу блока самонастройки и к второму входу Первого сумматора, подключенного выходомк входу объекта управления.1386957 Внешние цели У. Составитель Е.Власедактор П.Герещи Техред И.Ходанич Корректор И.Максимишине аказ 1495/46ВН 13035 дственно-полиграФическае предприятие, г. Узгород, ул, Проектная, 4 о Тираж Збб Государстелам иэобр осква, Ж-З Подписноенного комитета СССРениЯ и открытиЯРаушская наб., д. 4/