Адаптивная двухцелевая система управления

, 1980.2 Авт ельство СССРл. С 05 В 13/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗ 3471470/18-2414.07.8230,06.84, Бюл, Ир 24С.В. Емельянов, В.П. Авдеев,Л,А, Сульман, Л.П. Мышляев,С.К. Коровин и Ю.В. Введенский(71) Сибирский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт им. Серго Орджоникидзе и Централное проектно-конструкторское бюропо системам автоматизации производства(56) 1. Авторское,свид РР 29,11087, к 6 орское свидетпо заявке В 2961396, к 02, 1980 (прототип)Ф (54)(57) 1. АДАПТИВНАЯ ДВУХЦЕЛЕВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, содержащая рабочий регулятор, первый датчик, первыйзадатчик, первый сумматор, первый и второй блоки сравнения, последовательно включенные второй сумматор, первый исполнительный орган, подключенный к первому входу объекта управления, к выходу которого подключен второй датчик .и третий сумматор, последовательно включенные испытываемый регулятор, третий блок сравнения, модель объекта по каналу управления, четвертый сумматор, четвертый блок сравнения, первый квадратор и первый фильтр низкой частоты, последовательно включенные пятый блок сравнения, второй квадратор и второй фильтр низкой частоты, причем выход первого исполнительного органа соединен с входом первого датчика, выход первого задатчика соединен с первым входом первого блока сравнения, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения качества проверки функционирования испытываемого регуляторп путем одновременного обеспечения заданных показателей работы объекта управления, внее введены модель объекта по каналу возмущения, первый ограничительр первый ключ, второй и третий задатчики, задатчик режима работы, структурно-параметрический задатчик, генератор помехи, последовательно включенные первый блок записи-воспро" изведения, первый переключатель и первый блок выработки пробного сиг- Ей нала, последовательно включенные,третий датчнк, второй блок записи-воспро нввепенив, второй переключатель и тре авев тий переключатель, последовательно включенные второй блок выработки пробаС ного сигнала и второй исполнительный орган, последовательно включенные третий блок записи-воспроизведения, четвертый переключатель и регистратор, последовательно включенные четвертый блок записи-воспроизведения и пятый переключатель, выход второго йсполнительного органа соединен с вторым входом объекта управления и с входом третьего датчика, выход первого датчи.ка - с первым входом рабочего регуля-. тора, с входом первого блоКа записи- воспроизведения и с вторым входом р первого переключателя, выход третьего датчика - с вторыми входами рабочего регулятора и второго переключателя, выход второго датчика - с третьим входом рабочего регулятора, выход первого сумматора - с четвертым входом рабочего регулятора, с вхо1100608 дом третьего блока записи-воспроизведения и с вторым входом четвертогопереключателя, выход генератора помехи через третий сумматор подключенк входу четвертого блока записи-воспроизведения и к второму входу пятого переключателя, выход второго задатчика через последовательно включенные первый блок сравнения, первыйограничитель и первый ключ соединенс первым входом первого сумматора,второй вход которого соединен с выходом первого задатчика, выход первого переключателя соединен с вторымивходами третьего блока сравнения ирегистратора, выход второго переключателя соединен с первыми входамипервого и второго блоков выработкипробного сигнала соответственно, вто.рой выход второго блока выработкипробного сигналачерез последователь.но включенные второй блок сравнения,модель объекта по каналу возмущенияподключен к второму входу четвертогосумматора, выходом соединенного стретьими входами регистратора и испытываемого регулятора, выход третьего задатчика соединен с вторым входом второго блока выработки пробногосигнала и с вторым входом третьегопереключателя, выход которого подключен к второму входу второго блокасравнения, к первому входу испытываемого регулятора и к четвертомувходу регистратора, выход четвертогопереключателя соединен с вторым входом регулятора, с вторым входом четвертого блока сравнения и с первымвходом пятого блока сравнения,выход пятого переключателя соединенс вторым входом пятого блока сравнения, с пятым входом регистратораи с третьим входом четвертого сумматора, дополнительный вход испытываемогорегулятора соединен с выходом структурно-параметрического задатчика,1Изобретение относится к автойатическому управлению и регулированию, может быть использовано для построения многоцелевых, в частности двуха выход - с шестым входом регистратора и с третьим входом первого блокавыработки пробного сигнала, выход которого подключен к первому входу вто.рого сумматора, второй вход которогоподключен к выходу рабочего регулятора, седьмой и восьмой входы регистратора соединены с выходами соответственно первого и второго фильтров низкой частоты, выход задатчика режимаработы подключен к управляющим входампяти переключателей, первого ключа,к дополнительным входам модели объекта по каналу управления и модели объекта по каналу возмущения, третьегозадатчика и к третьим входам первогои второго блоков выработки пробных сигналов,2. Система .управления по п. 1,о т л и ч а ю щ а я с я темчтоблок выработки пробных сигналовсодержит первый экстраполятор, четвертый задатчик, последовательно включенные второй экстраполятор, шестойблок сравнения, детектор знака, блокумножения, второй ограничитель и второй ключ, последовательно включенныеблок определения модуля, седьмой блоксравнения и логический блок И, выходкоторого соединен с управляющим входом второго ключа, а второй вход логического блока И является третьим входом блока выработки пробного сигнала,первым входом которого является входпервого экстраполятора, выход которого.подключен к первому входу шестого блока сравнения, вторым входом являетсявход второго экстраполятора, выходшестого блока сравнения подключен квходу блока определения модуля, выходчетвертого задатчика - к второму входу седьмого блока сравнения, выходкоторого подключен к другому входублока умножения, выход второго ключа является выходом блока выработкипробного сигнала. целевых, систем управления техническими объектами, и предназначено длярабочего регулирования и для испытания новых регуляторов.1100 б Известно устройство для моделирования системы управления, предназначенное для испытания регуляторов, со" держащее последовательно включенные первый масштабирующий блок, первый 5 блок сравнения, интегратор, охваченный отрицательной обратной связью, блок запаздывания, второй блок сравнения, второй масштабирующий блок, блок управления, включающий последа вательно соединенные регулятор, магнитный пускатель и электродвигатель, и преобразователь угла в напряжение, . а также третий масштабирующий блок, причем входы первого и третьего мас штабирующих блоков и один вход регулятора являются входами устройства, выход преобразователя угла в напряжение соединен с вторым входом перво го блока сравнения, выход третьего 20 масштабирующего блока подключен к второму входу второго блока сравнения И,При работе устройства испытываемый блок управления (регулятор) вырабатывает управляющее воздействие 25 в виде угла;поворота. электродвигате" ля, Это воздействие, преобразованное в преобразователе угла в напряжение, вычитается в первом блоке сравнения из сигнала о натурном управляющем 30 воздействии. С выхода первого блока сравнения сигнал через модель объекта в приращениях, представленную последовательным соединением интегратора, охваченного отрицательной обратной связью, и блока запаздывания, поступает на второй блок сравнения, где вычитается иэ сигнала о натурном выходе объекта управления, С выхода второго блока сравнения сигнал о мо дельном выходе объекта управления поступает через второй масштабирующий блок на вход регулятора. Недостатком известного устройства45 является низкая точность моделирования, обусловленная ограниченной зоной работоспособности модели объекта в приращениях, что приводит к низкому качеству проверки функционирования испытываемого регулятора.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является регулирующее устройство, содержащее рабочий регулятор, первый датчик,55 первый задатчик, первый сумматор, первый и второй блоки сравнения, последовательно включенные второй 08 4сумматор, первыи исполнительный орган, объект управления, второй датчик и третий сумматор, последовательно вклю ченные испытываемый регулятор, третий блок сравнения, модель объекта по каналу управления, четвертый сумматор, четвертый блок сравнения, первый квад ратор и первый фильтр низкой частоты, последовательно включенные пятый блок сравнения, второй квадратор и второй фильтр низкой частоты, причем выход первого исполнительного органа соеди.нен с входом первого датчика, выход первого задатчика соединен с первым входом первого блока управления 2,Данное устройство работает следующим образом.Сначала рассчитываются модельные, управляющие воздействия в первом и втором модельных контурах управления, Для этого в первом модельном контуре управления, составленном из первой модели объекта, первого сумматора, первого блока сравнения, первого фильтра низкой частоты, первого регу. лятора и второго блока сравнения, выходной сигнал объекта управления в первом сумматоре суммируется с выходным сигналом первой модели объекта и из полученного сигнала в первом блоке сравнения вычитается сигнал о заданном значении выходной переменной объекта управления. Сигнал о полученной разности подается через первый фильтр низкой частоты на первый регулятор, где вырабатывается сигнал о первом модельном управляющем воздействии. Этот сигнал подается на вход второго блока сравнения, в котором из него вычитается сигнал о натурном управляющем воздействии с выхода третьего сумматора. Сигнал с выхода второго блока сравнения идет на вход первой модели объекта. Аналогично вырабатывается второе модельное управление во втором модельном контуре управления, составленном иэ второй модели объекта, второго сумма- тора, третьего блока сравнения, второго фильтра низкой частоты, второго регулятора и четвертого блока сравнения, Сигналы о первом и втором модельных управляющих воздействиях умножаются соответственно в первом и втором блоках умножения на сигналы об оперативно уточняемых весовых коэффициентах и суммируются в третьем сумма:торе. В результате получается сигнало натурном управляющем воздействии, Для оперативного уточнения весовых коэффициентов с помощью пятого и шестого блоков сравнения, квадраторов и третьего и четвертого фильтров 5 низкой частоты определяются показатели точности регулирования первого и второго модельных контуров управления, а затем с помощью четвертого сумматора и блоков деления рассчиты ваются текущие значения весовых коэффициентов.Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оба модельных 15 контура управления предназначены для рабочего регулирования, а не для испытания хотя бы одного регулятора.Кроме того, небольшая зона работоспособности моделей объекта в приращениях отрицательно сказывается на точности определения модельных выходных переменных объекта в том случае когда разность между модельными и натурными управляющими воздействиями 25 превышает допустимую зону работоспособности модели, что приводит к низкому качеству проверки работы испытываемого регулятора.Цель изобретения - обеспечение возможности испытания регуляторов при одновременном повышении качества желаемого режима функционирования объекта регулирования. Поставленная цель достигается тем, что в регулирующее устройство, содержащее рабочий регулятор, первый датчик, первый задатчик, первый сумматор, первый и второй блоки сравнения, последовательно включенные второй сумматор, первый исполнительный орган, объект управления, второй датчик и третий сумматор, последовательно включенные испытываемый регулятор, третий блок сравнения,45 модель объекта по каналу управления, четвертый сумматор, четвертый блок сравнения, первый квадратор и первый фильтр низкой частоты, последователь. но включенные пятый блок сравнения, второй квадратор и второй фильтр низкой частоты, причем выход первого исполнительного органа соединен с входом первого датчика, выход первого эадатчика соединенс первым 55 входом первого блока сравнения, введены модель объекта по каналу возмущения, первый ограничитель, первый ключ, второй и третий задатчики, задатчик режима работы структурно- параметрический задатчик, генератор помехи, последовательно включенные первый блок записи-воспроизведения, первый переключатель и первый блок выработки пробного сигнала, последовательно включенные третий датчик, второй блок записи-воспроизведения, второй переключатель и третий переклю. чатель, последовательно включенные второй блок выработки пробного сигнала и второй исполнительный орган, последовательно включенные третий блок записи-воспроизведения, четвертый переключатель и регистратор, последовательно включенные четвертый блок записи-воспроизведения и пятый переключатель, выход второго исполнительного органа соединен с вторым входом объекта управления и с входом третьего датчика, выход первого датчика - с первым входом рабочего регулятора, с входом первого блока записи-воспроизведения и с вторым входом первого переключателя, выход третьего датчика - с вторыми входами рабочего регулятора и второго переключателя, выход второго датчика - с третьим входом рабочего регулятора, выход первого сумматора - с четвертым входом рабочего регулятора, с входом третьего блока записи-воспроизведения и с вторым входом четвертого переключателя, выход генератора помехи через третий сумматор подключен к входу четвертого блока записи-воспроизведения и к второму входу пятого переключателя, выход второго задатчика через последовательно включенные первый блок сравнения, первый ограничитель и первый ключ соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого задатчика, выход первого переключателя соединен с вторыми входами третьего блока сравнения и регистратора, выход второго переключателя соединен с первыми входами первого и второго блоков выработки пробного сигнала соответственно, второй выход второго блока выработки пробного сигнала через последовательно включенные второй блок сравнения, модель объекта по каналу возмущения подключен к второму входу четвертого сумматора, выходом соединенного с третьими входами регистратора и испытываемого регулятора, выход третьего эадатчика соединен с вторым входом второго блока выработки пробного сигнала и с вторым входом третьего переключателя, выход которого подключен к второму входу вто рого блока сравнения, к первому входу испытываемого регулятора и к четвертому входу регистратора, выход четвертого переключателя соединен с вторым входом регулятора, с вторым10 входом четвертого блока сравнения и с первым входом пятого блока сравнения, выход пятого переключателя со-. единен с вторым входом пятого блока сравнения, с пятым входом регистрато ра и с третьим входом четвертого сумматора, дополнительный вход испытываемого регулятора соединен с выходом структурно-параметрического задат" чика,а выход - с шестым входом реги- стратора и с третьим входом первого блока выработки пробного сигнала, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу рабочего регулятора, седьмой и восьмой входы регистратора соединены с выходами соответственно первого и второго фильтров низкой частоты, выход задатчика режима работы подключен к управ. 30 ляющим входам пяти переключателей, первого ключа, к дополнительным входам модели объекта по каналу управления и модели объекта по каналу возмущения, третьего задатчика и к третьим входам первого и второго блоков выработки пробных сигналов.Блок выработки пробных сигналов содержит первый экстраполятор, четвертый задатчик, Последовательно включенные второй экстраполятор, шестой блок сравнения, детектор знака, блок умножения, второй ограничитель и второй ключ, последовательно включенные блок определения модуля, седьмой блок сравнения и логический блок И, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, а второй вход логического блока И50 является третьим входом блока выработки пробного сигнала, первым входом которого является вход первого экстраполятора, выход которого подключен к первому входу шестого блока сравнения, вторым входом является вход второго экстраполятора, выход шестого блока сравнения подключен к входу блока определения модуля,выход четвертого задатчика - к второму входу седьмого блока сравнения,выход которого подключен к другомувходу блока умножения, выход второгоключа является выходом блока выработки пробного сигнала.В адаптивной двухцелевой системеуправления решаются одновременно задачи рабочего регулирования и испытания регуляторов. Разумный компромисс междузадачами находится путемустановки с помощью вторых ограничителей ограничений на величины пробныхсигналов по управляющему воздействиюи контролируемому возмущению, а также установки с помощью первого ограни.чителя ограничений на величину отклонения заданного сигнала, определенного из целей рабочего регулирования.Кроме того, в предлагаемой системеуправления увеличена точность модели, рования за счет введения пробных сигналов и предусмотрена воэможностьсоздания желаемых режимов управлениядля более представительного испытания регуляторов.На фиг. 1 представлена блок-схемаадаптивной двухцелевой системы управления; на фиг; 2 - схема блока выработки пробных сигналов,На фиг. 1 обозначено: 0 - управляющее воздействие; % - контролируемое возмущение; У - выходная переменная объекта управления; 1 - неконтролируемое возмущение.Предлагаемая система управлениясодержит рабочий регулятор 1, первый датчик 2, первый эадатчик 3, первый сумматор 4, первый и второй блоки 5 и 6 сравнения, второй сумматор 7, первый исполнительный орган 8, объект 9 управления, второй датчик 1 О, третий сумматор 11, испытываемый регулятор 12, третий блок 13 сравнения, модель 14 объекта по каналу управления, четвертый сумматор 15,четвертый блок 16 сравнения, первый квадратор 17, первый фильтр 18 низкой частоты, пятый блок 19 сравнения, второй квадратор 20, второй фильтр 21 низкой частоты, модель 22 объекта по каналу возмущения, первый ограничитель 23, первый ключ 24, второй и третий задатчики 25 и 26, задатчик 27 режима работы, структурно-параметрический эадатчик 28, генератор 29 по мехи, первый блок 30 записи-воспроизведения, первый переключатель 31,608 14 13 1100 блока 53 сравнения подается на один вход логического блока 54 И, на другой вход которого подается сигнал с задатчика 27 режима работы. Если с выхода седьмого блока 53 сравнения на логический блок 54 И поступает положительный сигнал и с выхода задатчика 27 режима работы - сигнал об испытании регуляторов в темпе с протеканием процесса, то на выходе логи" 10 ческого блока 54 и появляется сигнал, . по которому замыкается второй ключ 51 и выход второго ограничителя 50 соединяется с выходом блока 37 выработки пробного сигнала, Выходной 1 сигнал шестого блока 47 сравнения подается также на детектор 48 знака, функционирование которого описывается выражением1. пРи 2 в)0щ -1 ПР(4Н) сО (5) где 6 Ф Вх (Ц - соответственно выходной и входной сигналыд детектора 48 знака.Выходной сигнал детектора 48 знака умножается в блоке 49 умножения на выходной сигнал седьмого блока 53 сравнения и через второй ограничительЗ 0 50 идет на вход второго ключа 51, Выходной сигнал второго блока 37 выработки пробного сигнала подается на второй исполнительный орган 38, с помощью которого и реализуется пробное воздействие по контролиру 35 емому возмущению. Вырабатываемое испытываемым,регулятором 12 управляющее воздействие (модельное управляющее воздействие 40 чМ) и фактически реализованное управляющее воздействие с выхода первого переключателя подаются на входы первого блока 32 выработки пробного сигнала. Пробный сигнал по 4 управляющему воздействию суммируется во втором сумматоре 7 с сигналом об управляющем воздействии с выхода рабочего регулятора и подается на пер вый исполнительный орган 8. 50В третьем блоке 13 сравнения иэ сигнала о модельном управляющем воздействии вычитается сигнал о фактическом управляющем воздействии и сигнал о полученной разности пере считывается в модели 22 объекта по каналу управления в изменение .Ь 1Ц выходной переменной и поступает на вход четвертого сумматора 15. На выходе четвертого сумматора 15 получается сигнал о модельной выходнойпеременной где 1 ч 3,- модель объекта по каналууправления;л, - время чистого запаздывания в канале управления.Сигнал 1 ( (; ) поступает на тремтий,входиспытываемого регулятора 12,. сигнал о желаемом или фактическом контролируемом возмущении поступает с выхода третьего переключателя 36 на первый. вход регулятора 12 и сигнал о заданиийа выходную переменную с выхода четвертого переключателяна второй вход регулятора 12. Тем самым образуется натурно-модельный контур регулирования, замкнутый через перерасчетную модель 14 объекта по каналу управления, информационно связанную с объектом управления, Параметры и структура испытываемого регулятора изменяются с помощью струк. турно-параметрического задатчика 28"Ф Точность регулирования рабочего контура оценивается дисперсией, рассчитываемой на скользящем интервале времени, Для этого используется сигнал разности на выходе пятого блока 19 сравнения:между действительным( и заданным значениями выходной переменной объекта управления. Сигнал о полученной разности возводится во втором квадраторе 20 в квадрат и усредняется на конечном интервале времени во втором фильтре 21 низкой частоты, Аналогично с.помощью четвертого блока 16 сравнения, первого квадратора 17 и первого фильтра 18 низкой .частоты определяется точность регулирования в системе с испытываемым регулятором 12. Сигналы о фактически реализованном управляющем воздействии, фактическом и желаемом контролируемом возмущении, выходной переменной объекта управления и задании на эту переменную, модельной выходной переменной, оценках точности регулирования регистрируются на регистраторе 41, представленном, например, графическим терминалом.1100 Ь 08 З,37 Щи 8, Г Составитель П. КудряРедактор М, Петрова Техред С. Легеза орректор И. Эрдейн акаэ 4580/3ВН писное 4/ 3 Ужгород, ул. Проектная илнал ППП "Патен ИИПИ Госудпо делам5, Москва ираж 842 ственного обретенийЖ, Рауш митета СССоткрытийая наб., д