Адаптивная система управления агломерационной установкой

(19) (11) 13 04 3(5 К АВТОРСКОМ ЕТЕЛЬСТ е свидетельство СССР22 В 1/00, 1974,СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ПИСАНИЕ ИЗО(71) Сибирский ордена ТрудовогоКрасного Знамени металлургическийинститут им, С. Орджоникидзе иЦентральное проектно-конструкторское бюро Всесоюзного производст, венного объединения "Союзпромавтоматика"(56) 1. АвторскоУ 546287, кл, С 2. Авторское свидетельство СССР по заявке В 2702901/18-24, кл. С 05 В 13/02, 1979 (прототип). (54) (57) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ АГЛОМЕРАЦИОННОЙ УСТАНОВКОЙ, содержащая первый фильтр низкой частоты, последовательно соединенные первый блок элементов сравнения, первый блок масшатабирующих , элементов, сумматор, исполнительный элемент, объект управления, датчик выходной величины, первый блок сравнения, второй фильтр низкой частоты, обратную модель объекта управления, второй блок сравнения и третий блок сравнения, вход которого через блок адаптации соединен с масштабирующим блоком, вто; рой вход которого соединен с вторвеи входом блока адаптации, последовательно соединенные третий фильтр низкой частоты и первый блок элементов задержки и последовательно соединенные блок экстраполяторов, второй блок элементов задержки, второй блок элементов сравнения и блок элементов адаптации, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами блока экстраполяторов, второй вход первого блока сравнения соединен с выходом первого задатчика, о т л и ч а ю. щ а я с я тем, что, с целью повышения точности системы, она содержит второй блок масштабирующих элементов, датчик управляющего воздействия, датчик контролируемого возмущения, последовательно соединенныевторой задатчик и четвертый блок сравнения, последовательно соединенные третий блок элементов задержки и первый блок сумматоров и последовательно соединенные второй рблок сумматоров, третий блок масштабирующих элементов и третий блок сумматоров, второй вход сумматора соединен с первыми входами второго блока сумматоров, а через последовательно соединенные второй блок масштабирующих элементов и третий блок сумматоров - с соответствующими первыми входами первого блока элементов сравнения, выходы первого блока элементов задержки соединены с соответствующими вторыми входами второго блока сумма- ф торов, выход исполнительного элемента соединен через последовательно соединенные датчик управляющего воздействия и третий фильтр низкой частоты с вторым входом первого блока элементов сравнения, второй вход объекта управления соединена1 через последовательно соединенные датчик контролируемого возмущения, первый фильтр низкой частоты и четвертый блок сравнения свторым вхо- дом масштабирующего блока, выход которого соединен с входами третьего блока элементов задержки и вторым входом первого блока сумматоров, соединенного третьими входами с соответствующими выходами блока экстраполяторов, выход первого фильтра низкой частоты соединен с вторым 12560 чвходом первого блока элементов задержки, выход третьего блока сравнения соединен с вторыми входамиблока экстраполяторов и второгоблока элементов сравнения, второйвыход третьего блока масштабирующих элементов соединен с вторымвходом второго блока сравнениявторой выход третьего блока элементов задержки соединен с вторым входом третьего блока сравнения, Изобретение относится к области автоматического управления и регуУлирования и может быть использовано для построения систд управления технологическими объектами,Передаточная функция каналов регулирования рассматриваемого класса объектов имеет видл% Р 1=- 14-е ), (1) 10 где ь - время пребывания.обрабатываемого материала в объекте;- коэффициент передачи.Этапередаточная функция соответствует интегральному (интегрирующему) звену с отсечкой. Такого рода модель хорошо аппроксимирует каналы контроля и регулирования многих промышленных объектов с огра- Ю ниченной длительностью переходных процессов.Во временной области передаточной функции (1) соответствует ин 25 тегральное уравнениехМ к091 йв 1, (2)где Ч - изменение приращение) выходной величины объекта 30в ответ на изменение управляющего воздействия 0 .Например, при нагреве металла управляющим воздействием служит тем. пература рабочего пространства печи по ее длине, а выходной величиной - температура металла на выходе из печи, при спекании агломерационной шихты управляющим воздействием - скорость движения аглоленты, а выходной величиной - степень допекания шихты в установленном месте на конечном участке аглоленты,Объект управления подвержен влиянию контролируемых и неконтролируемых внешних воздействий, Характеристики объекта по отношению к контролируемым внешним воздействиям изменяются существенно, Статистические характеристики самих внеш них воздействий также являются не- стационарными.Задача управления заключается в обеспечении инвариантности регулируемой координаты от контролируемых и неконтролируемых внешних воздействий.Известна система управления описанного класса объектов, например, агломерационной установки, включающая объект управления, последовательно соединенные датчик выходной величины объекта управления, блок сравнения, регулятор с пропорци- онально-интегрально-дифференциальным законом регулирования, исполнительный элемент, задатчик требуемого значения выходной величины объекта, подключенный своим выходом к входу блока равнения 1Недостаток этой системы заключается в низкой точности регулирования, обусловленный тем, что применяемый регулятор с пропорционально"интегрально-дифференциальным законом регулирования не учитывает1125604 4связь масштабирующего блока с сумматором. Полученное на выходе сумматора управляющее воздействие реализуется исполнительным органом.5Для повышения эффективности прогнозирующего регулятора вводится адаптация параметров экстраполяторов спомощью блоков задержки, сравненияи адаптации, а также коэффициентамасштабирующего блока с помощьюблоков сравнения и адаптации 2 .Недостатками известного прогнозирующего регулятора при его применении для рассматриваемого классаобъектов являются большая сложность или практическая нереализуемость блока обращения передаточнойфункции типа (1), так как ее обчРК(1-е )ратныи оператор --- :- содержитдифференциатор., охваченный запаздывающей положительной обратнойсвязью, и низкая точность регулирования из-за неучета ограниченнойдлительности переходного процессав объекте с каналом регулированияв виде интегрального звена с отсечкой.Целью изобретения является расширение функциональных возможностейи повышение точности регулирования.1 специфики объекта управления с не- стационарными возмущениями и каналами регулирования в виде интегрального звена с отсечкой.Наиболее близким к изобретению по принципу построения является прогнозирующий регулятор, содержащий первый фильтр низкой частоты, последовательно соединенные первый блок элементов сравнения, первый. блок масштабирующих элементов, сумматор, исполнительный элемент, объект управления, датчик выходной величины, первый блок сравнения, второй фильтр низкой частоты, обратную модель объекта управления, второй блок сравнения и третий блок сравнения, вход которого через блок адаптации соединен с первым масштабирующим блоком, второй вход которого соединен с вторым входом блока адаптации,последовательно соединенные третий фильтр низкой частоты и первый блок элементов задержки и последовательно соединенные блок экстраполяторов, второй блок элементов задержки, второй блок элементов сравнения и блок элементов адаптации, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами блока экстраполяторов, второй вход первого блока сравнения с выходом первого задатчика, В прогнозирующем регуляторе с помощью первого и второго блоков сравнения, первого блока задержки, первого фильтра низкой частоты и обратной модели объекта восстанавливаются с запаздыванием оценки идеальных управля- ющих воздействий. Затем эти оценки пересчитываются на базовые условия контролируемых внешних воздействий, Приведенные .таким образом оценки идеальных управляющих воздействий экстраполируются "по программе" с помощью первого и второго экстраполятора, Зкстраполированное управляющее воздействие на предстояший 1момент управления корректируется в зависимости от разности между фактически реализованным и идеальным управлением и между фактически реализованным и экстраполированными оценками идеального управления, Скорректированные управляющие воздействия пересчитываются на условия фактических контролируемых внешних воздействий, для чего вводится Поставленная цель достигаетсятем, что адаптивная система управления агломерационной установкой 35 содержит второй блок масштабирующих элементов, датчик управляющеговоздействия, датчик контролируемого возмущения, последовательно соединенные второй задатчик и четвер тый блок сравнения, последовательносоединенные третий блок элементовзадержки и первый блок сумматорови последовательно соединенные второй блок сумматоров, третий блок 45 масштабирующих элементов и третийблок сумматоров, второй вход сумматора соединен с первыми входамивторого блока сумматоров, а черезпоследовательно соединенные второй 50 блок масштабирующих элементов итретий блок сумматоров - с соответствующими первыми входами первогоблока элементов сравнения, выходыпервого блока элементов задержки 55 соединены с соответствующими вторыми входами второго блока сумматоров, выход исполнительного элемента соединен через последователь"10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 но соединенные датчик управляющего воздействия и третий фильтр низкой частоты с вторым входом первого блока элементов сравнения, второй вход объекта управления соединен через последовательно соединенные датчик контролируемого возмущения, первый фильтр низкой частоты и четвертый бпок сравнения с вторым входом масштабирующего блока, выход которого соединен с входами третьего блока элементов задержки и вторым входом первого блока сумматоров, соединенного третьими входами с соответствующими выходами блока экстраполяторов, выход первого фильтра низкой частоты соединен с вторым входом первого блока элементов задержки, выход третьего блока сравнения соединен с вторыми входами блока экстраполяторов и второго блока элементов сравнения, второй выход третьего блока масштабирующих элементов соединен с вторым входом второго блока сравнения, второй выход третьего блока элементов задержки соединен с вторым входом третьего блока сравнения.С помощью первых блоков элементов задержки, второго блока сумматоров и третьего блока масштабирующих элементов находятся интегральные управляющие воздействия для различных конечных Н участков объекта управления. В частности, для агломерационной установки это путь, пройденный определенной порцией шихты до текущего момента времени, Для материала, вьппедшего из объекта, восстанавливается идеальное интегральное управляющее воздействие. Однако при оперировании с,интегральными управлениями уже требуется обратный оператор не динамической модели типа (1), а статической модели в виде пропорционально звена, Изменения контролируемых возмущений пересчитываются в изменения интегральных управляющи воздействий, траектория которых запоминается с помощью третьих блоков элементов задержки. Из идеального интегрального управляющего воздействия в третьем блоке сравнения исключается эффект изменения контролируемых возмущений,Полученное таким образом приведенное управление экстраполируется в виде траектории на интервал времени длительностью 2 . Затем траектория экстраполированного управления пересчитывается в первом блоке сумматоров на условия фактических контролируемых возмущений, в результате чего получается траектория требуемых интегральных управлений, Далее цикл каждого конечного участка обьекта управления рассчитывается интегральное управление, которое было бы при условии реализации текущего управляющего воздействия в последующие моменты времени до прохождения материалом объекта управления, С этой целью вводятся второй блок масштабирующих элементов и третйй блок сумматоров. Из полученной траектории интегральных управляющих воздействий вычитается траектория требуемых управлений. Полученные разности траекторий пересчитываются в корректировки текущих управляющих воздействий и с весовыми коэффициентами алгебраичесКи подсуммируются к текущему значению управляющего воздействия, Результат суммирования является выработанным управлением, которое направляется на реализацию в исполнительный элемент.На чертеже приведена блок-схема предлагаемой системы управления. еуАдаптивная система управления агломерационной установкой содержит исполнительный элемент 1, объект 2 управления, датчик 3 выходной величины, датчик 4 управляющего воз- действия, датчик 5 контролируемого возмущения, первый блок 6 сравнения, первый задатчик 7, третий 8, первый 9 и второй 10 фильтры низкой частоты, четвертый блок 11 сравнения, второй задатчик 12, первый блок 13 элементов задержки, обратную модель 14 объекта управления, блок 15 адаптации, масшатибрующий блок 16, второй блок 17 сравнения, третий блок 18 элементов задержки, второй блок 19 сумматоров; третий блок 20 масштабирующих элементов, третий блок 21 сравнения, второй блок 22 масштабирующих элементов, третий блок 23 сумматоров, сумматор 24, первый блок 25 масштабирующих элементов, первый блок 26 элементов сравнения, первый блок 27 сумматоров, блок 28 экстраполяторов, вторые блоки 29 элементов задержки, второй блок 30 элементовния. С выхода второго фильтра 10 низкой частоты сигнал поступает на обратную модель 14 объекта управления в виде масштабирующего блока с коэф 1фициентом равным К , где ККстстатический коэффициент усиления, На выходе обратной модели 14 объекта управления получается сигнал о корректировке а О интегрального управления.Управляющее воздействие измеряется датчиком 4 управляющего воздействия и через третий фильтр 8 низкой частоты поступает на входы пер-. вого блока 13 элементов задержки. Число элементов задержки равно (П+1) по числу интервалов разбиения времени пребывания материала в объекте, В практических случаях (и +1) = 10 - 20. Третий фильтр 8 низкой частоты настраивается таким образом, чтобы усреднить значения сигнала об О на интервале Ьл- В блоке элемента 32. задержкиП+1сигнал задерживается на интерваллвремени ь, в блоке элемента (32+П) задержки - на интервал времени и ь, в блоке элемента (32+6) задержки - на интервал времени (П+1) ь, т,е, на выходе блока элемента 32 задержки получается сигнал об управляющем воздействии для порции материала, которая находится в объекте управления интервал времеяи Ьь, на выходе блока элемента (32+ +П) задержки - для порции материала, которая находится в объекте время П ь и подходит в текущиймомент к выходу объекта управления, ча выходе блока элемента, (32+0) задержки - для порции материала, выходящего из объекта управления. Сигналы с выходов первого блока 13 элементов задержки поступают на входы второго блока 19 сумматоров. Кроме того, на входы второго блока 19 сумматоров, сигнал с выхода третьего фильтра 8 низкой. частоты о текущем управляющем воздействии. В сумматоре 34.суммируются два сглаженных сигналами (1) и ц Н+Й), в сумматоре (34+Ь) - (П+1) сигнал:О И), Ц (Ф+ +ь), и 0 Й+ п.ас); в сумматоре (34+П) - (и+2) сигнала: О И), О й+ +ь") О (Ь+а),О+(н+1) .ьаД. С выходов второго блока 19 сумматоров 7 125604 сравнения, блок 31 элементов адаптации.Первый блок 13 содержит (П +1) элементов задержки от 32-го до(32+П)-го включительно, третий блок 18 содержит (П +1) элементов задержки от 33-го до (33+0)-го включительно, второй блок 19 содержит (П+1) сумматоров от 34-го до(34+П)-го включительно, третий блок О 20 содержит (П+1) масштабирующих элементов от 35-го до (35+П)-го включительно, второй блок 22 содержит П масштабирующих элементов от(36+Ь)-го до (36+2 Н)-го включительно, третий блок 23 содержит О сумматоров от (37+П)-го до (37+2 П)- го включительно, первый блок 25 содержит (П+1) масштабирующих элементов от 38-го до (38+0)-го включи Отельно, первый блок 26 содержит(П+1) элементов сравнения от 39-го до (39+П)-го включительно, первыйблок 27 содержит (П +1) сумматоровот 40-го до (40+П)-го включительно, 25блок 28 содержит (П +1) экстраполяторов от 41-го до (41+П)-го включительно, второй блок 29 содержит(П+1) элементов задержки от 42-годо (42+П)-го включительно, второйблок 30 содержит (П +1) элементовсравнения от 43-го до (43+П)-говключительно, блок 31 содержит(П+1) элементов адаптации от 44-годо (44+П)-го включительно. Кроме,35того, 9 - управляющее воздействие; Ю - контролируемое возмущение; ,- неконтролируемое возмущение;У - выходная величина (регулируемая координата) объекта управления. 4 ОПредлагаемая система работает следующим образом,Выходная величина У объекта 2 управления измеряется датчиком 3 выходной величины, с выхода которого 45сигнал подается на первый блок 6сравнения, где из него вычитаетсяфсигнал о заданном значении У выходной величины, поступающий с выхода первого задатчика 7, Полученный сигнал идет на второй фильтр 10 низкой частоты, представляющий собой помехозашищенный управляемый фильтр. Во втором фильтре 10 низкой частоты срезаются отдельные большие выбросы и 55 подавляется высокочастотная составляющая сигнала, что повышает точность его дальнейшего преобраэоваи 1 мых интегральных управлениях для каждой порции материала.Далее определяется разность между требуемыми интегральными управлениями и интегральными управлени-, ями, которые были бы для каждой порции материала при условии, что оставшееся время пребывания в объекте на нее воздействует текущее управляющее воздействие. Для агломерационной установки под таким интегральным управлением понимается путь, который проходит порция матЕ- риала по всей аглоленте, если оставшееся время нахождения на ней .она двигается со скоростью, которая имеет место в текущий момент времени.С этой целью сигнал о текущем управляющем воздействии подается на входы второго блока 22 масштабирующих элементов, В масштабирующем эле менте (36+и) он умножается на велилчину н 6, и тем самым прогнозируется часть интегрального управления для порции материала, которая нахолдится в объекте время бь, з масштабирующем элементе (36+2 п) - на величину 6 ь, и тем самым прогнозируется часть интегрального управления для порции материала, которая нахо.дится в объекте время й 6Выходные сигналы второго блока 22 масштабирующих элементов поступает на входы третьего блока 23 сумматоров, где они суммируются с сигналами, поступающими с выходов третьего блока 20 масштабирующих элементов. за исключением последнего из них (35+п)-го, На входы первого блока 26 элементов сравнения с выходов третьего блока 23 сумматоров подаются сигналы о спрогнозированных интегральных управлениях, из которых вычитаются сигналы о требуемых интегральных управлениях, поступаюших с выходов первого блока сумматоров. Кроме того, в 39-ом элементе сравнения из сигнала, идущего с выхода третьего фильтра 8 низкой частоты, вычитается сигнал с выхода 40-го сумматора.Сигналы о полученных разностях поступают на вход первого блока масштабирующих элементов и умножаются на коэффициенты, с помощью которых интегральные управления пересчитываются в текущие управления и взвешиваются управления для каждой порции материала, например, по эк 125604 2споненциальному закону, причем больший вес придается порциям метериала,находящимся ближе к выходу объектауправления. В масштабирующем элементе 38 сигнал умножается на коэф.ФициентЬ,-б,в котором д, - весовой коэффициент.110 Составляющая в в - отражает, что рази 6ность между прогнозируемым и требуемым интегральными управлениямикомпенсируется текущим управляющимвоздействием на оставшемся интерва 15лле времени П 6 пребывания материала в объекте. В масштабирующем элементе (38+1) сигнал умножается на1коэффициент 3 в в в - в масштабиру(г) д20юшем элементе (38+и) - на коэффици 1ент 3-л-, причем3 = 11:1Сигналы с выходов вторых масшта 25бирующих элементов блока 25 подаются на входы сумматора 24, куда посту.пает также сигнал с выхода третьегофильтра 8 низкой частоты, На выходесумматора 24 получается сигнал отекущем управляющем воздействии,который подается на реализацию навход исполнительного элемента 1.Выходной сигнал исполнительного эле"мента 1 подается на вход объекта 2управления.35 Изменчивость характеристик объекта 2 управления по отношению к измеряемым внешним воздействиям учитывается путем адаптации пересчетного коэффициента 1 масштабирую 40 щего блока 16. Для этого на входыблока 15 адаптации подаются сигналыс выхода второго блока 17 сравнения и выхода масштабирующего блока 16. В блоке 15 адаптации реали 45 зуется, в частности, следующая процедура:, У"(81-К(01 иФЗЫ(Ю50, +д (0)С-А6 ц Ц ц -Оц55 где- интервал времени интегрирования; д Й) - приращения контролип емых возмущений;Заказ 8539/36 Тираж 84ппп Б По писное БЯтент , г.Уагород, ул.Проектная