СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ДВУХПОЗИЦИОННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК G05B11/16 

Изобретение относится к области автоматического управления, а именно к двухпозиционному регулированию. Оно может быть использовано для автоматического управления процессами как в промышленности (регулирование температуры в нагревательных печах, прессах, экструдерах, регулирование уровня в кубах ректификационных колонн и т.п.), так и в быту (регулирование температуры в бытовых электронагревательных приборах).

Известен способ автоматического двухпозиционного релейного регулирования, основанный на задании сигнала задания регулируемой величины и управляющих воздействий, соответствующих позициям регулятора, соответственно, нижней и верхней (см. например, А.С. Клюев. Двухпозиционные автоматические регуляторы и их настройка. М.: Энергия, 1967 г.). При этом значения позиций регулятора должны быть меньше (для нижней) и больше (для верхней) нагрузки объекта регулирования, т.е. нагрузка объекта должна находиться между позициями регулятора.

Для улучшения качества регулирования применяют способ автоматического двухпозиционного регулирования с использованием неполного притока и оттока энергии, т.е. когда управляющие воздействия, соответствующие позициям регулятора, принимают значения меньше (для верхней позиции) и больше (для нижней) крайних значений, обеспечиваемых исполнительным устройством системы регулирования (см. например, А.А. Кампе-Немм. Автоматическое двухпозиционное регулирование. М.: Найка, 1967 г.).

Однако, при совместном использовании известных способов они не дают необходимого улучшения качества регулирования, если нагрузка объекта меняется. Сближение значений позиций с нагрузкой в этом случае затруднено. Более того, нагрузка объекта регулирования может выйти из зоны позиций регулятора, что приведет к неустойчивости системы.

Целью изобретения является повышение качества при двухпозиционном регулировании для объектов с меняющейся нагрузкой.

Для этого задают три значения сигналов задания регулируемой величины: номинального (N) и двух сигналов зоны адаптации, отличающихся от номинального на некоторую величину ±δ, т.е. N+δ и N-δ, определяющих зону адаптации N±δ.
Номинальное значение сигнала задания (N) служит, как и в способе релейного регулирования, для переключения управляющих воздействий (позиций регулятора) с большего значения на меньшее или наоборот, причем в первоначальный момент времени регулирования формируют их крайние значения, т.е. U₁ ^min (нижнюю позицию регулятора) и U₂ ^max (верхнюю позицию регулятора).

Сигналы задания N+δ и N-δ зоны адаптации предназначены для адаптации управляющих воздействий (позиций) регулятора к нагрузке, с которой работает объект. Причем, если, например, значение регулируемой величины превысит верхнюю границу зоны адаптации N+δ и при этом будет включена верхняя позиция регулятора, то значение нижней позиции регулятора будет увеличиваться по тому или иному закону, например апериодическому, в функции времени выбега регулируемой величины за зону адаптации, в данном случае за N+δ, стремясь при этом к крайнему значению верхней позиции, т.е. U₂ ^max. Если же, при той же характеристике регулятора, значение регулируемой величины станет меньше значения нижней границы зоны адаптации N-δ, и при этом будет включена нижняя позиция регулятора, то значение управляющего воздействия, соответствующее верхней позиции регулятора, будет уменьшаться по тому же закону, что и нижняя позиция, в функции времени выбега регулируемого параметра за N-δ, стремясь при этом к U₁ ^min.

Таким образом, значение недействующего управляющего воздействия (позиции) регулятора изменяется по определенному закону в сторону сближения с крайним значением действующей позиции в функции времени выбега регулируемой величины за зону адаптации ±δ.
Однако, при таком способе регулирования возможен случай, когда позиции регулятора перехлестнутся, т.е. значение нижней позиции станет больше значения верхней, т.е. U₁ > U₂. Во избежание этого, позиции регулятора постоянно сравниваются, и в случае их перехлеста, действующему значению управляющего воздействия (позиции) присваивается его крайнее значение, т.е. U₁ ^min или U₂ ^max.

При данном способе регулирования процесс адаптации позиций регулятора имеет место только при выбеге регулируемой величины за зону адаптации, т.к. изменение (адаптация) значений управляющих воздействий (позиций) осуществляется только в функции времени выбега регулируемой величины за зону ±δ и не может осуществляться при вхождении величины в зону. Прекращение адаптации позиций регулятора происходит в том случае, если амплитуда (размах) автоколебаний Δx не будет превышать границ зоны адаптации, т.е. N-δ < Δx < N+δ.
На чертеже представлена блок-схема устройства, позволяющего реализовать предлагаемый способ автоматического двухпозиционного регулирования.

Устройство содержит: адаптивный двухпозиционный регулятор I; объект регулирования II с меняющейся нагрузкой F.

Регулятор содержит четыре элемента сравнения 1-4 с пороговыми элементами, формирующих дискретные управляющие сигналы x₁-x₄, релейный элемент 5 с изменяющимися значениями верхней (U₂) и нижней (U₁) позиций, крайние значения которых могут достигать соответственно значений U₂ ^max и U₁ ^min, элемент перенастройки позиций 6 и элемент управления 7, образующих блок управления III, выходной управляющий канал U и три входных канала для задания сигналов задания: N = Y_зд; N-δ и N+δ.
Командный сигнал x₂ управляет переключением позиций с U₁ на U₂ или наоборот. Сигнал x₁ через элемент 6 осуществляет перенастройку (адаптацию) U₂ (верхней позиции) регулятора в функции времени выбега регулируемой величины за нижнюю границу зоны адаптации, т.е. N-δ. Таким образом изменение верхних позиций регулятора N+δ можно записать как: ΔU₂ = f(t₂), где t₂ - время длительности выбега величины за N-δ. Сигнал x₃ через элемент осуществляет перенастройку нижней позиции регулятора в функции времени выбега регулируемой величины за N+δ. Изменение ΔU₁ при этом можно записать как: ΔU₁ = f(t₁), где t₁ - время длительности выбега величины за N+δ. Командный сигнал x₄ через элемент 7 осуществляет возврат действующей позиции регулятора в свое крайнее положение U₂ ^max или U₁ ^min в случае перехлеста позиций.

Перенастройка воздействия U₁ производится в сторону сближения с крайним значением управляющего воздействия U₂, т.е. U₂ ^max, перенастройка воздействия U₂ производится в сторону сближения с U₁ ^min. При этом скорость изменения управляющих воздействий U₂ и U₁ определяется в соответствии с динамическими особенностями объекта регулирования и задается элементом перенастройки позиций 6.

Автоматически перенастраивая воздействия U₂ и U₁ по тому или иному закону, например апериодическому, в функции времени выбега регулируемой величины за зону адаптации ±δ, удается некоторым запаздыванием компенсировать изменение нагрузки F, влияющее на качество переходного процесса.

В настоящее время разрабатываются ряд устройств-регуляторов, работающих по данному способу.

Изобретение относится к области автоматического управления, а именно к двухпозиционному регулированию, и может быть использовано как в промышленности, так и в бытовой технике (регулирование температуры, уровня и т.д.). Техническим результатом является улучшение качества регулирования объектов с меняющейся нагрузкой. Для этого задают два сигнала, определяющих зону адаптации, и при выбеге регулируемой величины за зону адаптации изменяют недействующее значение управляющего воздействия регулятора в сторону крайнего значения действующего управляющего воздействия, в функции времени выбега регулируемой величины за зону адаптации, при этом производят постоянное сравнение позиций регулятора и в случае их перехлеста формируют крайнее значение действующей позиции регулятора. 1 ил.

Способ автоматического двухпозиционного релейного регулирования, основанный на задании сигнала задания регулируемой величины N, а также управляющих воздействий, соответствующих верхней и нижней позициям регулятора, причем сигнал задания регулируемой величины служит для переключения позиций регулятора с верхней на нижнюю или наоборот, отличающийся тем, что дополнительно задают два сигнала, определяющих зону адаптации N±δ, и при выбеге регулируемой величины за зону адаптации изменяют недействующее значение управляющего воздействия (позицию) регулятора в сторону крайнего значения действующего управляющего воздействия в функции времени выбега регулируемой величины за зону адаптации ±δ, причем это значение может достигать значений задаваемых исходных крайних позиций, а также производят постоянное сравнение позиций регулятора и в случае их перехлеста формируют крайнее значение действующей позиции регулятора.