Регулятор с переменной структурой для объектов с запаздыванием Советский патент 1983 года по МПК G05B13/02 

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для построения систем управления техническими объектами, содержащих значитель ные запаздывания и подверженных влиянию неконтролируемых возмущений. Динамика объекта по каналам регулирования описывается передаточной функцией W(p) , где к - коэффициент передачи; Т - время транспортного запаздывания, , а структурные и статистические характе ристики внешних воздействий значительно изменяются на интервале време ни длительностью t/. известен регулятор Ресвика, содержащий последовательно соединенные первое звено вычитания, в котором из измеряемого выходного сигнала объекта регулирования вычитается заданный сигнал, обратная модель канала регулирования без запаздывания, второе звено вычитания, в котором из задержанного в звене чистого запаздывания его же выходного сигнала вычитается входной сигнал обратной модели канала регулирования без запаздывания Г11. Недостатком указанного устройства является то, что оно не обеспечивает высокой точности регулирования при действии высокочастотных помех и наличии ошибок реализации и измерения управлений, а также из-за изменения характеристик внешних воздействий на интервал времени длительностью Т. Наиболее близким к предлагаемому является регулятор, содержащий последовательно соединенные первое звено сравнения, обратную модель без запаздывания, второе звено сравнения, первый фильтр низкой частоты и первый экстраполятор, второй вход второго звена сравнения соединен

с выходом первого звена задержки 2J.

Недостаток этого регулятора заключается в невысокой точности регулирования вследствие Tort), что структурно-статические характеристики внешних воздействий значительно . изменяются с течением времени, а структура и параметры фильтра низкой частоты и экстраполятора выбираются в ориентации на определенные неизменные характеристики внешних воздействий.

Цель изобретения - повышение точности регулирования.

Поставленная цель достигается те что в регулятор с переменной структурой для объектов с запаздыванием введены последовательно соединенные второй фильтр низкой частоты, второй экстраполятор, третье звено задержки, третье звено сравнения, первый квадратор, третий фильтр низкой частоты, четвертое звено сравнения и переключатель, причем вход второго фильтра низкой частоты и второй вход третьего звена сравнения соединены с выходом второго звена сравнения, второй вход переключателя,соединен с выходом второго экстраполятора, а третий вход - с выходом первого экстраполятора, последовательно соединенные второе звено задержки, пятое звено сравнения, второй квадратоЕ р, четвертый фильтр низкой частоты выход которого подключен к второму входу четвертого звена сравнения, вход второго звена задержки соединен с выходом второго экстраполятора, а второй вход пятого звена сравнения - с выходом второго звена сравнения.

Повышение точности регулирования достигается за счет того, что рабочее управление выбирается из управлений, выработанных либо первым контуром, подключающим первый фильтр низкой частрты и первый экстраполятор, либо вторым контуром, включающим второй фильтр низкой частоты и второй экстраполятор, отличающиеся по своей структуре и параметру от первого фильтра и первого экстраполятора. Управления выбираются в зависимости от их точности. Точность управлений первого и второго контуров определяется путем сравнения в соответствующие моменты времени этих управлений с оцениваемым с запаздыванием на время F требуемым (идеальным) управлением, которым является выходной сигнал второго звена сравнения. Такое определение точности производится с помощью пятого и третьего звеньев сравнения, второго и пятого звеньев сравнения, первого и второго квадраторов, четвертого и третьего фильтров низкой частоты Другими словами, повышение точности регулирования достигается за счет изменения структуры и параметров предлагаемого устройства. Выбираются те структура и параметры, которые дают наилучшие результаты. По аналогии можно вводить несколько контуров, из которых оперативно выбирается наилучший.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства„

Регулятор с переменной структурой для объектов с запаздыванием содержит первое звено 1 сравнения, обратную модель объекта без запаздывания - пропорциональное звено 2, второе звено 3 сравнения, первый фильтр 4 низкой частоты, первый экстраполятор 5, первое звено 6 задержки, второй фильтр 7 низкой частоты, второй экстраполятор 8, второе звено 9 задержки, третье звено 10 задержки, пятое звено 11 сравнения, второй квадратор 12, четвертый фильтр 13 низкой частоты, третье звено 14 сравнения, первый квадратор 15, третий фильтр 16 низкой частоты, четвертое звено 17 сравнения, переключатель 18.

На фиг. 1 приняты обозначения: y(t) - регулируемая координата в t-ый момент времени; y(t) - задание на регулируемую координату; U(t) упразлящее воздействие.

Устройство работает следующим образом.

В первом звене 1 сравнения из сигнала у (t) в регистрируемом значении регулируемой координаты вычитается сигнал ) о заданном значении регулируемой координаты. Полученная разность поступает на пропорциональное звено 2, где она умножается на величину, равную обратному значению коэффициента передачи К канала регулирования. Во втором звене 3 сравнения из управляющего воздействия U, задержанного на время t в первом звене 6 задержки вычитается сигнал. 510 поступающий с пропорционального заена 2. Тем самым управление U(t-i;) корректируется таким образом, чтобы получить требуемое (идеальное) управлеJ1J-iril U i J --t4VjЧ - ri t lLJIIV 4/ J 1 t ние U в момент времени (t-f), т.е. , . . u lt-t) uCt-tO- -f- Iy(t)-v(t)3. Сигнал с выхода второго звена 3 сравнения поступает на фильтр низкой частоты j где отфильтровываются выс6ко астотныёпбМёхй контроля ре.гулируемой координаты и/управляю- . щего воздействия. Фильтр низкой частоты содержит, например, последо- 15 вательно соеди-ненные звенья сравнения усилитель с насыщением и интегратор, выход которого соединен со вторым входом звена сравнения и является выходом фильтра. Сглаживаемый сигнал с выхода фильтра k низкой частоты Поступает на экстраполятор 5, например реальное форсирующее зве но. С выхода второго звена 3 еравнения сигнал поступает также на вход второго фильтра 7 низкой частоты, от личающегося по .структуре от фильт- . ра Ц низкой частоты. В частности, вторым фильтром 7 низкой частоты может быть медианный сглаживатель, Сглаженный сигнал с выхода фильтра 7 низкой частоты поступает на экстраполятор 8, структурно отли-шющийся от экстраполятора 5. В частности, экстраполятор 8 может быть представлен пропорциональным звеном. При таких структурах фильтров и экстраполя торов первого и второго контуров вто рой контур является более быстродействующим. Таким образом, на выходе экстраполяторов 5 и 8 полумаются сигналы управляющих воздействий, эффективность которых различна на различных участках функционирования предлагаемого устройства. Различие эффективности управляющих воздействий объясняется различными структурами фильтров Ц и 7 низкой частоты и экстраполяторов 5 и 8. При одних свойствах внешних во здействий лучшие результаты дает контур, содержащий фильтр и экстраполятор 5, при других свойствах - контур, содержащий фильтр 7 и экстраполятор 8. . Наличие требуемого идеального управления позволяет выбирать луч.шее из управляющих воздействий. 706 Это осуществляется следующим об- разом. Из сигнала о требуемом в (t-r)-bin момент времени управления U {t-tO в звене 11 сравнения вычитается сигнал об управлении U(t-T) поступающий через звено 9 задержю1 с выхода экстраполятора $. На выходе звена 11 сравнения получается сигнал . об ошибке 6| управления первого кэналаg Ct-i:) u(t-t)-u(t-tr)« Этот Сигнал поступает на вход первого квадратора, где возводится в квадрат, а затем - на вход фильтра 13, низкой частоты, содержащего, нап0имер, последовательно соединенные звено сравнения, усилитель с насыщением и интегратор, выход которого соединен со вторым входом звена срав.нения.. . На выходе фильтра 13 низкой частоты получается низкочастотная составляющая сигнала о квадрате оиибки 6. Аналогично находится низкочастотная составляющая сигнала о квадрате ошибки Е.2 второго канала. Из сигнала о требуемом управлении U(t-ir) В звене 1 t сравнения вычитается сигнал об управлении 1)2(1-1), поступающий через звено 10 з адержки с выхо- да экстраполятора 8. На выходе звена 14 сравнения получается сигнал об ошибке §2, управления второго канала U(t-t)-U2{t-r). Этот сигнал возводится в квардат в квадраторе 15, а затем поступает на вход фильтра 16 низкой частоты, структура и параметры которого такие же как и у фильтра 13 низкой частоты. На выходе фильтра 16 пЬлучается низкочастотная составляющая сигнала о квадрате ошибки 62В звене 17 сравнения из сигнала 2« поступающего с выхода фильтра 16 низкой частоты, вычитается сиг- . нал Ц, поступающий с выхода фильтра 13 низкой частоты. Сигнал с выхода . звена 17 сравнения идет на первый вход переключателя 18, на второй вход которого подается сигнал U2(t) с выхЬда экстраполя гора 8, а на третий вход - сигнал U (t) с выхода экстраполятора 5. Работу переключателя 18 можно описать выражением ju,(ti ,при e(t-t)-e5{t-t)o U2Ct),(t-Cj-g(t-X)0 ,

7

где U(t) - выходной сигнал переклоча 2 теля 18; (1-)-6г(-1 -8ЫХОдной сигнал пятого

звена 17 сравнения, т.е., выбирается то ynpaejj Hne, низкочастотная составляющая ошибки которого меньше.

Выходной сигнал U{t) переключателя 18 подается на вход звена 6 задержки и является выходным сигналом регулятора.

Использование предлагаемого регулятора с переменной структурой для объектбв с запаздыванием позволяет повысить точность регулирования за счет того, что в зависимости от характерйстик внешних воздействий используются различные фильтры низкой частоты и экстраполяторы.

Технико-экономическая эффективность от использования изобретения следующая. Моделирование системы, содержащей предлагаемое устройство и управляющей процессом увлажнения аглошихты показало, что степень стабилизации влажности аглошихты повышается на 7% по сравнению с известной системой, что ведет к увеличению производительности агЛомашины на 0,1 и снижению расхода твердого топлива на 0,11.

Формула изобретения

Регулятор с переменной структурой для объектов с запаздыванием, содержащий последовательно соединенные первое звено сравнения, обратную модель без запаздывания, второе зве049708

но сравнения, первый фильтр низкой частоты и первый экстраполйтор, второй вход второго звена сравнения соединен с выходом пёрво го звена

5 задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения точное ти регулятора, в него введены последовательно соединенные второй фильтр частоты, второй экстраполяte тор, третье звено задержки, третье звено сравнения, первый квадратор, третий фильтрНИЗКОЙ частоты, четвёртое звено сравнения и переключатель, причемВХОД второго фильтра

15 низкой частоты и второй вход третьего звена сравнения соединены с выходом второго звена сравнения, второй вход переключателя соединен с выходом второго экстраполятора, а тре20 тий вход - с выходом первого экстраполятора, последовательно соединенные второе звено задержки, пятое звено сравнения, второй квадратор, четвертый фильтр низкой частоты,

5 рыход которого подключен к второму входу четвертого звена сравнения, вход второго.звена задержки соединен с выходом второго экстраполятора, а второй вход пятого звена сраввыходом второго звена

нения - с сравнения,

Источники.информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Турецкий X. Анализ и синтез систем управления с запаздыванием. М., Машиностроение, 197,

с. .

2.Авторское свидетельство СССР по заявке ff 2731605/18-24,

кл. G 05 В 13/02, 27.09.78 (прототип)