Регулятор с переменной структурой Советский патент 1985 года по МПК G05B13/02 

Изобретение относится к.области автоматического управления динамическими объектами и, в частности, может найти применение в управлении объектами с двойным интегрированием в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Известен регулятор, которьй обеспечивает перевод состояния объекта в начале координат -в режиме переключения двух линейных структур m, Недостаток регулятора состоит в том, что. в момент переключения струк туры управляющее воздействие скачком изменяет свое значение. Наиболее близким техническим реше нием к изобретению является регулятор, содержащий первый и второй усилители, соединенные с сумматором 2j Недостаток данного регулятора обусловлен тем, что в момент .переклю чения структуры управляющее воздействие скачком изменяет свое значение При этом исполнительные механизмы системы , где используется такой регулятор, претерпевают большие перегрузки, что ухудшает динамические характеристики, снижает надежность и долговечность, а также ограничива. ет область примене:Ешя регулятора. Цель изобретения - улучшение динамических характеристик регулятора при работе с объектом управления с двойным интегрированием и расширение области его применения. Поставленная цель достигается тем что в регулятор с переменной структурой, содержащий первый.и второй усилители, соединенные с первым сумматором, дополнительно введены третий усилитель, второй сумматор, первьш и второй двухканальные коммутаторы, первый и второй блоки формирования линии переключения, первьй и второй блоки формирования сигнала переключения, первое и второе реде и дифференциатор, причем выходы второго и третьего усилителей соединены с входами второго сумматора, выходы первого и второго сумматоров соединены соответственно с первым и вторым входами первого двухканального коммутатора, выход которого соединен с первым входом второго двухканально го коммутатора, въкод которого является выходом регулятора, вход ре гулятора соединен с входом второго усилителя, с первымивходами геерво-. го и второго блоков формирования линии переключения и второго блока формирования сигнала переключения и входом дифференциатора, выход которого соединен с входами первого & третьего усилителей и вторыми входами блока формирования сигнала переключения и блоков формирования линии переключения, выходы первого и второго блоков формирования линии переключения соединены соответственно С первым и BTopbLM входами первого блока формирования сигнала переключения, выход которого соединен с третьим второго блока формирования линии переключения и входом второго реле, выход которого соединен с вторым входом второго двухканального коммутатора, к третьему входу которого подключен источник нулевого сигнала, выход второго блока формирования сигнала переключения через первое реле соединен с третьим входом первого двухканального комментатора. На фиг.1 и 2 представлены фазовый портрет и переходной процесс системы управления с регулятором с переменной структурой соответственно на фиг. 3 - блок-схема предлагаемого регулятора. При этом приняты следующие обозначения: х,, х„ - сигналы рассогласования и скорости его изменения jUj- управляющие воздействия, где i 1,2.... Регулятор содержит усилители 1, 2 и 3, сумматоры 4 и 5, двухканальные коммутаторы 6 и 7, блоки 8 и. 9 формирования, лишш переключения, блоки 10 и 11 формирования cifгнала nei еключентад:, реле 12 и 13, дифференциатор 14, источник 15 нулевого сигнала. В рассматриваемом случае использовани5г регулятора объект управления.является звеном с двойным интегрирование, который описьгаается выражением х,(, х,Со)|,. Перевод изображающей точки в начало координат осуществляется путем формирования и последовательного спшвания .трех линейных структур. Первая и вторая структуры соответственно состоят из скручивающейся

(затухающий осщтляторный процесс) и раскручивающейся спиралей, которые -формируются при управляющих воздействиях

U-U, -k,,x;+k,2X2,(-)kl/ (1) U U, -(.),() (2)

л

где k , 2f i положительные постоянные параметры регулятора (коэффициенты усиления).

Для третьей структуры использована прямая линия, которая формируется при и Uj 0.

Линии переключения S и 8,на которых осуществляется стыковка первой и второй структуры с третьей без разрыва управляющего воздействия соответственно, определяются из уси и 0. ловий и и О и Тогда

-;k,,X,+ k22X2 0 -Udtf 61 X2-C,XirQ

, О кят/ 5 x -t-GjK, 0

где

t- V-

.

21

Линия переключения S, на которой осуществляется стыковка первой структуры со второй, также без скачкообразного изменения управляющего воздействия определяется из условия

Uf Ua Тогда/,

- k,X,-t-k,, К22 Х у

или

5,(k2A-Mx,+Cv,2(«)x,0.

Выбирая коэффициенты усиления как kg, k, k ,(3) для искомой линии переключения получим

О

БЗ х

С целью предотвращения возникновения в системе процессов типа предельного цикла и. увеличения быстродействия параметры линий переключения Sf и Sg выбираются так :

м

С,(4)

Чг

21

Ч

«1. (5)

Z2

Из условий (3) и (5) имеем k,

;22 ki, k. Из-условия (2) . Из условия (1) и (4) k

(6)

Алгоритм управления заключается в следующем.

Изображающая точка из области G, где знак величины Р 5, SjX, и П 5 5 г О до линии переключения 83 (оси Х;|), приводится управляющим воздействием U х. После

переключения структуры на линии Sj в области G, где Р и П 0, действует управляющее воздействие U -( ). На линии Sj снова осуществляется переключение структуры системы, после чего изображающая точка попадает в область G,, где знак П 0. Здесь действует управляющее воздействие и, 0.

Алгоритм управления имеет

вид

х при- Р 0 -() при Р 0; О при П 0

где Р П

S , 0« $2 Х2+С2Х, О

Регулятор работает следующим образом.

В усилителях 1,2 и 3 на основании поступающей информации о сигналах X , и х соответственно формируются сигналы k.x, - k, х , которые подаются на соответствующие

сумматоры 4 и 5. На выходе первого сумматора формируется сигнал управг ления первой структуры U -kx + 3 на выходе второго сигнал управления второй структуры 1/2 -kx, - . Далее эти сигналы подаются на коммутатор 6... выходной сигнал -которого подключен к коммутатрру 7, на второй сигналь. ный вход которого подается сигнал

.управления третьей структуры . Выход коммутатора 7 является выходом регулятора.

. В блоках 8 и 9 на основании поступающих сигналов х и Хл соответственно формируются сигналы S и S , КО торые подаются на первый блок 10 формирования сигнала переключеSния. На выходе этого блока формируется сигнал П SjSj, который дале подается на второй блок 11 формирования сигнала переключения,на другие , входы которого подаются сигналы х , X и на реле 13. В блоке 1I формируется сигнал переключения Р -Их/, х который подается на реле t2, выходной сигнал и sig п(Р) которого подается на управляющий вход коммутатора 6. При и -1() к коммутатору 7 подключается сигнал упра ления и , а при и +1(Р 0)-U2. Алгоритм управления коммутатора следующий:.. )гющий: при и -1 . П, 2 при и +1 Выходной сигнал (П) реле 13 подается на управляющий вход коммутатора 7. При Ц ) к выходу регулятора подключается сигнал управления U 0, а при и -1 (П 0) - выход коммутатора 6 - Uj. Коммутатор 7 управляется по- алгоритму и , при и -1 О при и, +1 Выполнение регулятора по изобретению позволяет управлять объектом без скачкообразного, изменения управляющего, воздействия в моменты переключения структуры, что улучшает его динамические характеристики, а также расширяет область его применения.

РЕГУЛЯТОР С ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ, содержащий первый и второй усилители, соединенные с первым сумматором, отличающийся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик при работе с объектом управления с двойным интегрированием и расширения области его применения, в него введены третий усилитель, второй сумматор, первый и второй двухканальные коммутаторы, первый и второй блоки формирования линии переключения, первьй и второй блоки формирования сигнала переключения, первое и второе реле и дифферелциатор, причем выходы второго и третьего усилителей соединены с входами второго сумматора, выходы первого и второго сумматоров соединены соответственно с первым и вторым- входами первого двухканального коммутатора, выход которого соединен с первым входом второго двухканального коммутатора, выход которого является выходом регулятора, вход регулятора соединен с входом второго усилителя, с первыми входами первого и второго блоков формирования линии переключения и второго блока формирования сигнала переключения и входом дифференциатора, выход которого соединен с входами первого и третьего усилителей и вторыми входами блока (Л формирования сигнала переключения и блоков формирования линии переключения, выходы первого и второго блоков формирования линии переключения соединены соответственно с первым и вторым входами первого .блока формирования сигнала переключения, выход которого соединен с третьим входом второго блока форь ирования линии переключения и входом второго реле, выход которого соединен с вторым входом второго двухканального коммутатора, к третьему входу которого подключен источник нулевого сигнала, выход второго блока формирования сигнала переключения через первое реле соединен с третьим входом первого двухканального коммутатора.

Фи.1

IA;

ЗГ 1МцО

Фиг.г Фиг. J Tul-o r-i и