Адаптивный регулятор Советский патент 1985 года по МПК G05B13/02 

запаздывания с вторым входом третьего сумматора, выход третьего пропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом второго ключа и через третью модель объекта без запаздьюания с вторым входом четвертого сумматора, выходы

первого я второго интеграторов подключены к вторым входам соответственно третьего и пятого блоков сравнения, выходы первого и второго задатчиков подключены к вторым входам соответственно четвертого и шестого блоков сравнения.

АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий экстраполятор, блок задержки, последовательно включенные первый блок сравнения, первый фильтр низкой частоты, первый пропорхщонально-интегральный блок, второй блок сравнения, первую модель объекта без запаздывания и первый сумматор, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, выход зкстраполятора подключен к выходу регулятора и через блок задержки к второму входу второго блока сравнения, первый вход регулятора соединен с вторым входом первого сумматора, второй вход - с вторым входом первого блока сравнения, отличающийс я тем, что, с целыо повьшения точности регулирования, в него введены второй сумматор, вторая и третья модели объекта без запазды-. вация, первый и второй задатчики, последовательно включенные третий сумматор, второй фильтр низкой частоты, второй пропорционально-ин(Л тегральный блок, третий блок сравнения, первый интегратор,первый С блок определения модуля, четвертый блок сравнения и первый ключ, последовательно включенные четвертый сумматор, третий фильтр низкой частоты, третий пропорционально-интегральный блок, пятый блок сравнения, второй интегратор, второй блок определения модуля, шестой блок сравнения и второй ключ,причем первый вход второго сумматора соединен с выходом первого пропорционально-интегрального блока, второй вход - с выходом первого ключа, третий вход - с выходом второго ключа, а выход - с входом экстраполятора, выход первого блока сравнения подключен к первому входу третьего сумматора, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, выход второго пропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом первого ключа и через вторую модель объекта без

Изобретение относится к автомати ческому управлению и регулированию и может быть использовано для построения систем управления техническими оЬъектамк, содержащими значительные запаздывания и подверженных влиянию неконтролируемых возмущений с нестационарными свойствами. Предполагается, что динамика объекта по каналам регулирования описывается передаточной функцией L(p) -Р ЩТ где Ь(р) и М(р) - полиномы от р, причем полином М(р) вьше первого порядка, а степень полинома L(p) не превышает степень полинома М(р) - время запаздывания. Задача управления заключается Б обеспечении ин вариантности регули руемой координаты от внешних воздей ствий. Известен регулятор для объектов с запаздыванием,содержащий последо вательно включенные первый блок сравнения, фильтр низкой частоты, обратную модель объекта без запаздывания, второй блок сравнения, экстраполятор и блок задержки выход которого подключен к второму входу второго блока сравнения ij . Недостаток этого регулятора заключается в низкой точности регу лирования, обусловленной наличием обратной модели объекта без запаздьшания. Наиболее близким к предлагаемом „ является регулятор, содержащий посл довательно включенные первый блок сравнения, фильтр низкой частоты. пропорционально-интегральньй блок, зкстраполятор, блок задержки, второй блок сравнения, модель объекта без запаздывания и сумматор, выход которого подключен к первому входу первого блока сравнения, выход пропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом второго блока сравнения, первый вход регулятора соединен с вторым входом сумматора, второй вход - с вторым входом первого блока сравнения, выход экстраполятора подключен к выходу регулятора. При работе этого регулятора с помощью, модели объекта без запаздывания , пропорционально-интегрального блока, сумматора, фильтра низкой частоты, первого и второго блоков сравнения производится неявное обращение модели объекта и определяется с запаздыванием оценка идеального управления. Эта оценка экстраполируется на интервал времени запаздывания , в результате чего получается управление на текущий момент времени J2j. Недостаток известного регулятора низкая точность регулирования из-за ошибок запаздьюающего оценивания идеального управления. Более точные оценки идеального зшравления при неявном обращении модели объекта можно получить путем увеличения коэффициента усиления пропорционально-интегрального блока. Однако для моделей объектов второго порядка, включая порядок дополнительного фильтра, большое увеличение коэффициента усиления регулятора ведет к возможной неустойчивости замкнутого контура. J Цель изобретения - повышение точности регулирования, Псставленнйя цель достигается тем, что в рехулятор, содержащий экстраполятор, блок задержки, после довательно включенные первый блок сравнения, первый фильтр низкой частоты, первьй пропорциональноинтегральный блок, второй блок срав нения, первую модель объекта без запаздывания и первый сумматор,выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения„ выход экстраполятора подключен к выходу регулятора и через блок задержки к второму входу второго блока сравнения, введены второй сумматор, вторая и третья модели объекта без запаздывания, первый и второй задатчики, последовательно включенные третий сумматор, второй фильтр низкой частоты, второй пропорционально-интегральный блок, третий блок сравнения, первый интегратор, первы блок определения модуля, четвертый блок сравнения и первый ключ, после довательно включенные четвертый сумматор, третий фильтр низкой частоты, третий пропорционально-интегральньй блок, пятьй блок сравнения второй интегратор, второй блок определения модуля, шестой блок сравнения и второй ключ, причем первый вход второго сумматора соединен с выходом первого пропорционально-интегрального блока, второй вход с выходом первого ключа, третий вход - с выходом второго ключа, а выход - с входом экстраполятора, выход первого блока сравнения подкл чен к первому входу.третьего сумматора, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, выход второго пропорциональноинтегрального блока соединен с входом первого ключа и через вторую модель объекта без запаздывашш с- BfopHM входом третьего сум матора, выход третьего пропорционально-интегрального блока соединен с вторым входом второго ключа и через третью модель объекта без запаздывания с вторьм входом четвертого сумматора, выходы первого и вторсмго интеграторов подключены к вторым входам соответственного трет его и пятого блоков сравнения, выходы первого и второго задатчйков 154 подютючены к вторым входам соответственно четвертого и шестого блоков сравнения. Точность регулирования в предлагаемом регуляторе повмаается за счет того, что вводятся корректировки оценки идеального управления в зависимости от невязки заданного и модельного значений выходной переменной объекта управления. Причем названные корректировки вводятся в том случае, когда их сглаженные значения превышают заданную величину. На чертеже приведена блок-схема адаптивного регулятора. Адаптивный регулятор содержит первьй сумматор 1, первую модель 2 объекта без запаздывания, второй блок 3 сравнения, блок 4 задержки, первый блок 5 сравнения, первый фильтр б низкой частоты, первый пропорционально-интегральный блок 7, второй сумматор 8, экстраполятсф 9, третий сумматор 10, вторую модель 11 объекта без запаздывания, первый задатчик 12, второй фильтр 13 низкой частоты, второй пропорциональноинтегральньй блок 14, третий блок 15 сравнения, первый интегратор 16, первый блок 17определения модуля, четвертый блок 18 сравнения, первый ключ 19, четвертый сумматор 20, третью модель 21 объекта без заиаздывания, второй задатчик 22, третий фильтр 23 низкой частоты, пропорционально-нйтегралышй блох 24, пятый блок 25. сравнения, второй интегратор 26, второй бяок 27 определения модуля, шестой бяок 28 сравнения и второй кшхч. 29. При этом на схеме обоз {зчены выходной сигнал y{t) объекта зшравления (регулируемая координата), заданный сигнал y(t) (задание на регулируемую координату), управляющий сигнал V(t). Модели 2,11 и 21 объекта без запаздьшанкя представлены, например, в виде последовательно соединенных инерционных звеньев СзЗ. Схема фильтров 6, 13 и 23 низкой частоты содержит ограничитель сигнала и интегратор, охваченные отридательной обратной связью, и блоки адаптации зоны ограгшчения и постоянной интегрирования М. Пропорционально-интегральные (ПИ) блоки 75 14 и 24 содержат масштабирующий блок и интегратор, подключенные выходами к сумматору, выход которого является выходом ПИ блока, вход 1Ш блока подключен к входу интегратора и масштабирующего блока. Экстр полятор 9 представлен реальным форсирующим звеном, а ключи 19 и 29 являются замыкающими ключами З. Схема блоков 17 и 27 определения мо дуля дана в . г цаптивнь й регулятор работает следующим образом. В первом сумматоре 1 выходдюй сигнал объекта управления алгебраически суммируется с выходным сигналом первой модели 2 объекта без за паздывания, в результате получается выходной сигнал y(t) первого мо дельного контзфа регул фования. Сиг нал y-(t) поступает на первый блок 5 сравнения, где из него вычитается заданный сигнал y(t). Полученный сигнал идет на первый фильтр 6 низкой частоты, в котором срезаются отдельные большие выбросы и подавля ется высокочастотная составляющая сигнала, что повышает точность его дальнейшего преобразования. С выхода первого ф1шьтра 6 низкой частоты сигнал поступает на первый пропорционально-интегральный блок 7 (пирегулятор первого модельного контура) , на выходе которого получается управляющий сигнал V(t-C) первого модельного контура. Сигнал V (t-o) является оценкой идеального управления на момент времени (t-o), т.е. такого управления, которое надо реализовать для того, чтобы равенство y(t)y(t;) Настройки пи-регулятора первого модельного контура выбираются по из вестным методикам 5 из условия обеспечения устойчивости этого контура, что налагает ограничения на величину коэффициента усиления пи-регулятора. Это в свою очередь ведет к увеличению ошибки отслеживания сигналом y(t) сигнала y(t), а следовательно, к ошибкам в определении V (t-C). Для уменьшения оши бок в оценке ) сигнал об отключении ) y(t) -, y(t) с выхода первого блока 5 сравнения подается, во второй модельньй контур регулирования, содержащий третий су1-1матор 10, вторую модель 11 объек 156 та без зайаздыва1шя, второй фильтр 13 низкой частоты и второй пропорционально-интегральный блок 14 (пи-регулятор второго модельного контура). Во втором модельном контуре на выходе ПИ-регулятора получается корректировка 5v(t-) оценки V(t-t) из условия равенства 6 (t) нулю. Для этого в третьем сумматоре 10 алгебраически суммируются сигналы с выходов первого блока 5 сравнения и второй модели 11 объекта без запаздывания. Полученный сигнал поступает через второй фильтр 13 низкой частоты на вход второго пропорционально-интегрального блока 14, выходной сигнал Sv(t-o) которого идет на вход второй модели t1 объекта без запаздывания . Корректировка Sv (t-t) учитывается в том случае, когда модуль ее сглаженного значения превышает заданную величину. С этой целью выходной сигнал второго пропорциональноинтегрального блока 14 сглаживается с помощью инерционного звена, реализованного на первом интеграторе 16, охваченнрм отрицательной обратной связью (третий блок 15 сравнения) . Выходной сигнал первого интегратора, 16 поступает через первый блок 17 определения модуля на четвертый блок 18 сравнения, где из этого сигнала вычитается выходной сигнал первого задатчика 12, С выхода четвертого блока 18 сравнения сигнал подается на первый управляюпщй вход первого ключа 19. Если сигнал имеет положительную величину, первый ключ 19 замыкается и выходной сигнал 8 V (.t- второго пропорционально-интегрального блока 14 идет на второй вход второго сумматора 8. . Так же, как и во втором модельном контуре, определяется корректировка ) в третьем модельном контуре, содержащем четвертый сумматор 20, третью Модель 21 объекта без запаздывания, третий фильтр 23 низкой частоты и третий пропорционально-интегральный блок 25. Решение о необходимости учета корректировки S V (t-) принимается по такому же правилу, что и для V (t-). С этой целью введены пятый блок 25 сравнения, второй интегратор 26,

71

второй блок 27 определения модуля, второй задатчик 22 и второй ключ 29.

По аналогии можно построить и большее количество модельных контуров. Их число диктуется порядком моделей каналов регулирования и тренда ошибок натурного регулирования у(и) - y(t), мощностью измерительных помех и требуемой точностью оценивания идеальных управлений. Настроечные параметры всех модельных контуров достаточно брать одинаковыми, что существенно упрощает наладку предлагаемого регулятора по сравнению со случаем, когда в модель ном контуре применяется более сложный, чем рекомендуемый, ПИ-регулятор.

Во втором сумматоре 8 алгебраически суммируются сигналы V(t-), Sv (t-J) и 8 (t-c) ,н в результате получается сигнал V(t-t) со скорректированной оценке идеального управления. Сигнал V(t-o) экстраполируется на интервал времени D экстраполятором 9,выходной сигнал V(t) которого является выходным сигналом регулятора.Сигнал V(t) пода ется также через блок 4 задержки на второй зход второго блока 3 сравнения, где вычитается из сигнала

492158

V(t-), пр1гшедгаего с выхода первого пропорционально-интегрального блока 7. Полу- еннь й сигнал о разности V(t-t) - VCt-) подается через первую модель 2 объекта без запаздывания на первый вход первого сумматора 1 и, таким образом, получается замкнутый первый контур модельного регулирования.

Использование предлагаемого адаптивного регулятора по сравнению с известным позволяет повысить точность воспроизведения задания в 15 результате более точного получения оценок идеальных управлений, что достигается за счет структуры регулятора, содержащей несколько модельнйх контуров регулирования. Иа20 турно-модельные испытания системы управлеш-1я тепловым и шлаковым режимом доменной печи показали, что степень стабилизации химического чугуна и шлака повьппается в среднем

5 на 15-20% по сравнению с системой управления, в которой применялся известный регулятор,Такое повышение степени стабилизации может дать экономический эффект порядка

JO 300 тыс.руб. на доменную печь объемом 5000 м.