Система регулирования объекта с запаздыванием Советский патент 1988 года по МПК G05B13/02 

(21 ) 4l42930/2ii-24

(22) 06.11.86

(46) 23.05.88. Бюл. № 19

(71)Сибирский металлургический институт им. Серго Орджоникидзе

(72)В.П.Авдеев, Л.П.Мышляев, С.К.Коровин, В.И.Соловьев, А.Е.Коше- лев, В.И.Сизиков, А.И.Катунин

и Г.Я.Анисимов

(53)62-50(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 699490, кл. G 03 В 13/02, I978.

(54)СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ОБЪЕКТА С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ

(57)Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и позволяет повысить точность регулирования. Система содержит последовательно соединенные исполнительный блок 1, объект 2 регулирования, второй датчик 29, первый фильтр низкой

частоты 30, первый блок 32 сравнения, дифференциатор 21, третий сумматор 17, другой вход которого подключен к входу дифференциатора 21, второй блок 14 определения модуля, первый блок I3 умножения, четвертый сумматор 12, другой вход которого подключен к выходу сумматора I7, сигнум-реле II, интегратор IO, выход которого подключен к другому входу блока 13, второй блок 9 умножения, третий блок 8 сравнения, первый масштабирующий блок I6, вход которого соединен с выходом первого сумматора 20, один из входов которого подключен к последовательно соединенным второму блоку 23 сравнения, второму масштабирующему блоку 19, второму сумматору 15 и второму входу блока 9, второй вход сумматора 20 соединен с вторым входом блока 23 и выходом второго экстраполятора 27. I ил.

(Л

DO СО

00

ел

Изобретение относится к области автоматического управления и регулирования и может быть использовано в системах регулирования объектов с за- паэдыванием, параметры которых изменяются в ограниченных диапазонах и которые подвержены ВЛИЯРШЮ ограниченных по амплитуде неконтролируемых возмущений с нестационарными свой- ствами,

Цель изобретения - повышение точности регулирования.

На чертеже представлена схема системы регулирования объекта с за- паздыванием.

Система регулирования объекта с запаздыванием содержит исполнительный блок 1, объект 2 регулирования, первый датчик 3, второй фильтр 4 низ-

кой частоты, блок 5 элементов 5-1- 5-N задержки, первый блок 6 сумматоров 6-1-6-N, второй блок 7 сумматоров 7-1-7-N, третий блок 8 сравнения, второй блок 9 умножения, интег- ратор 10,сигнум-реле II, четвертый сумматор 12, первый блок 13 умножения , второй блок 1А определения модуля, второй сумматор 15, первый масштабирующий блок 16, третий сумматор 17, первый блок 18 определения модуля, второй масштабирующий блок 19, первый сумматор 20, дифференциатор 21 , третий масштабирующий блок 22, второй блок 23 сравнения, первый блок 24 выбора минимального значения, первый экстраполятор 25, первый блок 26 выбора максимального значения, второй экстраполятор 27, второй блок 28 выбора минимального значения, второй датчик 29, первый фильтр 30 низкой частоты, задатчик 31, первый блок 32 сравнения, первая 33, вторая 34, третья 35, четвертая 36 обратные модели объекта, второй блок 37 выбора мак симального значения.

Первый 30 и второй 4 фильтры низкой частоты представлены, например, инерционными звеньями первого порядка.

Первый 25 и второй 27 экстраполя- торы вьтолнены в виде реальных форсирующих звеньев.

Система регулирования объекта с эапаздьтанием работает следующим образом.

Бинарный регулятор, включающий контуры координатной и оперативной об

Q

0

5

ратной связи, вьфабатывает регулирующее воздействие для объекта, параметры которого изменяются в ограниченном диапазоне. Необходимые этому регулятору огибающие диапазона действующих на объект координатнь х возмущений косвенно оцениваются с запаздыванием и экстраполируются на текущий момент времени. Дпя этого сигнал об измеренном первым датчиком 3 регулирующем воздействии проходит через второй фильтр 4 низкой частоты, где подавляются измерительные помехи и производится усреднение на интервале

АТ -- , и запоминается в элементах

5-1-5-1 задержки блока 5 задержки, причем йТ: - диапазон изменений времени запаздывания объекта, а N - число разбиений интервала ilT , принимаемое в практических случаях равным 10-15. В результате в блоке 5 задержки запоминается траектория регулирующих воздействий на интервале &t возможных изменений времени запаздьшания объекта регулирования. Запомненные значения используются для определения оценок образцовых регулирующих воздействий.

С целью определения расчетных корректировок запомиеиных регулиру- Ю1ЦИХ воздействий выход объекта измеряется вторым датчиком 29 и полученный сигнал поступает на первый (яшьтр 30 низкой частоты, в котором подавляются измерительные помехи, а затем вычитается из сигнала задатчика 31 о заданном значении выхода объекта 2 регулирования. Сигнал об ошибке регулирования поступает на входы обратных моделей 33-36 объекта без учета запаздываний, структура которых одинакова, а параметры, в частности коэффициент передачи k и постоянная времени Т, выбраны следующие: для первой модели 33 ,m второй модели 34 Л третьей модели 35 ма«; Тжи четвертой модели 36 MQKc - kraxc макс обозначают минимальное и максимальное значения соответствующего параметра, определяющие диапазоны его изменения. Из полученных на выходах обратных моделей 33-36 сигналов о корректировках регулирующих Воздействий во втором блоке 28 выбора минимального значения выбирается сигнал с наименьшим значением

а во втором блоке 37 выбора максимального значения - сигнал с максимальным значением. Эти сигналы алгебраически суммируются в первом 6 и во втором 7 блоках сумматоров с сигналами о запомненных значениях регулирующих воздействий и в итоге получается 2N сигналов об оценках образцовых решений, полученных с запаздыванием на различные интервалы времени из диапазона изменения времени запаздывания объекта 2 регулирования Из сигналов об этих оценках в первом блоке 24 выбора минимального значения выбирается сигнал о наименьшей оценке образцового решения, в первом блоке 26 выбора максимального значеU(t) |u(t)(jkp(t)(-f-Hi a« l :bWlL sgn(G(t)(cr(t)( ),

G(t)e(t)-H |ib

в которых 6(t) - ошибка регулирования, k и вб - настроечные коэффициенты.

Для реализации выражений (1)-(3) во втором блоке 23 сравнения из сих нала . с выхода второго экстра- лолятора 27 вычитается сигнал ид,ин с выхода первого экстраполятора 25, сигнал о полученной .разности умножается иа величину I/2 во втором масштабирующем блоке 1S и подается на второй сумматор 15. В первом сумматоре 20 сигналы U;,, и и„д, алгебраически суммируются, затем результирующий сигнал умножается в первом масштаби- рующем блоке 16 на величину I/2 и вычитается в третьем блоке 8 сравиения из выходного сигнала второго блока 9 умножения о величине первого слагаемого выражения (1). Для определения сигнала об этом слагаемом сигнал об ошибке регулирования f(t) умножается в третьем масштабирующем блоке 22 на коэффициент k., определяется в первом блоке 18 определения модуля сигнал о модуле этого произведения, который подается иа второй сумматор 15. С помощью диффереициатора 21 и третьего сумматора I7 вычисляется сигнал o6C)(t) вьфажёния (З), а с помощью блоков с 10 по 14- решается дифференциальное уравнеиие (2), Выходной

ния - сигнал о наибольшей оценке образцового решения. Эти сигналы экстраполируются на время максимального запаздывания соответственно в первом 25 и в ором 27 экстраполяторах, на выходе которых получаются сигналы об оценке нижней и,„„ и верхней П огибающих приведенного координатно- параметрического возмущения в масштабе регулирующего воздействия. Сигналы с ид4им - лдакс поступают на входы второго блока 23 сравнения и первого сумматора 20 бинарной части системы регулирования.

Функционирование бинарной части системы регулирования описывается выражением

-Wr(t),H(t) (I)

(2)

(3)

сигнал третьего блока 8 сравнения поступает на исполнительный блок 1, который реализует вещественное регу- лирующее воздействие на объект 2 регулирования .

Формула изобретения

Система регулирования объекта с

запаздыванием, содержащая первый фильтр низкой частоты, первый экстра- полятор, первый сумматор, первый

датчик, блок элементов задержки, последовательно включенные исполнительный блок, объект регулирования и второй датчик, первый блок сравнения, выходом соединенный с входом первой

обратной модели объекта, а первым входом - с выходом задатчика, выход исполнительного блока соединен с входом первого датчика, о т л и ч а - ю щ а я с я тем, что, с целью повы

шения точности системы, она содержит второй фильтр низкой частоты, два блока сумматоров, два блока выбора минимального значения, два блока выбора максимального значения, три об- ратных модели объекта, первьсй масштабирующий блок, второй экстраполятор, второй блок сравнения, второй масштабирующий блок, третий масштабирующий блок, первый блок оп| еделения модуля.

второй сумматор, дифференциатор, третий сумматор, второй блок определения модуля, первый блок умножения, четвертый сумматор, сигнум-реле, интегратор, второй блок умножения и третий блок сравнения, выход второго экстраполятора соединен с первым входом блока сравнения, выходом соединенного с входом второго масштабирующего блока, выход третьего масштабирующего блока через первый блок определения модуля соединен с первым входом второго сумматора, выход дифференциатора соединен с первым входом третьего сумматора, выходом подключенного через второй блок определения модуля к первому входу первого блока умножения, выход которого соединен с первым входом четвертого сум- 2о ми блока задержки, выходы которого

матора, выход которого через последовательно соединенные сигнум-реле и интегратор подключен к первому входу второго блока умножения, выходом подключенного к первому входу третьего блока сравнения, выход которого подключен к выходу исполнительного блока, выход второго датчика соединен через первый фильтр низкой частоты с вторым входом первого блока сравнения, выход которого подключен к входам второй, третьей и четвертой обратных моделей объекта, третьего масштабирующего блока, дифференциатора и к второму входу третьего сумматора, соединенного своим выходом с вторым входом четвертого

сумматора, выход интегратора подключен к второму входу первого блока умножения, выход первого блока выбора

минимального значения соединен че-

рез первый экстраполятор с первым

входом первого сумматора, выход которого через первый масштабирующий блок соединен с вторым входом третьего

блока сравнения, выход первого блока выбора максимального значения соединен через второй экстраполятор с вторым входом первого сумматора и вторым входом второго блока сравнения,

выход второго масштабирующего блока соединен через второй сумматор с вторым входом второго блока умножения, выход первого датчика соединен через второй фильтр низкой частоты с входа5

0

5

подключены к первым входам первого и второго блоков сумматоров, выходы обратных моделей объекта соединены с входами второго блока выбора минимального значения и с входом второго блока выбора максимального значения, выход которого подключен к вторым входам второго блока сумматоров, выход второго блока выбора минимального значения подключен к вторым входам первого блока сумматоров, выходы первого и второго блоков сутчматоров соединены с входами первого блока выбора минимального значения и с входами первого блока выбора максимального значения .