Система управления объектом с избыточным числом управляющих воздействий, например, дуговой электропечью Советский патент 1989 года по МПК G05B13/02 

Изобретение отногигся к технике автоматического управления и регулирования и может быть использовано при построении систем управления объектами, число управляющих воздействии которых больше (например, два), чем число выходных целевых координат (например, одна). Объекты подвержены влиянию неконтролируемых воз- мущений и содержат запаздывания в каналах управления. Цель управления - поддержание заданного значения выходной координаты при максимизации производительности объекта и выполне- нии ограничений на заданные программы и интегральные значения управляющих воздействий.

Примером таких объектов служат дуговые электросталеплавильные печи, если рассматривается задача управления электрическим режимом в период расплавления. В этом случае управляющие воздействия - расход сыпучих материалов и электроэнергии, выходной координатой может служить температура охлаждающей воды, характеризующей температуру футеровки печи. Заданные программы на расход сыпучих материалов и электроэнергии должны коррек- тироваться таким образом, чтобы поддерживать постоянной температуру футеровки и, в то же время, отдать в печь за период расплавления не меньше заданного количества сыпучих ма- териалов и максимизировать расход электроэнергии, что сокращает длительность периода расплавления металла.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей системы управления.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемой системы управления.

На чертеже приняты следующие обо- значения:

U(t) и U-(t) - первое и второе управляющие воздействия (управления) ;

Y(t) - выходная координа та (выход) объекта управления.

,

Система управления содержит объект 1 управления, первый 2 и второй 3 исполнительные блоки, первый А, второй 5 и третий 6 датчики, третий сумматор 7, первый блок 8 сравнения (компаратор), модепь 9 первого канасto15

20 2530 ,,- о

.,

50

55 ла, втором блок 1U сравнения, программный задатчик 11, фильтр 12 низкой частоты, реле И времени, первый сумматор 14, третий блок 15 сравнения, второй ключ 16, второй задатчик 17, первый блок 18 задержки, четвертый блок 19 сравнения, первый задатчик 20, второй блок 21 задержки, обратная модель 22 второго канала, второй ограничитель 23, первый ключ 24, интегратор 25 с обнулением, второй сумматор 26, масштабирующий блок 27, пятый блок 28 сравнения, первьй ограничитель 29 и экстраполятор 30. Если объектом 1 управления является дуговая электропечь, то при управлении электрическим режимом в период расплавления в качестве выхода объекта может служить температура охлаждающей воды, измеряемая третьим датчиком 6.

Система управления работает следующим образом.

Сигнал ) о реализованном первом управлении (например, о расходе электроэнергии), измеряемом первым датчиком 4, поступает на первый блок 8 сравнения, где из него вычитается сигнал программного за- датчика 11 о заданном расходе электроэнергии. Сигнал о полученной разности преобразуется в модель 9 первого канала в сигнал корректировки выхода объекта и вычитается во втором блоке 10 сравнения из сигнала третьего датчика 6. В результате получается выходной сигнал объекта при условии реализации заданной программы первого управления. Этот сигнал поступает на фильтр 12 низкой частоты, где подавляется измерительная помеха, а затем в четвертом блоке 19 сравнения вычитается из выходного сигнала первого задатчика 20 о заданном значении выхода объекта 1 управления. Сигнал об ошибке управления преобразуется обратной моделью 22 второго канала в сигнал корректировки второго управления, который алгебраически суммируется во втором сумматоре 26 с сигналом ILCt) о втором управлении, измеренном вторым задатчиком 5 и задержанном во втором блоке 21 задержки на время запаздывания второго канала управления. На выходе второго сумматора 26 получается сигнал U2 о восстановленном

с ч,,т И. м Г2 втором оПрмчцовом управлении, равный

U (t-;)-l 2( ) +

+ i l /(t) - y(t);

где ) - реализованное, второе управление;

i - обратная модель второго канала;

Y Y(t)

- заданное значение

выхода объекта;

Y(t) - скорректированное значение выхода объекта.

Сигнал U (t-f) экстраполируется на время Тг экстраполятором 30 и подается на ограничитель 29 с ха- рактеристикой

, МАКСЛ ,МЛКС , ..

fU (t) при Ua(t) U (t),

U0rp (t)jut(t), при (О и л

(О, при U2 (t) 0,

/л

где Uorp (t ) и Ua(t) - выходной и

входной сигналы ограничителя 29.

Выходной сигнал ограничителя 29 вычитается в пятом блоке 28 сравнения из входного сигнала ограничителя 29, в результате чего определяется сигнал о величине превышения зоны ограничения, который пересчитывается с помощью масштабирующего блока 27 в сигнал корректировки первого управления. Этот сигнал в третьем сум- маторе 7 алгебраически суммируется с.заданным сигналом первого управления, поступающим с программного задатчика 11. Сигнал о первом управлении с выхода третьего сумматора 7 поступает на реализацию в первый исполнительный блок 2.

Требуемая программа на второе управление U2(t)(например, на массу

и время отдачи порций сыпучих материалов) задается с помощью реле 13 времени и второго эадатчика 17. Сигнал об оперативных корректировках второго управления с выхода ограничителя 29 алгебраически суммируется в первом сумматоре 14 с сигналом о скорректированной заданной порцией материала и поступает для реализации во второй исполнительный блок 3.

Q

j

0

5

0

, 0 5

0

5

Реле 13 ьремени через заданные промежутки времени подает сигнал на первый 24 и второй 16 ключи, которые по этому сигналу замыкаются. Сигнал о величине заданного второго управления с выхода второго задатчика 17 поступает на третий блок 15 сравнения, где из него вычитается сигнал об интегральном значении оперативных корректировок второго управления, реализованных с предыдущего подключения второго задатчика 17. Интегральные значения корректировок получаются на выходе интегратора 25 с обнулением и поступают через замкнутый первый ключ 24 на первый ограничитель 23, который ограничивает величину интегральной корректировки до значения, не превышающего заданную массу порции материала со второго задатчика 17. Обнуление интегратора 25 с обнулением производится с задержкой, устанавливаемой с помощью первого блока 18 задержки. Величина этой задержки выбирается такой, чтобы сигнал с интегратора 25 поступил на третий блок 15 сравнения, после чего и производится обнуление интегратора 25.

Формула изобретения

Система управления объектом с избыточным числом управляющих воздействий, например дуговой электропечью, содержащая экстраполятор, первый ограничитель, фильтр низкой частоты, первый сумматор, первый и второй блоки задержки, первый и второй датчики, первый исполнительный блок, три блока сравнения, последовательно включенные второй исполнительный блок, объект управления и третий датчик, последовательно включенные первый задатчик и четвертый блок сравнения, последовательно включенные обратная модель второго канала и второй сумматор, последовательно включенные пятый блок сравнения и масштабирующий блок, выход первого исполнительного блока соединен с первым входом объекта управления и входом первого датчика, выход второго исполнительного блока - с вторым входом объекта управления и входом второго датчика, выход второго блока задержки подключен к второму входу сумматора, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности сиетемы, в нее введены третий сумматор, модель первого канала, программный задатчик, реле времени, последовательно включенные интегратор с обнулением, первый ключ и второй ограничитель, последовательно включенные второй задатчик и второй ключ, выход которого соединен через третий блок сравнения с первым входом первого сумматора, выход второго ограничителя подключен к вычитающему входу третьего блока сравнения, выход реле времени подключен к входу первого блока задержки, второму входу второго ключа и второму входу первого ключа, выход первого ограничителя соединен с вычитающим входом пятого блока сравнения, вторым входом первого сумматора и первым входом интегратора с обнулением, второй вход которого связан с выходом первого блока задержки, выход второго сум

5

0

матора через экстраполятор соединен с входом первого ограничителя и суммирующим входом пятого блока сравнения, выход программного задатчика соединен через третий сумматор с входом первого исполнительного блока и через последовательно включенные первый блок сравнения, модель первого канала, второй блок сравнения, фильтр низкой частоты и четвертый блок сравнения - с входом обратной модели второго канала, выход масштабирующего блока соединен с вторым входом третьего сумматора, выход первого датчика - с суммирующим входом первого блока сравнения, выход первого сумматора - с входом второго исполнительного блока, выход второго датчика - с входом второго блока задержки, выход третьего датчика - с суммирующим входом второго блока сравнения.

Изобретение может быть использовано для построения автоматизированных систем управления выплавкой стали в мощных дуговых электрических печах. Цель изобретения состоит в расширении функциональных возможностей системы регулирования за счет того, что выдерживаются интегральные значения второго управления на заданном интервале времени, для чего служат реле времени 13 и задатчик 17, а также интегратор 25 с обнулением, выходной сигнал которого об интегральных корректировках второго управления ограничивается ограничителем 23

реализуется заданная программа первого управления, которая устанавливается программным задатчиком 1. Кроме того, максимизируется производительность системы управления, так второе управление рассчитывается при условии реализации программы первого управления, для чего отклонения первого управления от заданной программы исключаются с выхода объекта управления с помощью первого 8 и второго 10 блоков сравнения и модели 9 первого канала. Совокупность блоков и связей настоящей системы управления обеспечивает достижение поставленной цели. 1 ил.