Комбинированная система управления Советский патент 1990 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к управлению системами общего назначения, в частности к автоматическим электрическим регуляторам.

Цель изобретения - повышение точ- цости работы системы и улучшение условий технической реализуемости при меняющихся параметрах, в частности коэффициенте усиления объекта.

На чертеже приведена блок-схема системы.

Система содержит первый сумматор 1, дифференциатор с форсированием 2, ПИД-регулятор 3, второй сумматор 4, объект 5 управления, первый 6 и второй 7 фильтры нижних частот второго порядка, интегратор с запаздыванием 8, первьй 9 и второй 10 выпрямители

с зоной нечувствительности, первый 11 и второй 12 фильтры нижних частот первого порядка, блок 13 деления, -ограничитель 14 верхнего и нижнего уровней, первый 15 и второй 16 блоки умножения.

На чертеже приняты следующие обоз- значения: F3 - задающее воздействие на систему} Z - выходной сигнал объекта управления; F - возмущающее воздействие; F ж - желаемый вид переходного процесса, X - сигнал ошибки системы, Kof(t) - переменный коэффициент усиления объекта управления; U- сигнал управления; U - сигнал на выходе интегратора с запаздыванием.

Элементы 1-13 системы реализуются с помощью многофункциональных зналоел

оо

сь

GO

СП

ю

говых регулирующих устройств автома- рлси.

Система работает следующим образом.

Задающее воздействие F3 поступает Йа вход первого фильтра нижних частот второго порядка 6, формирующего желаемый вид переходного процесса F # (t) № далее - на основной контур регулирования. Регулятор основного контура J регулирования, содержащий блоки 16 и 3, застраивается исходя из условий наи- jr/чшей отработки возмущений F(t), Действующих на объект 5 управления.

Второй фильтр нижних частот второго 1( йорядка 7 этой цепи введен для обеспечения условия физической реализуемости дифференциатора с форсированием 2 пои инерционном объекте 5 управления .Пусть,, Например, объект управления 5 описы- 2 Дается передаточной функцией инерци- ({шного интегрирующего звена

w (р т Kpy(fc)..

Vp; p(To5p+i) 2

В соответствии с условием абсолютной ,инвариантности

t

«t(P).HK( Р ,

t.e. блок 2 не отвечает условиям фи- з ической осуществимости, так как по- йазатель степени его числителя превышает показатель степени знаменателя.

Если же выбрать в предлагаемом устройстве передаточные функции фильтров нижних частот втооого порядка 6 и 7

W,(P) W,(P) .

Где Т„ и

f - соответственно желаемые постоянная времени и декремент затухания

1

«rfw -т-ш

w4(p) - + О,

рогда эквивалентное звено W9(P), BHS- Деленное на чертеже пунктиром, соответствующее последовательному соединению блоков 15, 2 и 14, отвечает ловиям физической реализуемости

W,(P) - ) -

50

PCTpgP + 1)

+ 2(ЖТЖР + 1

При этом обеспечивается равенство нулю ошибки X системы от задающего воздействия Fj(P).

В отсутствии возмущающего воздействия

Z(P) - F3(P)W ,(P)W,(P) - F3 . t

.с;

р( l)

0«

Kftg(t)

(Т +1) P(T0,rP + 1)

x

-FX(P); X(P)-F(P) -Z(P) - 0

Блоки 8-13 предназначены для идентификации K(t) - обратной величины коэффициента усиления объекта 5 управления. Интегратор с запаздыванием 8 вводится для устранения влияния динамического запаздывания объекта 5 управления при идентификации обратной величины его коэффициента усиления:

Wft(P)

1

Р(Т06Р + 1)

Деление сигналов U и Z в отсутствии помех и пренебрежимо малых несоответствиях в динамике блоков Wy и We дает значение величины (t);

U(P) „ U(P)W,(P)

Z(P)

U(P)W5(P)

0

5

5

0

P(TogP -f I)v-VM

р(толр + )

При наличии высокочастотных помех и несоответствии динамики блоков W.

О

и W,. (что на практике всегда может иметь место)при непосредственном делении сигналов U и Z возможны значительные колебания их частного от деления, т.е. сигнала (t). Вследствие этого возникает необходимость перед подачей этих сигналов на блок 13 деления предварительно выпрямить их и сгладить, что и осуществляется блоками 9, 10 и Н, 12.

Сигнал (t) с выхода блока 13 деления ограничивается сверху и снизу ограничителем 14 верхнего и нижнего уровней в соответствии с априорной информацией о возможном диапазоне изменения коэффициента усиления

K0j(t) объекта 5 и подается на входы блоков 15 и 6 умножения. Наличие блока 14 повышает надежность системы при отказах цепей идентификации (блоки 8-13) обратного значения коэффициента (t) усиления объекта 5 управления . При нормальной работе указанных цепей этот блок ограничивает результат деления на выходе блока 13 при нулевых и малых сигналах на его входах.

Блок 16 умножения устраняет влияние переменного коэффициента усиления

объекта 5 на передаточную функцию ра-15 условий технической реализуемости

зомкнутого: основного контура, что облегчает обеспечение условий устойчивости этого контура в замкнутом состоянии при достаточно больших коэффициентах усиления и наличии дополнительных малых запаздываний, присущих динамике реального объекта 5 управления . В конечном счете это также приводит к увеличению точности работы системы в целом.

Для сохранения работоспособности блока 13 деления с целью недопущения деления очень малых сигналов выпрямители 9 и 10 выполнены с зонами нечувствительности лди & 10 . При уменьшении входных сигналов выпрямителей ниже установленного уровня д их выходные сигналы имеют минимально допустимые величины. Отношение йч/ д ,„

/-1

25

30

К

об

19 ю выбирается равным наиболее вепри меняющихся параметрах объекта управления, в нее введены последовательно соединенные блок деления ограничитель верхнего и нижнего

20 уровнен, к выходу которого подсоед нены первые входы первого и второг блоков умножения, вход системы соединен через первый фильтр нижних частот второго порядка, с неинвертирующим входом первого сумматора выход которого соединен с вторым в дом второго блока умножения, выходом подсоединенного к входу ПИД-ре- гулятора, выход дифференциатора с форсированием связан через второй фильтр нижних частот второго поряд ка с вторым входом второго суммато ра, вход первого фильтра нижних час тот второго порядка соединен с вто35 рым входом первого блока умножения выход которого соединен с входом ди ференциатора с форсированием, выход второго сумматора через последовательно соединенные интегратор с зароятному, например, среднему значению К обратной величины коэффициента усиления объекта из диапазона его изменения .

Блок умножения 15 введен для повышения точности работы системы путем устранения влияния переменного коэффициента усиления K0s(t) объекта 5 на условие абсолютной инвариантности во втором канале распространения задающего воздействия FJ.

Предлагаемая система может найти применение для высокоточного управ-

ления промышленными объектами при меняющихся условиях работы. Формула изобретения

Комбинированная система управления, содержащая первый сумматор, инвертирующий вход которого подсоединен к выходу объекта управления и выходу системы, дифференциатор с форсированием, ПИД-регулятор, соединенный через второй сумматор с входом объекта управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности работы системы и улучшения

5

0

при меняющихся параметрах объекта управления, в нее введены последовательно соединенные блок деления и ограничитель верхнего и нижнего

0 уровнен, к выходу которого подсоединены первые входы первого и второго блоков умножения, вход системы соединен через первый фильтр нижних частот второго порядка, с неинвертирующим входом первого сумматора, выход которого соединен с вторым входом второго блока умножения, выходом подсоединенного к входу ПИД-ре- гулятора, выход дифференциатора с форсированием связан через второй фильтр нижних частот второго порядка с вторым входом второго сумматора, вход первого фильтра нижних частот второго порядка соединен с вто5 рым входом первого блока умножения, выход которого соединен с входом дифференциатора с форсированием, выход второго сумматора через последовательно соединенные интегратор с за0 паздыванием, первый выпрямитель с зоной нечувствительности и первый фильтр нижних частот первого порядка связан с первым входом блока деления, выход системы через, последова-

5 тельно соединенные второй выпрямитель ,с зоной нечувствительности и второй фильтр нижних частот первого порядка подключен к второму входу блока деления.

Изобретение касается управления системами общего назначения, в частности автоматических электрических регуляторов. Цель изобретения - повышение точности работы системы и улучшение условий технической реализуемости при меняющихся параметрах, в частности коэффициенте усиления инерционного объекта управления. Повышение точности достигается за счет идентификации обратной величины коэффициента усиления объекта управления и соответствующего изменения с помощью блоков умножения коэффициентов усиления регуляторов разомкнутого и замкнутого каналов распределения задающего воздействия. 1 ил.