Система автоматического регулирования Советский патент 1990 года по МПК G05B13/02 

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть испольэовано при построении систектуправленйя техническими объектами, содержащими значительные запаздывания.

Динамика объекта описывается моделью вида

wffi «Л

где L(P) иМ(Р) - полиномы от Р, причем степень полино- ма L(P) не превышает степени полинома М(Р);

Ј - запаздывание.

Объект подвержен влиянию неконтроли- руемых возмущений типа импульсов. Основная задача управления заключается в отслеживании изменений задания у (t) на нерегулируемую выходную переменную y(t), изменяя регулирующее воздействие U(t).

Цель изобретения - повышение точности регулирования,На чертеже приведена блок-схема системы автоматического регулирова- иия.

Система содержит исполнительный блок 1, объект 2 управления, первый 3 и второй 4 датчики, первый 5 и второй 6 фильтры низкой частоты, блок 7 элементов задержки с первым 7-, вторым 7-2,..., j-м 7-j,..., n-м 7-п элементами задержки, первый масштабирующий блок 8, блок 9 масштабирующих элементов, содержащий первый 9-1, второй 9-2,,.., j-й ,...,n-й 9-п масштабирующие элементы, второй масштабирующий блок 10,сумматор 11, пропорционально-интегральный регулятор 12, блок 13 сравнения и задатчик S4,

На схеме системы обозначено: y(t) - регулируемьй выход объекта управления y(t) сигнал задания на величину регулируемого выхода объекта; U(t) - регулирующее воздействие на входе

объекта управления; м (t) - сигнал регулирующего воздействия, подаваемый а вход исполнительного блока; V(t) - приведенное к управляющему входу объекта неконтролируемое возмущение; У (t+) и yn(t+Ј) - значения выхода объекта, прогнозируемые на момент времени (t +Ј), соответственно в предлагаемой и известной системах;

0

-

0

0

35 40 45

JQ

„

y(t + Ъ) - действительные изменения выхода объекта, представленные с уп- реждением на время запаздывания; УЦ(О и yj-(t) - составляющие изменений выхода объекта, обусловленные влиянием соответственно изменений регулирующего воздействия U(t) и неконтролируемого возмущения V(t);

Объект 2 управления представляет собой, например, доменную печь. Регулируемой выходной переменной y(t) в этом случае является, например, показатель теплового состояния печи. Регулирующим входным воздействием U(t) служит, например, расход природного газа в дутье. Импульсный характер неконтролируемых возмущений V(t) , здесь обусловлен, в частности, соответствующими изменениями показателей качества шихтовых материалов.

Исполнительный блок 1 представляет собой, например, систему автвмати- ческого регулирования расхода природного газа в дутье доменной печи, на вход которой подается регулирующее воздействие jlt(t), представляющее собой задание на абсолютную величину расхода природного газа или на его долевое содержание в объеме дутья, подаваемого в печь.

Первьй датчик 3 представляет собой, например, дифманометр мембранный бесшкальный с электрическим выходом, а второй датчик 4 - систему контроля теплового состояния доменной печи по температуре фурменных зон.

Система регулирования работает следующим образом.

Сигнал о прогнозируемой величине выхода объекта у (t + Ј), поступающий с выхода сумматора 11, в блоке 13 сравнения вычитается из сигнала у (t) о текущем задании на регулируемый выход объекта, поступающего с выхода

задатчика 14. Сигнал о полученной ошибке поступает на вход пропорционально-интегрального регулятора 12. На выходе регулятора Формируется сигнал iu(t), преобразуемый исполнительный блоком в регулирующее воздействие U(t) объекта управления. Если передаточная функиия исполнительного блока близка к единице, то U(t) -x ji/(t). Сигнал y(t) о текущем значении выхода объекта поступает с выхода второго датчика 4 через последовательно соединенные второй фильтр 6 низкой частоты, предназначенный для подавления

51

высокочастотной измерительной помехи и второй масштабирующий блок 10 на один из входов сумматора 11.

В масштабирующем блоке 10 этот сигнал умножается на постоянный коэффициент С„, величина которого показывает, в какой мере значение выхода в момент времени (t + Ј) определяется его текущим значением y(t), т.е. осуществляется прогнозирование свободной составляющей изменений выхода:

y,(t

cЈy(t).

Величина коэффициента С2 определяется динамическими характеристиками объекта. В частности, если объект управления может быть представлен моделью в виде последовательно соединенных звена запаздывания и апериодического звена с передаточной функцией вида:

W(P) . k е-Рф } ТР + 1

где k и Т - соответственно коэффициент усиления и постоянная времени инерции,

то

69802

U(t) последовательно проходит все п элементов задержки блока 7 элементов задержки, издерживаясь в каждом из

5 элементов на интервал времени AЈ.

Таким образом, на выходе любого j-ro элемента 7-j задержки формируется сигнал U(t - ji)t подаваемый на последующий элемент задержки и на со10 ответствующий элемент 9-j масштабирования. С выхода элемента 7-п задержки сигнал подается только на вход элемента 9-п масштабирования, В первом масштабирующем блоке 8 сигнал U(t

15 умножается на масштабирующий к г „ч циент С. , а в масштабирующих элемт-i тах 9-1, 9-2.„.,9-j,...,9-п соответствующие сигналы U(t -&Ј), U(t - 2&t),...,U(t - jiЈ),...,U(t - n&&)

20 умножаются соответственно на весовые коэффициенты С«, С 4,. .. , GIJ ,. .. ,С Величины коэффициентов С , Сй,..., C(i , ...,С1г, определяются в соответе вии с весовой функцией управления, в

25 частности для объекта в виде последовательно соединенных апериодического и запаздывающего звеньев:

30

п - A V

С, - Т1Н ;

Изобретение относится к области автоматического управления и регулирования и может быть использовано при построении систем управления техническими объектами, содержащими значительные запаздывания. Объект также подвержен влиянию неконтролируемых возмущений типа импульсов. Примером таких объектов может служить доменная печь. Целью изобретения является повышение точности системы. Цель достигается введением двух масштабирующих блоков 8 и 10 и блока 7 элементов задержки. Результаты имитационного моделирования показали достаточную эффективность предлагаемой системы автоматического регулирования при использовании для объектов с существенными запаздываниями, типа доменной печи. 1 ил.

Сг

-t|T

Сигнал,U(t) о фактически реализованном регулирующем воздействии поступает с выхода первого датчика 3 через первый сЬильтр 5 низкой частоты, где усредняется на интервале времени , на вход первого масштабирующего блока 8 и на вход первого элемента 7-1 задержки блока 7 элементов задержки. Постоянная времени Т инерции этого звена может быть выбрана из условия At .

В первом элементе 7-1 задержки сигнал задерживается на время дЈ . Сигнал U(t - At) с выхода элемента 7-1 задержки поступает на вход первого элемента 9-1 масштабирования блока 9 элементов масштабирования и на вход второго элемента 7-2 задержки, где задерживается еще на интервал времени йЈ. Сигнал U(t - 2дЈ) с выхода второго элемента 7-2 задержки поступает на вход второго масштабирующего элемента 9-2 и на вход третьего элемента 7-3 задержки и так далее. Т.е. сигнал

г - 1лЈе- /Т

(j - Y ut e

В результате суммирования сигналов 5 с выходов первого масштабирующего блока 8 и масштабирующих элементов 9-1, 9-2,...,9-п, выполняемого в сумматоре 11, формируется прогнозируемое значение вынужденной составляющей изменений yB(t Ј) под влиянием регулирующих воздействий, реализованных на интервале запаздывания ь :

45

у (t +fr) C,U(t) u:t-jdf).

Величина интервала fcЈ . Выбор числа п дискретных интервалов при аппроксимации интервала запаздывания (, можно осуществлять по рекомендациям.

Формула изобретения

Система автоматического регулирования, содержащая первый и второй датчики, первый и второй фильтры низкой частоты, последовательно соединенные

задатчнк, блок сравнения, пропорционально-интегральный- регулятор, испол- . нительный блок и объект управления, сумматор, причем входы первого и второго датчиков подключены соответственно к входу и выходу объекта управления, а выходы первого и второго датчиков подключены к входам соответственно первого и второго фильтров низкой j- частоты, выход сумматора соединен с в,торым входом блока, сравнения, о т- .л,и чающаяся тем, чтог с це- лью повышения точности системы, в нее введены первый и второй масштабирую- - щие блоки, п последовательно соединенСоставитель А. Лащев Редактор И. Дербак Техред М.ДидыкКорректор Л.Бескид

Заказ 1449

Тираж 667

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., Д. 4/5

и-п-. тп i-m шг-L- --- -- i I ял--ITU--г--- -«-д--- яш ---я-- - - - - - - - .-. «ч.

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

ных элементов задержки и п- масштабирующих элементов, причем вход каждого KS масштабирующих элементов подключен к выходу соответствующего.по номеру элемента задержки, вход первого из которых соединен с входом первого масштабирующего блока и подключен к выходу первого фильтра низкой частоты, вход второго масштабирующего блока подключен к выходу второго фильтра низкой частоты, выходы первого и второго масштабирующих блоков, а также выходы масштабирующих элементов подключены к соответствующим входам сумматора.

Подписное