Регулятор с размытой логикой Советский патент 1990 года по МПК G05B13/02 

СП

00

4

о:

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для автоматического регулирования промышленных, в частно- сти, нефтеперерабатывающих и нефтехимических объектов с существенными нелинейными характеристик ами, функционирующими в условиях неопределенности, причем характер неопределенности свя- зан как с отсутствием необходимой информации, со сложностью структуры объекта, так и с трудностью формализации факторов, действующих на качество работы системы.

Цель изобретения - повышение точности регулятора.

На фиг.1 изображена обобщенная функциональная схема регулятора; на фиг.2 - функциональные схемы блоков квантования (а), элементов И (б), управляемых ключей (в) и задатчиков (г).

Регулятор содержит усилители 1 - 3, дифференциатор 4, блок 5 задатчиков ошибки, состоящий из отдельных задатчиков с первого по т4-й, т, 14, блок 6 задатчиков скорости ошибки, состоящий из отдельных датчиков с первого по , т,13, блок 7 задатчиков управления, состоящий из отдельных задатчиков с первого по , т,, 13, блок 8 задатчиков интеграла ошибки, состоящий из отдельных задатчиков с первого , , блок 9 квантования ошибки, состоящий из компараторов 9.k,-9.krr,, непрерывно-дискретных преобразователей и логических элементов типа Запрет входа 9.3i,- 9.3 по второму входу, блок 10 кван тования скорости ошибки, состоящий из компараторов lO..ky,, () и логических элементов ,типа Запрет 10, 0. 3 гп2 блок 11 квантования интеграла ошибки, состоящий из компара- торов 1 1 .k,-1 1 .k. () и логических элементов типа Запрет 1 1. l.jmV блок элеметов И 12 (состоящий из отдельных логических элементов И 1 2« - 1 miMj) ,первый 1 3 и второй 1 4 блоки.

управляемых ключей (фиксирующие заданные соответствия между значениями входной и выходной переменных и состоящие из отдельных ключей 13;(-13,т и ,4), сумматоры 15 и 16, интегратор 17 и фильтр 18.

Регулятор реализует следующий размытый логический закон управления, который описывается в табл.1 и 2 лингвистических правил регулирования.

Размытый лингвистический закон управления составлен на основе высказываний в виде лингвистических правил регулирования.

Если ошибка Положительно больщая (), скорость изменения ошибки вхпда Положительно малая () и интеграл ошибки Нулевая (), тогда выход регулятора Отрицательно средний (Uir ОС) и изменения выхода Нуль ().

Если ошибка Положительно малая (, скорость изменения-ошибки Нулевая () и интеграл ошибки Положительно средняя (Eg ПС), тогда выход регулятора с значения Отрицательно среднего (и,ОС) изменяется на величину Отрицательно малое ().

Е, EJ, Е и (,, j r; jin) - соответствующие лингвистические значения (термы) входного сигнала регулятора - ошибки e(t) скорости изменения et интеграла ошибки и выхода (управления) регулятора. Лингвистическое правило управления определяет размытое отношение, т.е.

RK Ei EjxE ey u ;

Up U,h®U2r2 i l , l ,m2; ,m4; .,тз; ,N;(1)

R(e,e,e, U) U(Ei«Ei«Eg.cUK). ,

В (1) терм-множества лингвистических переменных формирзпотся в соответствии с оператором размытия, т.е. квантования соответствующих переменных :

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано использовано для автоматического регулирования промышленных объектов с нелинейными характеристиками, функционирующими в условиях неопределенности. Регулятор вырабатывает управляющее воздействие в соответствии с пропорционально-интегрально-дифференциальной размытой логикой. С целью повышения точности регулирования в регулятор введены сумматоры 15, 16, интегратор 17, блок задатчиков интеграла ошибки 8, блок квантования интеграла ошибки 11 и блок ключей 14. 2 ил., 2 табл.

Е; (е, U,j (л,)) ft, (Uel о. 5; 1, о , ,m,; Ё- (ё,(ё„)),,5; 1 .О , з (2) Е (e(4e,e.(ep,,|U,,5; 1,, Ц.Ьгг (u,(Uu,(u)), |Uu,,5-, 1,0,

где (Wu,(U), fUe; (Рд,), (11е-,(Рм) и fUeUg(eJJ) - соответственно функции принадлежности нечетких подмножеств управления, ошибки

e(t) x(t) - x(t), скорости изменения ошибки

е(0 e(t).

U

интеграла ошибки e(t) Ky(e(0)dQ.

. ., о (5)

В формулах (2) Е,Е,Е., U - универсальные множества соответственно ба- эовьж переменных e(t), e(t), (t), u(t).

Область значений функций принадлежности находится не меньше некоторого L уровня (L 0,5).

Для термов ошибки, скорости ошибки и управления принята следующая лингвистика: ОБ (отрицательно большой), ОНБ (отрицательно ниже большого), ОС

10 ров с номерами Ku( .шд-1 ,9.kr9.km Причем на второй вход логического эл мента 9.3т, всегда подается О. В элементах 9.з;(,т,-1) выполняются следующие логические функции над

15

20

входными сигналами Рд,. и Р

;.,ч.

о

, ,т,-I,

Таким образом, на выходе логических элементов формируется единичный сигнал тогда, когда значения ошибки e/rt(t) принадлежат заранее определенному интервалу, соответствующему лин(отрицательно средний), ОНС (отрйца- 25 гвистическому терму Е.;, т.е

тельно ниже среднего), ОМ (отрицательно малый), OHM (отрицательно ниже малого) и ОН (отрицательно нуль) и аналогично для положительного диапазона - ПБ, ПНЕ, ПС, пне, ПМ, ПНМ и ПН.

Регулятор работает следующим образом.

Регулируемая переменная - выходной

Ei (e,(e)),e(t)6E, ,m,.

Выходной масштабированный сигнал второго усилителя поступает на вход 30 дифференциатора 4, на входе которого формируется сигнал, равный реальной производной ошибки e(t). Затем этот сигнал поступает на вход блока 10 квантования скорости ошибки.

сигнал объекта x(t), поступает на пер- 35 Аналогично работе блока 9 (перво- вый (минусовой) вход первого сумма- ° квантатора) во втором квантаторе тора 15, на второй (плюсовой) вход ко- основе выходных сигналов блока торого подается сигнал соответствую- задатчиков определяется лингвисти- щего задания. На выходе первого сумма- ческий терм скорости изменения ошиб- тора формируется сигнал, соответству-

ющий ошибке регулированият. / / ч ;

i (е, fj(e)j, e(t)e-E, j l,m2.

e(t) x(t) - x(t).Блок 10 также имеет m() выкоторый одновременно поступает на вхо- одов, в которых могут быть дискретды интегратора 17 и усилителей 1 и 2, 45 сигналы О и 1, соответствуюв которых умножается на постоянные Щие лингвистическим терм-множествам

масштабирующие коэффициенты К, К. jO l,m,j), т.е.

Выходной сигнал усилителя 1 См(ь) Рш i. Р „ . Л Р ; iГ

K,e(t) поступает одновременно нГпер- j . вые входы компараторов 9.k|-9.kfn ,50

на вторые входы которых подаются сигналы с различными уровнями E5;(,) из соответствующих задатчиков 5,-5, блока 5.

В компараторах 9.k,-9.k т, осущест- 55 вляется непрерывно-дискретное преобразование, т.е. операция сравнения

«; sign(l(t)), ,.

В интеграторе 17 формируется сигнал, Соответствующий масштабированному значению интеграла ошибки, который поступает на вход третьего кван- татора.П. Аналогично работе первого квантатора в блоке I1 с участием блока 8 задатчиков определяется лингвистический терм интеграла ошибки регулирования

и на выходах формируются сигналы 1

(М (1

или О . Выходные сигналы компараторов 9.k;(i,m) подаются на первые

5 входы соответствующих логических элементов 9.3;(,m,) типа Запрет входа 1 по входу 2 т.е. НЕ - И, на вторые входы которых поступают сигналы из выходов соответствующих компарато10 ров с номерами Ku( .шд-1 ,9.kr9.km,) . Причем на второй вход логического элемента 9.3т, всегда подается О. В элементах 9.з;(,т,-1) выполняются. следующие логические функции над

15

входными сигналами Рд,. и Р

;.,ч.

о

, ,т,-I,

Таким образом, на выходе логических элементов формируется единичный сигнал тогда, когда значения ошибки e/rt(t) принадлежат заранее определенному интервалу, соответствующему лингвистическому терму Е.;, т.е

j .

В интеграторе 17 формируется сигнал, Соответствующий масштабированному значению интеграла ошибки, который поступает на вход третьего кван- татора.П. Аналогично работе первого квантатора в блоке I1 с участием блока 8 задатчиков определяется лингвистический терм интеграла ошибки регулирования

Eeil.(UeUe(«. eVt)eE, ,m.

Блок 11 квантования имеет m.(m.5) выходов, в которых могут быть дискретные сигналы О и 1, соответствующие лингвистическим терм-множествам интеграла ошибки Eg(,тц);

РМ.К; лРм.к.ч, (., ,tn4).

Выходные сигналы блоков квантования ошибки 9, скорости ошибки 10 и интеграла ошибки 1I одновременно поступают на соответствующие т, (14+13+5) входы блоков логического вывода, состоящих из 1 2,-12,1. элементов И и управляемых ключей 13,- ,hii Затем осуществляет ся жесткая фиксация размытого отношения Rj,(e,e,e ,u) ( ,N) регулятора (в соответствии с табл.1 и 2), а также композиционный вьшод по текущим лингвистическим значениям переменных

и Е,-0(Е o((e,e,e,u))) E;OEjOR(e,e,u) ,u) , ,. (6)

Лингвистические значения управления Uf.(,m, ,2) подаются соответственно от задатчиков 7 -7 блока 7, фиксация отношения R(e,e,e ,u) осуществляется тем, что входы управляемых ключей, стоящие на пересечении i-ii строки j-ro столбца е-й.. строки, жестко соединены с задатчи- ком соответствукхцего уровня управления через шины подключения.

Выходные сигналы всех ключей Зп1,тьИ 1Ар1А„, суммируясь на выходных линиях, подаются соответственно на первый и второй входы сумматора 16, с выхода которого суммарный сигнал поступает на вход фильтра 18, сигнал с выхода которого поступает на вход третьего усилителя 3, где, умножаясь на постоянный масштабирующий коэффициент, формируется выходной сигнал регулятора.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

Формула изобретения

Регулятор с размытой логикой, содержащий первый усилитель, вход которого соединен через второй усилитель с входом дифференциатора, и последовательно соединенные фильтр и третий усилитель, выход которого является выходом регулятора, выход дифференциатора подключен к входу блока квантования скорости ошибки, векторньй вход которого соединен с векторным выходом блока задатчиков скорости ошибок, а векторный выход - с первым векторным входом блоков элементов И, векторным вьпсодом соединенных с управляющим векторным входом группы блоков ключей, информационные векторные входы котог рьк соединены с векторным выходом блока задатчиков управления, причем вторые векторные входы блоков элементов И соединены с векторным выходом блока квантования ошибки, входом подключенного к выходу первого усилителя, а векторным входом - к векторному выходу блока задатчиков ошибки, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности регулятора, он содержит интегратор, первый и второй сумматоры, блок задатчиков интеграла ошибки, блок квантования интеграла ошибки и дополнительный блок ключей, управляющий и информационный векторные входы которого подключены -соответственно к векторным выходам блока квантования интеграла ошибки и блока задатчиков управления, а выход - к первому входу второго сумматора, своим вторым входом и выходом подключенного соответственно к выходам первого блока ключей и к входу фильтра, выход первого сумматора подключен к входу первого усилителя и через интегратор к входу блока квантования интеграла ошибки, векторный вход которого соединен с векторным .выходом блока задатчиков интеграла ошибки, а первый и второй входы сумматора являются входами регуля-, тора.

Таблица 1

Таблица 2

г .

ТТ IТТТТ

. Фиг.2

Зi(