Двухканальная система управления Советский патент 1991 года по МПК G05B13/02 

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для построения систем управления объектами, имеющими два управляющих входа, причем один из них основной, а другой - корректирующий.

Постоянная времени основного канала управления больше, чем постоянная времени корректирующего канала управления. Запаздывания в каналах управления примерно одинаковы. Зависимость между выходным сигналом Y объекта и управляющими воздействиями Do и Uk в операторной форме имеет вид

Y(p)(p)e-pr°Uo(p) + + pk(p)(p).

где ро(р) и у ( р ) - дробно-рациональные части передаточных функций основного и корректирующего каналов регулирования;

Г0 и п - время запаздывания в основном и корректирующем каналах регулирования.

Моделями типа (1) можно описать процесс регулирования давления на колошнике доменной печи. В частности, выходной переменной объекта может быть давление на колошнике доменной печи, основное управляющее воздействие - положение дроссельных заслонок в трубах большого диаметра, корректирующее управляющее воздействие - положение дроссельной заслонки в трубе небольшого диаметра.

Цель изобретения - повышение точности управления.

На фиг. 1 представлена блок-схема двухканальной системы управления, на фиг. 2 - блок-схема первого оценивающего блока.

На фиг. 1 и 2 обозначено: U0 - основное управляющее воздействие; е - ошибка регулирования; Uk - корректирующее управляю(Л

С

о

СП

о ю о

щее воздействие; UkM3KC - максимальное значение корректирующего управления; Y - выходная переменная; Rn - базовое значение коэффициента интегрирования.

Двухканальная система управления содержит (см. фиг. 1): обьект 1 управления, первый исполнительный блок 2, второй исполнительный блок 3, датчик 4 основного управления, датчик 5 регулируемой координаты, датчик 6 корректирующего управления, первый инерционный блок 7. третий сумматор 8, второй масштабирующий блок 9, первый оценивающий блок 10, второй блок 11 сравнения, первый блок 12 сравнения, первый эадатчик 13, первую модель 14 объекта, блок 15 задержки, пятый блок 16 сравнения, вторую модель 17 объекта, шестой блок 18 сравнения, третий блок 19 сравнения, второй инерционный блок 20 четвертый блок 21 сравнения, блок 22 определения экспоненты, второй сумматор 23, первый сумматор 24, первый масштабирующий блок 25, второй оценивающий блок 26. третий задатчик 27, второй задатчик 28

Первый оценивающий блок 10 включает (фиг. 2) первый интегратор 29, блок 30 умножения, ограничитель 31, шестой блок 32 сравнения, ключ 33, второй интегратор 34, второй блок 35 задержки, компаратор 36 блок 37 определения модуля и седьмой блок 38 сравнения.

Двухканальная система управления работает следующим образом.

Основное управляющее воздействие в основном контуре управления вырабатывается по величине ошибки регулирования, из которой расчетным путем с помощью первой модели 14 объекта исключаются эффекты управления корректирующего контура

Для этого выход Y объекта 1 управления измеряется датчиком 5 регулируемой координаты и полученный сигнал в первом блоке 12 сравнения вычитается из сигналя первого задатчика 13 о заданном значении выхо- д. С выхода первого блока 12 сравнения сигнал об ошибке регулирования Е поступает на вход второго блока 11 сраанения, где из него исключается сигнал Л YIM об эффекте регулирования корректирующего контура, и полученный сигнал EI м поступает на вход первого оценивающего блока 10, представленного фильтром низкой частоты с переменной скоростью интегрирования и сменой начальных условий.

Изменение скорости интегпиров wb и смена начальных условий в первом оценивающем блоке 10 выполняются спедующим образом.

Сигнал fi M с выхода первого оценивающего блока поступает на вход шестого блока 32 сравнения, где сравнивается с выходным сигналом Јi первого оценивающего блока 10. Полученный сигнал через ограничитель 31 и блок 30 умножения, где умножается на коэффициент Кн, поступает на первый вход интегратора 29 со сменой на- чальных условий При увеличении Кн увеличивается скорость интегрирования и, следовательно, увеличивается быстродействие фильтра низкой частоты. При больших

скачкообразных изменениях Јi M началь5 ные условия в интеграторе меняются. Для этого сигнал с выхода шестого блока 32 сравнения поступает через интегратор 34 на восьмой блок 38 сравнения, где из него вычитается сигнал о значении выходного

Q сигнала интегратора 34. задержанного во втором блоке 35 задержки на время t01, определяемого как время распознавания ступенчатого возмущения. С выхода седьмого блока 38 сравнения сигнал о полученной

5 разности поступает через блок 37 определения модуля на вход компаратора 36. Если величина сигнала о разности с выхода седьмого блока 38 сравнения превышает допустимое значение, заданное компаратору 36,

0 т° с его выхода на управляющий вход замыкающего ключа 33 поступает сигнал, который замыкает этот ключ. В результате на второй вход интегратора 29 поступает сигнал Ј1 M со входа первого оценивающего

5 блока 10 в качестве нового начального условия интегратора 29.

Для расчета управляющих воздействий используется пропорционально-интегральный закон регулирования, реализованный

0 таким образом, что при U0(t) U0Mai c имеет место зависимость вида

и0 (t ) Кр ci (t ) + )-} Ј (t) dt.

и о

а при U0(t) UoM3KC зависимость принимает

вид

U0 ( t ) Кр Јi (t ) + U0 макс .

С этой целью сигнал с выхода первого оценинающего блока 10 поступает через второй масштабирующий блок 9 на вход сумматора 8, где суммируется с сигналом третьего датчика о величине фактического основного управления, сглаженном в пер- пом инерционном блоке 7. С выхода третьего сумматора сигнал поступает на вход второго исполнительного блока 3.

Аналогично функционирует корректирующий контур регулирования.

Управляющее воздействие корректирующего контура регулирования вырабатывается по величине ошибки регулирования, из которой расчетным путем исключаются эффекты управления основного контура регулирования. Для этого сигнал об управляющем воздействии основного контура регулирования задерживается в блоке 15 задержки на время Т и вычитается из сигнала основного контура регулирования в текущий момент времени в пятом блоке 16 сравнения. Время задержки Т выбирается примерно равным одной трети суммы постоянной времени инерции плюс постоянная времени запаздывания основного канала управления. Выходной сигнал пятого блока 16 сравнения преобразуется во второй модели 17 обьекта и поступает на первый вход шестого блока 18 сравнения, где вычитается из сигнала с выхода третьего блока 19 сравнения о величине ошибки регулирования.

Полученный сигнал о модельной ошибке регулирования Ј2м с выхода шестого блока 18 сравнения подается на вход второго оценивающего блока 26, с выхода которого сигнал о сглаженном значении Ј2 поступает на вход первого масштабирующего блока 25, на входе которого формируется сигнал Un kKЈ2 о пропорциональной составляющей управляющего воздействия корректирующего контура.

Сигнал Un с выхода первого масштабирующего блока 25 поступает на первый вход первого сумматора 24, на второй вход которого поступает сигнал со второго датчика 6 о сглаженном значении управления корректирующего контура.

Коэффициент интегрирования Ки первого оценивающего блока 10 определяется по выражению

Ки Кп +аехр 1Лф(О-1Лмакс,

где Кц - базовое значение коэффициента интегрирования, 0 Кп 1;

а- настроечный коэффициент, определяемый из условия

UkMaicc - максимально допустимое значение управления корректирующего контура:

UK - фактическое значение управления

корректирующего контура.

Для этого из сигнала третьего задатчика 27 о величине UnMaKC вычитается сигнал о Uk с выхода датчика 6, Сигнал о разности Uk(t) - UkMai(C) поступает на вход блока 22

определения экспоненты Полученный сигнал о величине (t) - UkMaKC с выхода блока 22 определения экспоненты суммируется во втором сумматоре 23 с сигналом о базовом значении коэффициента интегрирования Кп. поступающим на второй вход сумматора 23 с оыхода второго задатчика 28. Сигнал с выхода второго сумматора о величине Кп поступает на второй

вход первого оценивающего блока 10

Введение в двухканальную систему новых блоков и связей позволяет повысить точность регулирования

Формула изобретения

Двухканальная система управления, содержащая первый оценивающий блок, второй оценивающий блок, первый исполнительный блок, первый

задатчик, первую модель обьекта, последовательно соединенные второй исполнительный блок, объект управления, датчик регулируемой координаты и первый блок сравнения, с суммирующим входом которого соединен выход первого задатчика, выход первого исполнительного блока соединен с вторым входом объекта управления, отличающаяся тем, что. с целью повышения точности управления, введены

первый инерционный блок второй блок сравнения, третий блок сравнения, второй задатчик, первый масштабирующий блок, последовательно соединенные датчик корректирующего управления, второй инерционный блок и первый сумматор, последовательно соединенные третий задатчик, четвертый блок сравнения, блок определе- „ ния экспоненты и второй сумматор последовательно соединенные датчик основного

управления, блок задержки, пятый блок сргвнения, вторую модель обьекта и шестой блок сравнения, последовательно соединенные второй масштабирующий блок и третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого инерционного блока, а выход - с входом второго исполнительного блока, выход первого блока сравнения соединен с суммирующим РХОДОМ второго блока сравнения, выход которого

соединен с входом первого оценивающего блока, выход датчика корректирующего управления через первую модель обьекта соединен с вычитающим входом второго блока сравнения и с вычитающим входом четвертого блока сравнения, выход второго сумматора соединен с вторым входом первого оценивающего блока, выход которого соединен с входом второго масштабирующего блока, выход датчика регулируемой координаты соединен с вычитающим входом третьего блока сравнения, выход которого через шестой блок сравнения, второй оценивающий блок, первый масштабирующий блок и первый сумматор соединен с входом первого исполнительного блока, вход датчика основного управления соединен с выходом второго исполнительного блока, а выход - с входом первого инерционного блока, выход второго задатчика соединен с вторым вхо

дом второго сумматора, выход первого задатчика соединен с суммирующим входом третьего блока сравнения, вход датчика корректирующего управления соединен с вторым входом объекта управления и подключен к выходу первого исполнительного блока, выход датчика основного управления соединен с суммирующим входом пятого блока сравнения.

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для построения систем управления обьектами, имеющими основной и корректирующий управляющие входы. Изобретение позволяет повысить точность управления за счет введения новых блоков (два инерционных блока, два задатчика, модель объекта, блок определения экспоненты, четыре блока сравнения) и связей.2 ил.

фиг 2