Система регулирования объектов высокого порядка с запаздыванием Советский патент 1991 года по МПК G05B13/00 

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для построения систем регулирования объектами высокого порядка с запаздыванием, подверженных влиянию неконтролируемых возмущений.

Динамика канала регулирования в достаточно общем случае описывается выражением

4п - 1

+ Т„ -1yffl

+

-f

df1

+ Ti + T0y(t) - - r) + 4t - г) ,в

котором y(t) - выходная переменная объекта регулирования; u(t) - регулирующее воздействие; w(t) - неконтролируемое, приведенатиче и мооениясокого енных ний.

в до выра-f

- г) ,в

бъекта оздейведенное к регулирующему входу возмущение; ТпТо постоянные времени; k - коэффициент передачи; г- время запаздывания; п - порядок дифференциального уравнения.

Задача регулирования заключается в обеспечении инвариантности регулируемой координаты (выходной переменной)от неконтролируемых возмущений

Цель изобретения - повышение точности регулирования.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемой системы регулирования объекта высокого порядка с запаздыванием

На чертеже приняты следующие обозначения: ud - действительное управляющее воздействие; yd - действительный выход

О

о

vj

о io

Ю

обьекта; w - неконтролируемые возмущения.

Система регулирования обьекта высокого порядка с запаздыванием содержит объект 1 регулирования, исполнительный блок 2, первый датчик 3, второй датчик 4, элемент 5 задержки, второй сумматор 6, модель 7 обьектива, четвертый масштабирующий блок 8, блок 9 вычитания, первый 10, второй 11 и третий 12 интеграторы, первый 13, второй 14 и третий 15 масштабирующие блоки, первый блок 16 сравнения, первый регулятор 17, группу 18 элементов задержки, группу 19 элементов экстраполяции, первую группу 20 масштабирующих элементов, группу 21 сумматоров, третий сумматор 22, вторую группу 23 масштабирующих элементов, четвертый сумматор 24, первый сумматор 25, второй регулятор 26, второй блок 27 сравнения, задатчик 28.

Система работает следующим образом.

Второй регулятор 26 вырабатывает регулирующее воздействие в зависимости от отклонения прогнозируемого выхода объекта от заданного значения. Прогнозируемый выход объекта содержит три составляющие: одна составляющая на выходе третьего сумматора 22 - свободное движение объекта, другая составляющая на выходе группы 19 экстраполяторов - экстраполируется оценка приведенного возмущения и третья составляющая - эффекты реализованного на интервале времени запаздывания регулирующего воздействия.

Свободное движение объекта определяется в замкнутом контуре, составленном из модели 7 объекта и первого регулятора 17.

С этой целью регулирующее воздействие измеряется первым датчиком 3, полученный сигнал задерживается на время запаздывания в элементе 5 задержки и поступает на первый вход второго сумматора 6. Сюда же поступает и компенсирующий сигнал с выхода первого регулятора 17, например с пропорционально-интегральным законом регулирования. Выходной сигнал второго сумматора 6 преобразуется в модели 7 объекта без учета запаздывания и пол- ученный сигнал о модельном выходе обьекта вычитается в первом блоке 16 сравнения из сигнала второго датчика 4 о выходе объекта 1. Выходной сигнал первого блока

16сравнения поступает на вход первого регулятора 17 и таким образом, получается замкнутый модельный контур регулирования. Выходной сигнал первого регулятора

17представляет запаздывающую оценку приведенного возмущения.

Модель 7 объекта в системе регулирования описывает объект третьего порядка

+

+T0y(t) (t-T) + V4t-r)

и в соответствии с этим в четвертом масштабирующем блоке 8 сигнал умножается на коэффициент 1/Тз, в первом масштабирующем блоке 13 - на Та/Тз, во втором масштабирующем блоке 14 - на Ti/T2, в третьем масштабирующем блоке 15 - на Т0/Тз.

На выходе блока 9 вычитания получается сигнал d y(t)/dt , на выходе первого интегратора 10 - d2y(t)/dt2, на выходе второго интегратора 11 - dy(t)/dt и на выходе третьего интегратора 12 - y(t). В результате можно определить свободное движение обьекта, умножая сигналы dVW/dt2, dy(t)/dt и y(t)

в первой группе 20 масштабирующих элементов на постоянные коэффициенты и алгебраически суммируя выходные сигналы первой группы 20 масштабирующих элементов в третьем сумматоре 22. Коэффициенты масштабирующих элементов первой группы 20 масштабирующих элементов определяются в зависимости от параметров модели обьекта. в частном случае, по выражениям

ki - slny; k2 (V3slny - cosy) Т ;

k3 (vTslny - cosy) Т2 ; у ,

при To 1; Ti 2TL T2 2T2; T3 T3, где ki, К2. кз - коэффициенты соответствующих масштабирующих элементов;

Тп - интервал памяти системы.

В системе регулирования взят объект третьего порядка. Аналогично определяется свободное движение и для объекта более высокого порядка.

Выходной сигнал первого регулятора 17 об оценке приведенного к входу объекта 1 возмущения w(t - г) подается на группу 19 элементов экстраполяции, в которых экстраполируется траектория w на интервале времени от (t - г) до t; в элементе экстраполяции 19-1 на интервал времени А г; в элементе экстраполяции 19 - (N-1) - на (N - -1) Дг ; в элементе экстраполяции 19-N - на N Дг . Число N выбирается исходя из точности экстраполяции и в большинстве практических случаев берется равным 10-20. Тогда Дг r/N есть интервал дискретиза- ции времени запаздывания.

Выходной сигнал первого датчика 3 с регулирующем воздействии поступает на вход группы 18 элементов задержки, где запоминается его траектория на интервале времени запаздывания г с дискретностью Дг

. В элементе 18-1 задержки сигнал задерживается на время Дг и поступает на элемент 18-2 задержки, где также задерживается на время Дг . выходной же его сигнал будет задержан уже на вре- мя 2 Дг . Выходной сигнал последнего элемента 18-N задержки будет задержан на время N Дг.

Полученные сигналы о траекториях регулирующего воздействия и экстраполиро- ванного приведенного возмущения алгебраически суммируются в согласованных по времени точках в группе 21 сумматоров. Для этого выходной сигнал первого датчика 3 о значении регулирующего воз- действия в текущий момент времени t поступает на один вход сумматор 21-1, на его другой вход поступает выходной сигнал элемента экстраполяции 19-N об экстраполированной на момент времени t t - г + + N Дг оценке приведенного возмущения. В сумматоре 21-2 суммируются сигналы на момент времени (t - Дг) с выхода элемента 18-1 задержки и с выхода элемента 19-(N- 1) экстраполяции. В сумматоре 21-(N 1) суммируются сигналы на момент времени (t - Дг) с выхода элемента 18-N задержки и с выхода первого регулятора 17. Выходные сигналы группы 21 сумматоров умножаются во второй группе 23 на весовые коэффициенты, определяемые исходя из весовой функции конкретного объекта и алгеб- раически суммируются в четвертом сумматоре 24. Выходной сигнал сумматора 24 о прогнозе эффектов регулирующих воз- действий и оценки приведенного возмущения поступает на первый сумматор 25, где суммируется с выходным сигналом третьего сумматора 22. Первый 25. третий 22 и четвертый 24 сумматоры разделены для того, чтобы получить отдельно сигналы о составляющих прогнозируемого выхода объекта, которые требуются для испытания и наладки системы регулирования.

Выходной сигнал первого сумматора 25 о прогнозируемом на момент времени (t + г выходе объекта вычитается из выходного сигнала задатчика 28 о заданном значении выхода объекта и преобразуется вторым регулятором 26, например, с пропорциональ- но-интегральным законом регулирования в сигнал регулирующего воздействия, который реализуется в регулирующее воздействие исполнительным блоком 2.

Формулаизобретения

1. Система регулирования обьектов высокого порядка с запаздыванием содержащая первый и второй датчики, элемент задержки, первый и второй блоки сравнения, первый сумматор, первый и второй регуляторы, модель объекта, исполнительный блок, задатчик, причем выход задатчика соединен с суммирующим входом второго блока сравнения, выходом соединенного с входом второго регулятора, выход исполнительного блока соединен с входом первого датчика и с входом объекта управления, выход которого соединен с входом второго датчика, а первый выход модели объекта соединен с вычитающим входом первого блока сравнения, отличающаяся тем. что. с целью повышения точности регулирования, введены второй, третий и четвертый сумматоры, первая и вторая группы масштабирующих элементов, группа элементов задержки, состоящая из N последовательно соединенных элементов задержки, группа элементов экстраполяции, состоящая из N элементов экстраполяции, группа сумматоров, состоящая из (N + 1) сумматора, причем выход четвертого сумматора соединен с первым входом первого сумматора, выход которого соединен с вычитающим входом второго блока сравнения, второй, третий и первый выходы модели объекта подключены к соответствующим входам масштабирующих элементов первый группы, выходы которых соединены с входами третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, выход второго регулятора подключен к входу исполнительного блока, выход второго датчика соединен с суммирующим входом первого блока сравнения, выход первого датчика соединен с входом элемента задержки, с входом группы элементов задержки, с первым входом первого сумматора группы, выходы каждого элемента задержки группы подключены к первым входам соответственно с второго по (N -t 1) сумматоров группы, выход элемента задержки соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с входом модели объекта, выход первого блока сравнения через первый регулятор подключен к второму входу второго сумматора, к входам элементов экстраполяции группы, к второму входу (N + 1}-го сумматора группы, к вторым входам с первого по N-й сумматоров которой подключены выходы соответственно с N-го по первый элементов экстраполяции группы, а выходы сумматоров группы подключены к соответствующим входам масштабирующих элементов второй группы, выходы которых соединены с входами четвертого сумматора.

2. Система по п. 1,отличающаяся тем, что модель объекта содержит первый, второй, третий и четвертый масштабирующие блоки, блок вычитания, последовательно соединенные первый, второй и третий интеграторы.

причем вход масштабирующего блока является входом модели объекта, выходы первого, второго и третьего интеграторов являются соответственно вторым, третьим и

и третий масштабирующие блоки с первым, вторым и третьим вычитающими входами блока вычитания, суммирующий вход которого подключен к выходу четвертого масш

Изобретение относится к технике автоматического управления и регулирования и может быть использовано для построения систем регулирования объектов высокого порядка с запаздыванием, подверженных влиянию неконтролируемых возмущений. Цель изобретения - повышение точности регулирования. Введение второго сумматора, первой группы масштабирующих элементов, третьего сумматора, группы элементов задержки, последовательно включенных группы элементов экстраполяции, группы сумматоров, второй группы масштабирующих элементов и четвертого сумматора позволяет в явном виде получать и экстраполировать оценку приведенного неконтролируемого возмущения, а также учитывать свободное движение объекта без дифференцирования помехоискаженного сигнала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

первым выходами модели обьекта и соеди- 5 табирующего блока, а выход - к входу йены соответственно через первый, второй первого интегратора.

К