Система управления нелинейным объектом Советский патент 1993 года по МПК G05B11/36 

Изобретение относится к системам а в-: тематического управления и может быть использовано для технологических процессов в химической, строительной и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение качества регулирования.

На чертеже представлена блок-схема системы управления.

Система содержит обьект 1 управления, исполнительный блок 2, блок 3 сравнения, сумматор 4; блоки: 5 пропорционального, 6 интегрального и 7 дифференциального регулирования: блоки изменения: 8 пропорциональной, 9 интегральной и 10 дифференциальной составляющей; блок дифференцирования 11 и блоки анализа знака: 12 ошибки и 13 производной ошибки.

Система работает следующим образом.

В блоке 3 сравнения определяется отклонение текущего значения регулируемой переменной х от заданного значения Хзад., т. е. ошибка регулирования:

)

По сигналу ошибки формируются три составляющие управляющего сигнала:

1) Ui Ki е- пропорциональная, формируемая блоком 5;

00 00 00 00 GJ 4

2) / K2 Ј dt интегральная, формиto

руемая блоком 6;

3)Us КзЈ- дифференциальная, формируемая блоком 7 по сигналу производной ошибки от блока 11.

После определения в сумматоре 6 управляющий сигнал подается на объект 1 управления через исполнительный блок 2,

Блок 12 осуществляет анализ знака ошибки и передает соответствующий сигнал блокам 8 и 9.

Блок 8 корректирует значение коэффициента пропорциональной составляющей следующим образом:

Ki .

«1 1 ,- если Ј 0 Ki 2 , если

Блок 9 аналогично корректирует значение коэффициента интегральной составляющей:

10

15

20

при Ј 0, Ј 0 система оказывает менее интенсивное воздействие на объект.

Для сравнения работы предлагаемой системы и прототипа рассмотрим в качестве объекта управления колонну окисления гудрона кислородом воздуха: целевым продуктом колонны является битум для производства дорожных покрытий. Характерной особенностью процесса является то, что температура в колонне окисления интенсивно растет при увеличении расхода воздуха и медленно снижается - при уменьшении расхода воздуха.

Наиболее характерными показателями качества регулирования температуры в окислительной колонне являются:

эффективность отработки нового задания на температуру;

максимальное отклонение температуры от задания в режиме стабилизации.

Пусть канал регулирования температуры подачей воздуха описывается передаточной функцией

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано в химической, строительной и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение качества регулирования. Система содержит .последовательно соединенные блок (8) изменения пропорциональной составляющей, блок (5) пропорционального регулирования, сумматор (4), исполнительный блок (2), обьект (1) управления, блок (3) сравнения, выход которого соединен с входами блока (11) дифференцирования, блока (5) пропорционального регулирования и блока (6) интегрального регулирования, второй вход которого соединен с выходом блока (9) изменения интегральной составляющей. Система также содержит блок (12) анализа знака ошибки и последовательно соединенные блок (13) анализа знака производной ошибки, блок (10) изменения дифференциальной составляющей и блок (7) дифференциального регулирования, связанный выходом с одним из входов сумматора (4) и входом - с выходом блока (11) дифференцирования и входом блока (13) анализа знака производной ошибки, а блок (12) анализа знака ошибки связан входом с блоком (3) сравнения и выходом - с входами блока (8) изменения пропорциональной составляющей и блока (9) изменения интегральной составляющей. 1 ил., 1 табл.

К2

Кг1 , если Ј О К2 2 , если Ј О

Блок 13 осуществляет анализ производной знака ошибки и передает соответствующий сигнал блоку 10.

Блок 10 корректирует значение коэффициента дифференциальной составляющей следующим образом:

Кз

Кз 1 , если Ј 0 Кз 2 , если Ј О

Использование предлагаемой системы эффективно для объектов, у которых коэффициент усиления в значительной степени зависит от направления изменения (знака производной) управляющего воздействия. Пусть:

Коб

+

если U О

Коб , если 0 О

Примем для определенности, что . Для этого случая имеют место следующие соотношения коэффициентов из выражений (2), (3).(4):

Ki1 Ki2; K21 К22; Кз1 Кз2(6)

Предлагаемый выбор коэффициентов регулирования обеспечивает более интенсивное воздействие на объект при Е О, Ј 0, т. е. когда объект менее чувствителен к управляющему воздействию. И наоборот.

25

30

35

40

45

50

55

W06

Коб е

-Ts

Т S + 1 где Т 180 с;

т 35 с1

V /1,15 при

к°б {.0,68 при U О

(Коб - в относительных единицах по шкале приборов).

Оценка качества регулирования температуры осуществлялась для объекта (7) путем моделирования на ЭВМ.

При скачкообразном изменении задания на температуру в колонне (+15 и -10° от установившегося значения 210°С), достигаются показатели, приведенные в таблице.

Предварительные испытания предлагаемой системы путем моделирования на ЭВМ и оценка эффективности системы были осуществлены в Воронежском ОКБА, прошли успешно и подтвердили эффективность системы.

Испытания показали, что для нелинейных объектов, характеризующихся существенным изменением коэффициента усиления в зависимости от знака производной управляющего воздействия, предлагаемое техническое решение позволяет значительно повысить, по сравнению с прототипом и базовым объектом, качество регулирования:

уменьшается почти в 2 раза время регулирования и в 1,6-1,8 раза - максимальная амплитуда перерегулирования, обеспечивается высокая степень стабилизации заданного режима.

Применительно к установкам получения битума система позволяет выдерживать необходимый температурный режим окисления гудрона, что исключает брак и гарантирует требуемое качество битума. В конечном итоге, обеспечивается экономия сырья (гудрона) в количестве не менее 10- 15%, что для установки мощностью 16000 тонн в год даст экономию:

Э Рс х Сс х Цс х А 1,25 х 0,1 х 35 х

х16000 70000руб. где Рс - расходная норма по сырью, т/т;

Сс - снижение расходной нормы по сырью;

Цс - цена сырья, руб/т;

А - производительность установки.

Формула изобретения

Система управления нелинейным объектом, содержащая последовательно соединенные блок изменения пропорциональной составляющей, блок пропорционального регулирования, сумматор, исполнительный

блок, объект управления, блок сравнения, выход которого соединен с входами блока дифференцирования, блоков пропорционального и интегрального регулирования,

второй вход последнего из которых соединен с выходом блока изменения интегральной составляющей,отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности системы, в нее введены блок анализа знака ошибки и последовательно соединенные блок анализа знака производной ошибки, блок изменения дифференциальной составляющей и блок дифференциального регулирования, связанный выходом с

третьим входом сумматора и входом с выходом блока дифференцирования и входом блока анализа знака производной ошибки, а блок анализа знака ошибки связан с входом блоком сравнения и выходом - с входами блока изменения пропорциональной составляющей и блока изменения интегральной составляющей.