Регулятор
Иллюстрации
Реферат
„„SU„„1037208
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
Эцр 0 B 13/02 . ГОСУДАРСТВЕННЫЙ -КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3420673/18-24 (22) 09.04,82. (46) 23.08.83..Бюл. V 31 (72) А.Ф.Кузнецов, В.П.Авдеев, Л.П.Иышляев, H.À.ôîèèí, Е.Ф.Демичев, Я.А.Гильдебрандт, В.Ф.Евтушенко, К.И,Иэаак и А.Э.Выгодский ,(71) Сибирский ордена Трудового
Красного Знамени металлургический . институт им.Серго Орджоникидзе ,и Кузнецкий ордена Ленина, ордена
Октябрьской Революции, ордена. Кутузова I степени, ордена Трудового
Красного Знамени металлургический комбинат им. В.И.Ленина (53) 62-50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
И"699490, кл, G 05 В 11/01 1978.
2. Авторское свидетельство СССР по заявке h" 2925461/18-24, кл. G 05 В 11/01, 1980, (54) (57) РЕГУЛЯТОР, содержащий два масштабирующих блока, первый экстра: полятор, три блока задержки, первый блок сравнения, два исполнительных блока, последовательно соединенные второй блок сравнения, первый фильтр низкой частоты и обратную модель объекта, последовательно соединенные третий блок сравнения и второй экстраполятор, последовательно соединенные четвертый блок задержки и первый сумматор, последовательно соединенные пятый блок задержки и четвертый блок сравнения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения затрат на регулирование, он содержит пятый блок сравнения, второй, третий и четвертый фильтры низкой частоты, второй сумматор, третий и четвертый масштабирующие блоки, последовательно соединенные сигнум-реле и блок умноже" ния, последовательно соединенные блок определения модуля; пятый фильтр низкой частоты, пятый масшта- бирующий блок и ограничитель,под; ключенный вторым входом через третий масштабирующий блок к выходу первого блока сравнения, а выходом через последовательно соединенные второй исполнительный блок, четвертый фильтр низкой частоты, первый блок задержки и четвертый масштабирующий блок - к второму входу первого сумматора, выход первого исполнительного блока через последовательно включенные третий фильтр низкой частоты и третий блок задержки соединен с входом четвертого блока задержки и с первым евером первого блока срав- C нения, соединенного вторым входом с входами пятого блока задержки и пятого блока сравнения и с выходом второго сумматора, выход пятого фильтра низкой частоты соединен через последовательно включенные второй масштабирующий блок, блок умножения и пятый блок сравнения с вхо- © дом первого исполнительного блока, третий вход первого сумматора сое- О динен с выходом обратной модели объекта, а выход первого сумматора ; с первым входом третьего блока сравнения и через четвертый блок сравнения - с входом блока определения модуля и входом сигнум-реле, выход второго фильтра низкой частоты соединен с входом первого масштабирующего блока, подключенного выходом через первый экстраполятор к первому входу второго сумматора и
1O31ZO8 через второй блок задержки - к второму . второго экстраполятора соединен с входу третьего блока сравнения, выход вторым входом второго сумматора.
Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для построения систем регулирования общетехническими объектами, характеристика каналов регулирования которых описывается операторным выражением
-P -F < .- "o+ () )-y u ()е е " рг(р) +
-Р о
+К Ф(Р)е где м - отклонения выходной переменной объекта управления от опорного уровня;
U и 0 - отклонения первого и
1 второго управляющих воздействий от соответствующих опорных уровней;
9/ - отклонения контролируемого внешнего воздействия от опорного уровня; . К„,К2,K3 - коэффициенты передачи по каналам соответственно О„-у, 0 -у, Ч-у;
I о - время чистого запаздывания в объекте управления;
„ >>7 - время чистого запаздывания в исполнительном блоке первого управляю" щего воздействия.
При этом диапазон отклонений второго управляющего воздействия лежит в диапазоне отклонений первого уп.Равляющего воздействия., Объект подвержен влиянию неконтролируемых воздействия с нестационарными статистическими свойствами.
Задача управления заключается в поддержании выходной переменной м на заданном значении s" при условии минимизации второго управляющего воздействия.
Примерами описанных объектов могут служить объекты черной металлургии.
В частности, при шихтовке электро5 плавки для получения заданного.содержания углерода в металле при его расплавлении рассчитывают массу металлолома и углеродосодержащих добавок с требуемым количеством углерода в металлошихте (первое управляющее воздействие . Для подготовки и транспортировки металлошихты тре, буется время, за которое может быть проведено несколько плавок, т.е.
15 существует значительное запаздывание в исполнительном блоке первого управляющего воздействия. По ходу электроплавки могут производиться подвалки углеродосодержащих добавок
20 (второе управляющее воздействие ).
Здесь чистое запаздывание обуслав.ливается только чистым запаэдываа нием робъекта по каналу регулирования U>-s . Контролируемым внеш25 ним воздействием является, в частности, процентное содержание углерода в УглеРодосодержащих добавках, Для регулирования объектов с запаздыванием известен регулятор, содержащий последовательно включенные первый блок сравнения, фильтр низкой частоты, обратную модель объекта, второй блок сравнения, экстраполятор,и блок задержки, выход ко35 торого соединен с вторым входом второго блока сравнения ).1j.
Недостаток этого регулятора заключается в низкой точности регулирования, обусловленной тем, что не учитывается второе управляющее
40 воздействие, Йаиболее близким по технической сущности к изобретению является регулятор, содержащий последовательно включенные первый блок срав45 нения, фильтр низкой частоты, обратную модель объекта, второй блок сравнения, первый экстраполятор,третий блок сравнения, первый масшта10Я208
55 з бирующий блок, первый блок задержки, второй блок задержки и сумматор, выход которого соединен с вторым входом второго блока сравнения, последовательно включенные второй экстраполятор, второй масштабирующий блок, третий, четвертый и пятый блоки задержки, последовательно включенные третий экстраполятор, блок выч итания и шестой блок задержки, причем второй вход сумматора соединен с выходом пятого блока задержки, а третий вход - с выходом шестого блока задержки, выход второго блока сравнения подключен к входам второго и третьего экстраполяторов, выход первого блока задержки соединен с вторым входом третьего блока сравнения, выход третьего блока задержки - с вторым выходом блока вычитания, выход пятого блока задержки с третьим входом блока вычитания 2>.
При работе регулятора с помощью блоков задержки и сумматора определяется эквивалентное управление, из которого вычитается. корректировка управления, найденная с помощью первого блока сравнения, фильтра низкой частоты и обратной модели объекта, в результате чего получаются оценки идеальных эквивалентных управлений. Эти оценки экстраполируются на различные интервалы времени, а затем с помощью масштабирующих блоков и блоков сравнения определяются управления по каждому каналу регулирования.
Недостатком известного регулятора шляется то, что затраты ресурсов на управление по каждому каналу регулирования распределяются равномерно. Для описываемого >не класса объектов необходимо уменьшить затраа ты на управление по каналам с меньшим запаздыванием (второе управляющее воздействие ), так как на управление именно по этому каналу расходуются дорогостоящие материалы. Например, при ведении электроплавки расходуется большое количество дорогостОящего и дефицитного, науглерожи-. вателя чугуна.
Цель изобретения - уменьшение затрат на управление за счет перераспределения ресурсов между управляющими воздействиями таким образом, что производилась минимизация "дорогостоящих" управляющих воздействий.
Поставленная цель достигается тем, что в регулятор, содержащий два масвтабирующих блока, первый экстрач f полятор, три блока задержки, первыи блок сравнения, два исполнительных блока, последовательно соединенные второй блок сравнения, первый фильтр низкой частоты и обратную модель объекта, последовательно соединенные
10 третий блок сравнения и второй экст" раполятор, последовательно соединенные четвертый блок задержки и первый сумматор, последовательно соединенные пятый блок задержки и четвертый блок
15 сравнения, введены пятый блок сравнения, второй, третий и четвертый фильтры низкой частоты, второй сумматор, третий и четвертый масштабирующие блоки, последовательно соединен20 ные сигнум-реле и блок умножения, последовательно соединенные блок определения модуля, пятый фильтр низкой частоты, пятый масштабирующий блок и ограничитель, подключенный
25 вторым входом чеоез третий масштаби-. рующий блок к выходу первого блока сравнения, а выходом через последо- вательно соединенные второй исполнительный блок, четвертый фильтр низкой частоты, первый блок задержки и четвертый масштабирующий блокк второму входу первого сумматора, выход первого исполнительного блока через последовательно включенные третий фильтр низкой частоты и третий блок задержки соединен с входом четвертого блока задержки и с первым входом первого блока сравнения» соединенного вторым входом
40 с входами пятого блока задержки и пятого блока сравнения и с выходом второго сумматора, выход пятого " фильтра низкой частоты соединен через последовательно включенные второй масштабирующий блок, блок умножения и пятый блок сравнения с входом первого исполнительного блока,третий вход первого сумматора соединен с выходом обратной модели объекта, а выход первого сумматора - с первым входом третьего .блока сравнения и через четвертый блок сравнения -. с входом блока определения модуля и входом сигнум-реле, выход второго филь ра низкой частоты соединен с входом первого масштабирующего блока, подключенного выходом через первый экстраполятор к первому входу второго сумматора и через второй
1037208 блок задержки - к второму входу т рет ь его блока сра вне ния, выход второго экстраполятора соединен с вторым входом второго сумматора.
На чертеже приведена блок-схема регулятора, на которой приняты следующие обозначения: У - выходная переменная объекта управления; Y - за" дание на выходную переменную объек10 та управления;Ф - отклонение контролируемого внешнего воздействия от опорного уровня; U и 0>- первое и второе управляющие воздействия.
Регулятор содержит второй фильтр
1 низкой частоты, первый масштабирующий блок 2, второй блок 3 задержки, первый экстраполятор 4, второй блок
5 сравнения, первый фильтр 6 низкой частоты, обратную модель 7 объекта, первый сумматор 8, третий блок 9 .сравнения, второй экстраполятор 10, второй сумматор 11, пятый блок 12 сравнения, первый исполнительнйй блок 13, четвертый блок 14 сравнения, гз пятый блок 15 задержки, блок 16 умножения, сигнум-реле 17, второй масштабирующий блок 18, блок 19 определения модуля, пятый фильтр 20 низкой частоты, четвертый блок 21 задержки, пятый масштабирующий блок 22, первый блок 23 сравнения, третий блок 24 задержки, третий фильтр 25 низкой частоты, третий масштабирующий блок 26, ограничитель 27, второй исполнительный блок 28, чет- 35 вертый масштабирующий блок 29, первый блок 30 задержки, четвертый фильтр 31 низкой частоты.
Регулятор работает следующим образом.
Из сигнала о задании м" на выходную переменную во втором блоке
5 сравнения вычитается сигнал о выходной переменной. Полученный сиг- 45 нал поступает на вход первого фильтра 6 низкой частоты, где подавляется .высокочастотная помеха, и далее на обратную модель 7 объекта по канаду 0„- 9 объекта без запаздывания, в частности, в виде коэффициента
1/к, на выходе которой получается сигнал о корректировке первого управления. Этот сигнал поступает на третий входпервого сумматора 8. Из измеренного сигнала о втором управляющем воздействии с помощью чет вертого фильтра 31 низкой частоты выделяется сигнал о полезной состааляющей, который задерживается в первом блоке 30 задержки на интервал времени .(р + Т„), пересчитывается в четвертом масштабирующем блоке
29 в масштаб первого управляющего воздействия путем умножения на коэффициент, равный величине к /к„,, и подается на второй вход первого сумматора 8, В первом сумматоре
8 алгебраически суммируются поступающие на его вход сигналы и в результате получается сигнал о запаз" дывающей оценке идеального первого управляющего воздействия
u1à((+Ч) 0,-Ф
+ — )y (67-s(t7)
К„ где -U . (t-(Ге7)7оценка идеального первого управляющего воздействия в момент времени (t - (l04L1) ); первое и второе уп равляющи е воздействия, реализованные е соответствующие моменты еремени; сглаженное значение (ч "(e7->(t7)разности между заданной величиной выходной переменной и фактической величиной этой переменной.
Сигнал об отклонении контролируемого внешнего воздействия w(t) поступает на вход второго фильтра
1 низкой частоты, где подавляются высокочастотные помехи измерения, и далее идет на вход первого масштабирующего блока 2, в котором пересчитывается в масштаб первого упраа-! ляющего воздействия путем умножения :на коэффициент к /к . Выходной сиг нал первого масштабйрующего блока
2 задерживается во втором блоке 3 задержки на интервал времени (о+Т„) и подается на второй вход третьего . блока 9 сраанейия, где вычитается из выходного сигнала первого сумматора 8. На выходе третьего блока
9 сравнения получается сигнал о приведенной оценке идеального уйравляющего воздействия, т.е. воздействия, из которого исключены эффекты измене08
10372 ний контролируемого внешнего воздействия. В результате этого выделяются эффекты неконтролируемых воздействий, которые затем экстраполируются вторым экстраполятором 10 на интервал времени о + Г, + 1, где а . — интервал времени предстоящего такта управления.
Выходной сигнал первого масштабирующего блока 2 экстраполируется первым экстраполятором 4 на интервал времени дГ и суммируется во втором сумматоре 11 с выходным сигналом второго экстраполятора 10, На выходе второго сумматора ll получается сигнало рассчитанном первом управляющем воздействии И.,(й + д ь), Для определения второго управляющего воздействия в первом блоке 23 сравнения из выходного сигнала второго сумматора 11 о требуемом первом управляющем воздействии 0„(1 а J вычитается выходной си гнал третьего блока
24 задержки и фактически реализованном первом управляющем воздействии в момент времени (t- i>), т.е. о той величине первого управляющего воздействия, которая начнет действовать на объект управления в текущий -ый момент времени. Сигнал о полученной разности поступает на вход третьего масштабирующего блока 26 и пересчитывается в масштаб второго управляющего воздействия путем умноФ жения на коэффициент, равный вели- 35 чине к /к . Выходной сигнал третьего масштабирующего блока 26 через ограничитель 27 с оперативно настраиваемой зоной ограничения подается на вход второго исполнительного блока 40
28, с помощью которого реализуется второе управляющее воздействие.
Остальные блоки регулятора предназначены для оперативной поднастройки зоны ограничения ограничителя 27 45 .и корректировки первого управляющего воздействия ° С этой целью выходной сигнал второго сумматора 11 о требуемом управляющем воздействии задерживается в пятом блоке 15 задержки на интервал времени (о+Г„) и подается на один вход четвертого блока 14 сравнения, где из него вычитается сигнал с выхода первого сумматора 8 об оценке идеального управляющего воздействия. В резуль тате на выходе четвертого блока
14 сравнения получается сигнал об ошибке управляющего воздействия в момент времени (+-(в+ Г )) . Этот сигнал подается через блок 19 определения модуля на вход пятого фильтра
20 низкой частоты, на выходе которого получается сигнал о среднемодульной величине сигнала. Выходной сигнал пятого фильтра 20 низкой частоты умножается в пятом масштабирующем блоке 22 на постоянный коэффициент, полученный сигнал о величине зоны ограничения подается на дополнительный вход ограничителя 27. Во втором масштабируощем блоке 18 выходной сигнал пятого фильтра 20 низкой частоты умножается на постоянный коэффициент и подается на вход блока
16 умножения, где перемножается на выходной сигнал сигнум-реле 17, величина которого равна "+1" или "-1" в зависимости от знака выходного сигнала четвертого блока 14 сравнения.
Если величина этого сигнала больше или равняется нулю, т.е. управляющее воздействие больше идеального, то в пятом блоке 12 сравнения из выходного сигнала второго сумматора 11 вычитается величина, пропорциональная среднемодульному значению ошибки в управляющем воздействии.
Если же выходная величина четвертого блока 14 сравнения меньше нуля, то из выходного сигнала второго сумматора ll вычитается соответствующий сигнал. С выхода пятого блока 12 сравнения сигнал подается на первый исполнительный блок 13, где реализуется первое управляющее воздействие.
Введение новых блоков и связей позволяет минимизировать величину второго управляющего воздействия при сохранении точности регулирова- . ния.
1037208
ВНИИПИ Заказ 6008/48 Тираж 874 Подписное
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4