Регулятор с моделью объекта

Регулятор с моделью объекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

РЕГУЛЯТОР С МОДЕЛЬЮ ОБЪЕКТ содержаишй первый блок сравнения, блок задержки, последовательно вклю ченные второй блок сравнения, первый регулятор, модель объекта без запаздывания и третий блок сравнения, второй вход которого соединен через блок задержки с выходом модели объекта без запаздывания, а выход - с первым входом второго блока с эавнения , о т л и ч а ю щ и и с я тем, ЧТО, с целью повышения точности регу ли рования, в него вйедены сумматор, последовательно включенные второй регулятор, модель объекта с запаздыванием и четвертый блок сравнения. Причем выход первого блока сравнения подключен к входу второго регулятора и второму входу четвертого блока , сравнения, выход которого соединен j с вторым входом второго блока сравнения , первый вход сумматора соединен с выходом первого регулятора, а второй вход - с выходом второго регулятора . :

„.SU„„ 1080118 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 G 05 В 13 02

)д \™ ъ,|

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВЪГ

Ч

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3535498/18-24 (22) 10.01.83 (46) 15.03.84. Бюл. Р 10 (72) В.П.Авдеев, JI.Ï.Èûøëÿåâ, Ф.З.Ха-. мидулин, И.И,Басалаев, 10.A.Сарапулов, A.Â.Ôðîëîâ и В.Г.Жданов (71.) Сибирский ордена Трудового

Красного Знамени металлургический институт им. Серго Орджоникидзе (53) 62-50(088.8) (56) 1. Красовский A.À., Буков В.Н.

И Шендрик В.С. Универсальные алгО,.ритмы оптимального управления непрерыйньэюи процессами. М., "Наука", 1977, с. 48-53.

2. Гурецкий Х. Анализ и синтез, систем управления с запаздыванием.

И., "Машйностроение", 214 (прототий). 1 .(54)(57) РЕГУЛЯТОР С МОДЕЛЬЮ ОБbEKTAgl содержащий первый блок сравнения, блок задержки, последовательно вклю-: ченные второй блок сравнения, первый регулятор, модель объекта без запаздывания и третий блок сравнения, второй вход которого соединен через блок задержки с выходом модели объекта без запаздывания, а выход — с первым входом второго блока сравнения, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности регу лирования, в него введены сумматор, последовательно включенные второй регулятор, модель объекта с запаздыванием и четвертый блок сравнения, Причем выход первого блока сравнения подключен к входу второго регулятора и второму входу четвертого блока сравнения, выход которого соединен э

Я с вторым входом второго блока сравнения, первый вход сумматора соединен с выходом первого регулятора, а второй вход — с выходом второго ре- С, гулятора.

Ф \

1080118

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для построения систем управления техническими объектами, содержащими значительные запаздывания и подверженны- 5 ми влиянию неконтролируемых внешних воздействий.

Предполагается, что динамика объекта по каналам регулирования описывается передаточной функцией 10

K Р" (Р а(р>-,„Е =В,(р) Е, ()

) 5, где К - коэффициент передачи;

Т - постоянная времени инерции; время. запаздывания.

Внешние воздействия значительно изменяются на интервале времени . Задача управления заключается в обеспечении инвариантности регулируемой координаты от внешних воздействий.

Известна управляющая система с моделью объекта, содержащая систему оценивания, прогнозирующую модель в ускоренном времени, блок вычисления значения функционала. на свободном движении, блак численного дифференцирования (1 ).

Недостаток этой управляющей сис- 30 темы заключается в ее сложности, связанной с решением задач вычисления значений функционала на свободном движении и численного дифференцирования. 35

Известен регулятор с моделью объекта .(регулятор Смита), содержащий первый блок сравнения, блок задержки, последовательно включенные второй блок сравнения, первый регулятоР, модель объекта без запаздывания и третий блок сравнения, второй вход которого соединен через блок задержки с выходом модели объекта без запаздывания, а выход — с первым вхо- 45 дом второго блока сравнения. Этот регулятор построен таким образом, что модель объекта без запаздывания, блок задержки и третий блок сравнения в совокупности с натурным объектом управления образуют составной натурно-модельный объект управления, в котором скомпенсировано запаздывание. Уже для такого составного объекта построен регулятор с типовым законом регулирования ).2). 55

Недостаток этого регулятора заключается в низкой точности регулирования, что объясняется следующим.

Регулирующее воздействие регулятора

Смита при нулевых начальных условиях 60 и при задающем воздействии, равном нулю, определяется выражением

@т=О(р) Р(p) -pe (2!

)) (р)» " $ ш(р} 2 + )Ч „(P) Wp(P}

65 где W (р) — передаточная функция

P .регулятора;

w — внешнее воздействие.

Из этого выражения видно, что регулирующее воздействие наносится на модель объекта без запаздывания, подверженного влиянию внешнего воздействия с запаздыванием . В выходном сигнале (с) модели объекта без запаздывания отражаются эффекты предыстории f w (-т- e )+ V (E.— а Ц при e v, О.

Регулирующее воздействие направлено на подавление именно отклонений у от заданного уровня, а не отклонений .выходного сигнала натурного объекта. В выходном же сигнале натурного объекта М отражаются эффекты предыстории fv (4 -C-О)+О(1-t -8)j

Поэтому отклонения У от У может быть сколь угодно большим. Целью же регулирования является минимизация отклонений от заданного уровня, а значит точность регулирования может быть невысокой.

Цель изобретения — повышение точности регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что и регулятор введены сумматор, последовательно включенные второй регулятор, модель объекта с запаздыванием и четвертый блок сравнения,. причем выход первого блока сравнения подключен к входу второго регулятора и второму входу четвертого блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом второго блока сравнения, первый вход сумматора соединен с выходом первого регулятора, второй вход сумматора — с выходом второго регулятора.

Введенный второй регулятор пред- назначен для выработки корректирующего воздействия дv для подавления отклонений между у и у . Эффекты а0, полученные с помощью модели объ-. екта с запаздыванием, вычитаются в четвертом блоке сравнения из ошибки регулирования. Тем са)ым производится модельное разделение вновь введенного корректирующего контура от контура Смита, иначе последний в "погоне".за целью v =0 будет воспринимать аО как компоненту возмущения.

На чертеже приведена блок-схема регулятора с моделью объекта.

Регулятор с моделью объекта содержит первый блок 1 сравнения, блок 2 задержки, второй блок 3 сравнения, первый регулятор 4, модель 5 объекта беэ запаздывания, третий блок

6 сравнения,. сумматор 7, второй регулятор 8, модель 9 объекта с запаздыванием, четвертый блок 10 сравнения.

На чертеже приняты обозначения: з(t) — выходная переменная (коорди.1080118

U (1) =U(t)+60

При условии м+=-0 операторное выражение для определения U " имеет вид (P} Wp(p) (р) (р) где Ф (p} — передаточная функция к

15 второго (корректирующего) регулятора

Г

+1.=0(p) +ð(р) и (р)= e (ръ — () 20.передаточная функция регулятора Смита, в которой % (р} — передаточная функция первого регулятора 4, Подставляя выражение (7) в выражение (б) и производя преобразования получаем

U(t)=- К Z (t)

Т .I

Е (Чdt (+) гДе К р, Т вЂ” коэффиЦиент УсилениЯ - УпРавлениЯ, состоЯщий из натУРного и время изодрома неР- 5О объекта управления и регулятора вого регулятора. Смита, и остаточное возмущение из

Сигнал о U(t} подается через мо- выражения (8). дель 5 объекта без запаздывания в Применение регулятора с моделью третий блок б сравнения, в котором объекта позволяет,как показывают вычитается выходной сигнал этой же 5 результаты моделирования, уменьшить модели, задержанный в блоке 2 задерж среднеквадратическое отклонение на ки на интервал времени 7 . Сигнал о 20-40% по сравнению с регулятором

u(t) с выхода первого регулятора 4 Смита, который можно принять за баподается также на сумматор 7, где зовый объект. Использование регуляалгебраически суммируется с сигна- тора в системах регулирования процеслом о д0(с) . Ha выходе сумматоРа 7 6О }сами углеобогащения позволит полуполучается сигнал о скорректированном чить экономический эффект 148 тыс.руб. регулирующем воздействии в год, ВНИИПИ Заказ 1337/48, 1ираж 842 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная„ 4. ната ) объекта регулирования в f -é момент непрерывного времени; (t} задание на выходную координату (t);

U(t} — регулирующее воздействие.

Реглуятор с моделью объекта работает следующим образом.

Сигнал с выходной переменной (1) натурного объекта регулирования поступает на первый блок 1 сравнения, где из него вычитается сигнал о заданном значении у"(1) выходной переменной. Сигнал с выхоца первого блока 1 сравнения идет на второй регулятор 8, например, с пропорциональным законом регулирования. Второй регулятор 8 вырабатывает корректирующее регулирующее воздействие

/ U(t) =-К", (ч(Ц-а (Ö), где К; — коэффициент усиления втоФ рого регулятора.

Сигнал yU(t) подается на второй вход сумматора 7 и вход модели 9 объекта с запаздыванием, на выходе которой получается сигнал об эффекте корректирующего регулирующего воздействия — dy (t) . Этот сигнал в четвертом блоке 10. сравнения вычитается из выходного сигнала первого блока сравнения и тем самым из него исключаются эффекты 80(t) динамика контура Смита не нарушается.

Далее выходной сигнал четвертого блока 10 сравнения обрабатывается в контуре Смита. Для этого во втором блоке 3 сравнения из выходного сигнала третьего блока б сравнения вычитается сигнал с выхода четвертого блока 10 сравнения и сигнал о полученной разности преобразуется первым регулятором 4, например, с пропорционально-интегральным законом регулирования. Первый регулятор вырабатывает регулирующее воздействие

U (p)=- Чl (р)+% (р) 4+Nl. (p)W» (р) Е х

1Î (ь) 1

+gw0,(Ð) р(P) -Pf (р} Е. <(p)ЗО " т ю(р}® (p) . (в) щ (рlw (pie v+w (pl w (Р+й }

ul(p) . к („ (е-p L (+9/ (р) 9(p(p)

Первое слагаемое правой части выражения (8) представляет составляющую регулятора Смита, первый сомножитель второго слагаемого есть передаточная функция замкнутого коррек40 тирующего контура относительно регулирующего воздействия, а второй сомно. житель — остаточное возмущение в схеме Смита. Для обеспечения .устойчивости системы регулирования с кор45 ректирующим регулятором настройки последнего можно находить известными методами Г2Д. При этом следует ориентироваться на обобщенный объект