Самонастраивающаяся система автоматического управления для объектов с запаздыванием

Самонастраивающаяся система автоматического управления для объектов с запаздыванием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

САМОНАСТРАИВАЩАЯСЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ, содержащая обратную модель объекта без запаздывания, последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, дифференциатор, функциональный преобразователь , релейный элемент. ключ, второй сумматор, усилитель, регулятор, блок умножения, третий сумматор и объект управления, выход регулятора соединен со вторым входом -третьего сумматора, выход первого сумматора соединен со вторыми входами второго сумматора, функционального преобразователя и ключа, а второй вход блока умножения соединен с выходом первого интегратора, вход которого соединен с выходом блока знакового умножения , отличающаяся тем, что, с целью повьшения точI ности системы, она содержит последовательно соединенные блок коррек (Л ции, четвертый сумматор, второй с интегратор и пятьй сумматор, второй вход которого соединен с выходом .объекта управления, а выход через Обратную модель объекта без запаздывания соединен со вторыми входами первого и четвертого сумматоров, первый вход блока знакового умносо , жения соединен с выходом четвертого 00 со сумматора, а второй вход -- с выхо-дом регулятора и входом блока кор рекции.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (! 1! (51)4 G 05 В 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

re ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИЙ И ОТН1ЫТИЙ (21) 3238846/18-24. (22) 19.01.81 (46) 15.08.85, Бюл. Р 30 (72) В.Ф.Лубенцов, А.В.Бабаянц и Н.P.Þñóïáåêîâ (71) Грозненское научно-производственное объединение "Промавтоматика" (53) 62-50 (088. 8) (56) 1. Самонастраивающаяся система. Справочник. Под ред. П.И.Чинаева, Киев, "Наукова думка", t969, с. 416, 2, Авторское свидетельство СССР

11! 579597, кл. G 05 В 13/02, 1977, 3. Авторское свидетельство СССР

У 591821, кл. G 05 В 17/02, 1978 (прототиг.), (54) (57) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ

ОБЬЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ, содержащая обратную модель объекта без запаздывания, последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, дифференциатор, функциональный преобразователь, релейный злемент, ключ, второй сумматор, усилитель, регулятор, блок умножения, третий сумматор и объект управления, выход регулятора соединен со вторым входом третьего сумматора, выход первого сумматора соединен со вторыми входами второго сумматора, функционального преобразователя и ключа, а второй вход блока умножения соединен с выходом первого интегратора, вход которого соединен с выходом блока знакового умножения, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы, она содержит последовательно соединенные блок коррекции, четвертый сумматор, второй интегратор и пятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом .объекта управления, а выход через обратную модель объекта без запаздывания соединен со вторыми входами первого и четвертого сумматоров, первый вход блока знакового умно,жения соединен с выходом четвертого сумматора, а второй вход — с выходом регулятора и входом блока коррекции, 11,73390

Изобретение относится к самонастраивающимся системам управления и может быть использовано в системах автоматического управления объектами с переменными параметрами 5 и запаздыванием в химико-фармацевтической, микробиологической, пищевой, химической и других отраслях промьппленности.

Известна система автоматического 10 управления для нестационарных объектов, содержащая основной контур управления, который включает измеритель сигнала рассогласования, на первый вход которого подается сигнал l5 задания, а на второй — инвертированный сигнал с выхода объекта-че- . рез параллельное корректирующее звено, последовательное корректирующее звено, вход которого соединен с вы- 20 ходом измерителя рассогласования, а выход подключен к первому входу блока умножения и к входу первого сумматора, другой вход которого соединен с выходом блока умножения, вы- 25 ход первого сумматора подключен к входу объекта управления, и дополнительный контур управления, включающий модель-эталон, на вход которой подается сигнал с выхода последова- 50 тельно корректирующего звена, выход модели подключен к .первому входу второго сумматора, на второй вход которого поступает инвертированный сигнал с выхода объекта управления через звено согласующее выход объекта управления с выходом модели, и блок настройки, один вход которого соединен с выходом второго сумматора, а другой вход — с выходом последова40 тельного корректирующего звена, выход блока подстройки подключен к второму входу блока умножения основного контура системы.(11.

Недостатком этой системы является то, что в условиях нестабильности параметров динамических свойств объекта управления с изменяющимся во времени запаздыванием качество управления резко снижается, поскольку операторы блоков дополнительного контура управления системы являются линейными и стационарными.

Известен регулятор для объектов с переменным запаздыванием, содержащий последовательно соединенные блок задания, первый сумматор и первый блок согласования, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, третий сумматор, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым блоком формирования установки и выходом второго блока согласования, дифференциатор и второй блок формирования уставки, подключенные соответственно к первому и второму входам четвертого сумматора, переключатель, первый вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого сумматора и со вторым входом второго сумматора, выход которого подключен к интегратору, а также содержащий первый и второй блоки определения модуля, первый и второй релейные элементы и инерционное звено, вход, первый и второй выходы которого соединены соответственно с выходом первого сумматора, входами первого и второго блоков определения модуля, выходы которого подключены к входу второго блока согласования к третьему входу третьего сумматора, выход которого через первый релейный элемент подключен к входу дифференциатора, а выход четвертого сумматора через второй релейный элемент соединен с вторым входом переключателя (2 1, Однако использование этого регулятора в системе для управления . инерционными объектами, характеризующимися наряду с переменным чистым запаздыванием нестабильностью других параметров (коэффициента усиления, постоянных времени ),приводит к снижению точности управления, Наиболее близкой к предлагаемой является самонастраивающаяся система автоматического управления для объектов с запаздыванием, содержащая обратную модель объекта, последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, дифференциатор, функциональный преобразователь, релейный элемент, ключ, второй сумматор, усилитель, регулятор, блок умножения, третий сумматор, подключенный выходом к входу объекта управления, и последовательно соединенные блок знакового умножения и первый интегратор, подключенный выходом к второму входу блока умножения, соединенного входом с вторым входом третьего сумматора

11 73390

На чертеже изображена блок-схема системы.

На схеме обозначены эадатчик 1, первый сумматор 2, обратная модель

3 объекта, второй сумматор 4, объект управления 5, второй интегратор 6, третий сумматор 7, блок 8 коррекции, регулятор 9, пятый сумматор I O, блок умножения 11, первый интегратор 12, блок 13 знакового- умножения, четвертый сумматор 14, дифференциатор 15, функциональный преобразователь 16, релейный элемент

17, .ключ 18, усилитель 19 и возмущающее воздействие.

Передаточная функция обратной модели 3 объекта формируется следующим образом.

Пусть объект управления имеет передаточную функцию и(fl)= — (-и и (и ын)

Rm(p) -pC n P выход первого сумматора подключен к второму входу второго сумматора, к второму входу функционального преобразователя и к второму входу ключа (3).

Недостаток известной системы для управления нестационарным объектом с иэменящцимся запаздыванием заключается в невозможности точной ре алиэ ации обратной модели о бъе кта управления, причем включение в контур системы, реализующий обратную модель, звена с постоянным запаздыванием вследствие повышенной чувствительности системы к отклонению запаздывания от расчетного приводит к снижению точности управления, Цель изобретения — повышение точности системы.

Цель достигается тем, что самонастраивающаяся система автоматического управления для объектов с запаздыванием содержит последовательно соединенные блок коррекции, четвертый сумматор, второй интегратор и пятый сумматор, подключенный вторым входом к выходу объекта управления, а выход — к входу обратной модели объекта, выход которой подключен к вторым входам первого и четвертого сумматора, выход которого подключен к первому входу блока знакового умножения, соединенного вторым входом с выходом регулятора и входом блока согласования, 10

Обратная модель инерционной части объекта управления беэ запаздывания имеет передаточную функцию (2) которая практически нереализуема.

Заменим ее функцией вида

Иш(Р )- " (m+ryn), (3)

mp. гp где г=п-в+1

Выбором г обеспечивается реализуемость передаточной функции 3 1 .

Компенсация действия на работу системы параметрических возмущений объекта управления и внешних возмущений обеспечивается следующим образом.

Введем обратную модель без запаздывания, имеющую передаточную функцию (3), в цепь обратной связи системы управления. Тогда передаточная функция участка "axon объекта

1! управления — вход первого сумматора пример вид (операторы R (.р), Qz(p), $<(P ) предполагаются квазистацйонарными (4) „,Ь) a (р) Р

Ввод в систему блока 8 с оператором $„(p), имеющим порядок выше или равным избытку полюсов объекта управления над его нулями, позволяет избежать получения производных высоких порядков при реализации обратной модели объекта и обеспечивает получение сигнала рассогласования между объектом управления и его.моделью.

Из (4 ) видно, что динамика эквивалентного объекта определяется запаздыванием объекта и характеристикой стационарного оператора 1/$г(p).

Равенство (4 ) получено из условия квазистационарности операторов

R„(p), Q„(p). С учетом того, что системы управления нестационарными объектами с запаздыванием характеризуются низким критическим коэффициентом усиления, то необходимо в первую очередь компенсировать значительные изменения коэффициента усиления объекта, соответствующим образом изменяя величину управляющеro воздействия, Дополнительно учитывая, что объект управления имеет неконтролиру! 173390!

О!

f g при г(Ф) )О (4= О при,() а О . емое возмущение, адцитивно влияющее на выходную величину, а также изменяющиеся параметры инерционной части, приводящие к отклонению выходной величины модели, то их влияние учитывается (моделируется )интегратором в цепи обратной связи обратной модели объекта.

Таким образом, как следует из вышеописанного, влияние изменяющихся параметров объекта может быть скорректировано.без непосредственного измерения текущих значений параметров объекта управлении.

Обозначив передаточную функцию регулятора W (p), нелинейного корректирующего устройства 9(p), при выполнении в системе условия (4) характеристическое уравнение замкнутой системы будет иметь вид!

+«P) 1 (р )е =0 (5)

Р Sqg

Из выражения (5 ) видно, что на 25 устойчивость системы существенное влияние оказывает только запаздывание объекта управления, поскольку характеристики остальных звеньев системы(И,() и Sr<(p)) инвест- .30 ны, Для устойчйвого и качественно". го поддержания требуемого режима на выходе системы в этом случае целесообразно прим .нить нелинейную коррекцию. Эта коррекция вы35 полняется н системе при помощи нелинейного корректирующего устройства с переменной структурой, цепь из блоков 15, 16, 17, 18, которое но время переходного процесса н заьисимости от знаков и соотношения

40 сигнала рассогласования и его первой производной вырабатывается регулирующее воздействие, параметры которого зависят от времени запаздыва45 ния объекта.

Система работает следующим образом, При отклонении выходной величины объекта управления 5 от оптимального значения, задаваемого

50 блоком задания l, вызванного непредвиденными изменениями параметров объекта либо нозмущением f, на выходе сумматора 2 возникает сигнал рассогласования, который поступает на нход сумматора 4, на вход дифференциатора 15, на адин из входон функционального преобразователя 16 и ключа 18. Сигнал рассогласования и его производная, полученная на выходе дифференциатора 15, поступает на вход функционального преобразователя 16. Функциональный преобразователь 16 на их основе образует сигнал S= c + 8 (ca0 — постоянный коэффициент ), поступающий на вход релейного элемента 17 который выделяет факт попадания изобража— ющей точки в определенные секторы фазовой плоскости. Выходной сигнал релейного элемента 17 поступает на вход ключа !8, выходной сигнал которого 1(Еф)поступает на вход сумматора 4, где складывается с сигналом раЕ, поступающим с выхода сумматора 2, причем

Выходной сигнал сумматора p8+ fg ) ! (p)0 — постоянный коэффициент ) поступает на усилитель 19, коэффициент усиления которо ro К. Сигнал с выхода усилителя 19 поступает на вход регулятора 9, формирующего на выходе управляющее воздействие U(t ), которое поступает на вход сумматора 7, и на один из входов блока умножения 11 °

Если переходный процесс на выходе объекта управления 5 вызван возмущен" нием f и при этом параметры объекта остаются постоянными, а значит параметры модели 3 соответствуют параметрам объекта управления 5, то сигнал рассогласования на выходе сумматора 10 равен нулю. Выходные сигналы блока !3, первого 6 и второго 12 интеграторов, являющихся исполнительными элементами контура самонастройки, также равны нулю, При этом выходной сигнал блока умножения 11, выходной сигнал сумматора 7 также равны нулю. При изменении параметров объекта управления 5 на выходе сумматора 10 возникает рассогласование, которое поступает на вход интегратора 12 и через блок знакового умножения 13 на вход интегратора 6. Выходной сигнал интегратора 6 н этом случае поступает на вход блока умножения 11, с помощью которого изменяется вели/ чина управляющего воздействия U(t), поступающего с выхода регулятора 9.

Одновременно сигнал с выхода интегратора 12, обеспечивающего аддиI 173390

Составитель В.Нефедов

Техред М.Надь

Корректор В.Гирняк

Редактор Т.Митейко

Заказ 5052/47 Тираж 8б3 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,1РЬушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тивную коррекцию модели 3, поступает на один иэ входов сумматора 14, на другой вход которого поступает сигнал с выхода объекта управления 5.

Если измененное значение управляющего воздействия обеспечивает требуемый выходной процесс системы при изменившихся параметрах объ. екта управления 5, сигналы на выходе сумматора 2 и 10 становятся равными нулю.

Значения коэффициентов интеграторов 6 и 12 выбираются .с учетом скорости изменения параметров объекта управления 5, Таким образом, чтобы скорость самонастройки была оптимальной, С помощью блока знакового умножения 13 обеспечивается независимость изменения величины управляющего .воздействия U+(t) от знака воздействия U(t) что следует из условия устранения рассогласования на выходе сумматора 10

Таким образом,в предложенной системе обеспечивается снижение чувствительности к изменениям параметров объекта управления и к действующим на объект возмущения, что в свою очередь приводит к повышению качества регулирования техно-!

О логических процессов. Использование изобретения позволит за счет повышения качества управления, а именно точности под—

15 держания оптимальных режимов нестационарных процессов, например ферментации в химико-фармацевтической и микробиологической промышленности, снизить эксплуатационные затра20 ты и повысить выход синтеэируемого целевого продукта.