Регулятор с переменной структурой

Регулятор с переменной структурой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и Мбжет быть использовано для управления различными объектами с неопределенными или изменяющимися в некоторой области параметрами. Целью изобретения является повышение качества регулирования. Переменная структура регулятора позволяет реализовать два обобщенньк закона управления: пропорциональный (П) пропорциональноинтегральный (ПИ). Переход с одного . закона на другой осуществляется по величине квадратичной формы переменных состояния расширенного (за счет включения интегратора) объекта управления . В предлагаемом регуляторе осуществляется компенсация скачков в управлении, возникающих при переходе с П- на пи-закон управления. Компенсация производится путем автоматической установки соответствующих начальных условий на интеграторе. Регулятор обеспечивает в замкнутой системе заданные оценки качества, в acтнocти время переходных процессов и перерегулирование . 3 ил. (Л 00 4 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ду 4 G 05 В 13/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ьЦ „ (21) 3906027/24-24 (22) 05.06.85 (46) 30.10.87. Бюл. У 40 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) С.А. Беэручко, А.Б. Бушуев, В.В. Григорьев и Ю.В. Литвинов (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 954929, кл. G 05 В 13/00, 1983.

Пузырев В.А. Управление технологическими процессами производства микроэлектронных приборов. М.: Радио и связь, 1984, с. 112. (54) РЕГУЛЯТОР С ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и мбжет быть использовано для управления различными объектами с неопределенными или изменяющимися в

„„SU„„134 770 А1 некоторой области параметрами. Целью изобретения является повышение качества регулирования. Переменная структура регупятора позволяет реализовать два обобщенных закона управления: пропорциональный (П) пропорциональноинтегральный (ПИ). Переход с одного закона на другой осуществляется по величине квадратичной формы переменных состояния расширенного (эа счет включения интегратора) объекта управления. В предлагаемом регуляторе осуществляется компенсация скачков в управлении, возникающих при переходе с П- на ПИ-закон управления. Компенсация производится путем автоматической установки соответствующих начальных условий на интеграторе. Регулятор фу обеспечивает в замкнутой системе заданные оценки качества, в частности С, время переходных процессов и перерегулирование. 3 ил.

1348770

Изобретение относится к автоматиматическому управлению и регулированию и может быть использовано для управления различными объектами с изменяющимися в ограниченной области параметрами.

Целью изобретения является улучшение качества регулирования.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Предлагаемый регулятор, как и прототип, работает в двух режимах: пропорциональном (П-режим) и пропорционально-интегральном (ПИ-режим).

В соответствии с этим вырабатываются

П- или ПИ-обобщенные законы регулирования. Обобщенность регулирования заключается в том, что сигналы управления формируются не только из сигнала ошибки между задающим воздействием и регулируемой величиной, но и на основании сигнала о векторе состояния управляемого объекта. Главное отличие предлагаемого регулятора заключается в способе перехода с одного режима на другой. В прототипе при реализации обобщенного пропорционального регулирования выходной сигнал U на объект управления формируется в виде линейных стационарных обратных связей по состояниям объекта управления, т.е. У=К„х, где К вЂ” 1хп — матрица-строка обратных связей, х-и-мерный вектор состояний объекта управления. Если сигнал ошибки становится меньшей заданной определенной величины с (ewe), дополнительно к пропорциональному регулятору подключается интегральная часть, т.е. U=K„x+

+K J ed!, где К вЂ” пастаннный наэф О фициент; е=g-у — ошибка в замкнутой системе; g — входной, задающий сигнал в регулируемой системе; у — выходная, регулируемая величина замкнутой системы; t, — момент включения интегратора; t — текущий момент времени.

Коэффициенты матрицы К„ для режима пропорционального регулирования рассчитывают исходя из обеспечения некоторого оптимального в принятом смысле качества переходных процессов.

Подключение в управление интегральной добавки хотя и повышает точность в установившемся режиме, но в то же время ухудшает качество переходных процессов. В этом с.тучае при расчете коэффициента К и матрицы обрати ных связей предлагается ввести в модель объекта управления интегральный элемент, т.е. расширить порядок ! объекта управления на единицу. Для расширенного объекта управления рассчитывают регулятор с новыми коэффициентами матрицы обратной связи К,„ и коэффициентом К„, обеспечивающим заданное качество расширенного объекта управления. Таким образом, в предлагаемом регуляторе в режиме пропорционального регулирования реализуется закон U, =К„х, в режиме ПИ-регулирования — закон U=K„„ x+K„ edt. При перес!э ходе с П- на ПИ-закон коэффициенты матрицы К„ скачком меняются на коэф20 фициенты К„„. Следовательно, и управление, поступающее с выхода регулятора на объект, меняется скачком, что приводит обычно к нежелательным скачкам и в объекте управления, поэтому предлагается в момент перехода поддерживать равенство сигналов

U, и U, т.е. чтобы последнее значение выходного сигнала регулятора при пропорциональном регулировании равнялось

30 первому значению выходного сигнала регулятора при ПИ-регулировании. Для этого в каждый момент времени вычисляется текущая разность между управляющими сигналами (выходами регулятора) для обоих законов регулирования, и в момент перехода с П-закона на

ПИ-закон происходит автоматическая компенсация выходного сигнала регулятора этой разностью. Компенсация

40 осуществляется путем установки соответствующих начальных условий на включаемом интеграторе. В отличие от прототипа, в котором сигнал перехода с

П-режима на ПИ-режим определяется по

4> величине ошибки е, в предлагаемом изобретении сигнал перехода определяе-..ся по величине квадратичной формы M= „) P „i переменных вектора состояния расширенного объекта управле-.

50 ния, где к — выход интегратора. При этом учитывается вся динамика поведения объекта (не только ошибка, но и скорость ее изменения, ускорение и т.д..). Процесс перехода получается

55 плавным, без возможных для прототипа э! э! перескоков назад, к пропорциональному закону в случае, если скорость изменения ошибки направлена на увеличение ошибки.

70!

3487

Если задать точность, обеспечиваемую регулятором, в вице скалярной величины д, равной значению квадратичной формы W в установившемся режиме, 5 то можно найти область начальных условий на вектор (z,х) в n+I-мерном пространстве, из которой ПИ-регулятор будет обеспечивать заданное качество процессов. Эта область задается в Io с вице выражения Р =с, где с= х

const.

Когда величина W непрерывно вычисляемой в регуляторе квадратичной фор- !5 мы становится меньше с, то регулятор переходит в режим ПИ-регулирования (соответствует области малых отклонений от заданных значений регулируемой величины), при W>c осуществляется 2р

П-закон регулирования.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, 2 и 3, где обозначены первый формирователь 1, второй формирователь 2, третий формирователь 3, интег-25 рирующий усилитель 4, первый сумматор 5, релейный элемент 6, переключатель 7, первый ключ 8, второй ключ

9, третий сумматор 10, второй сумматор ll. Остальные обозначения соответ-Зр ствуют.упомянутым выше.

Регулятор работает следующим образом.

Сигналы, соответствующие текущим значениям вектора состояния х объекта управления, поступают на первые и входов первого 1, второго 2 и третьего 3 формирователей. На п+1-й вход формирователя 3 поступает также сигнал г с выхода интегрирующего уси- 4р лителя 4.

Сигнал на выходе формирователя равен 0 =К„,х, а на выходе формирователя 2 U!=K х. Формирователь 3 формирует квадратичную форму входных сиг- 45 налов расширенного объекта управления в виде W= P

Сигнал с выхода формирователя 3 поступает на первый вход сумматора 5.

Сумматор 5 производит сравнение этого сигнала с заданной величиной с, устанавливаемой на его втором входе.

Допустим, что сигнал с выхода формирователя 3 больше с, тогда релейный элемент 6 выдает положительный сигнал, что соответствует работе регулятора в П-режиме. При таком сигнале с релейного элемента 6 на выходе регулятора через первый вход переключателя 7 выдается сигнал пропорционального управления U< . Первый ключ 8 закрыт и сигнал на первом входе интегрирующего усилителя 4 равен нулю.

В этом случае сигнал на выходе интегрирующего усилителя 4 устанавливается равным сигналу начальных условий, поступающих на его второй вход с открытого в этом режиме второго ключа 9. Сигнал г,проходящий на выход ключа 9 и далее на выход интегрирующего усилителя 4, равен : z=U -U

Эта разность непрерывно вырабатывается на выходе третьего сумматора 10.

Сигнал z с выхода интегрирующего усилителя 4 поступает на второй вход второго сумматора ll, где складывается с сигналом U с выхода формирователя I. Выходной сигнал сумматора 11 в этом случае равен U<, так как Б=

z+U

Таким образом, в любой момент времени при пропорциональном законе на третьем входе переключателя 7 присутствует сигнал, равный UI. При изменении вектора состояния и сигнала меняется по величине и сигнал квадратичной формы на выходе формирователя 3. В момент, когда значение квадратичной формы W станет меньше с, срабатывает релейный элемент 6, переключая закон регулирования с пропорционального на пропорционально-интегральный. Релейный элемент 6 отрицательным выходным сигналом закрывает ключ 9, отключая сигнал начальных условий на втором входе интегрирующего усилителя 4, одновременно с этим открывается ключ 8, пропуская сигнал ошибки на вход интегрирующего усилителя 4. Усилитель 4 выдает сигнал z пропорциональный уже интегралу от ошибки, с коэффициентом пропорциональности К„. На сумматоре Il происходит сложение сигналов z u U =

К71и х °

Сигнал с выхода сумматора 11 подается на третий вход переключателя 7.

В режиме ПИ-регулирования третий вход переключателя 7 открыт, а первый вход закрыт управляющим сигналом с выхода релейного элемента 6, поступающим на второй вход переключателя 7. Поэтому на выход регулятора проходит curt нал U=K„„x+K J edt, соответствующий о

5 13

ПИ-режиму. Если по каким-либо причинам (например, в результате действия на OY большого возмущения извне) величина сигнала W квадратичной формы с выхода формирователя 3 резко возрастает и станет больше, то релейный элемент переключится и выдаст сигнал на переход регулятора в П-режим. В дальнейшем работа регулятора происходит как описано вышее.

Предлагаемый регулятор позволяет улучшить качество процессов регулирования при переходе с одного закона управления на другой; устраняются скачки в сигнале управления, вырабатываемом регулятором, и обеспечиваются заданные оценки качества даже при неопределенности параметров объекта управления или при изменении их в некоторой ограниченной области.

Формула и з о б р е т е н и я

Регулятор с переменной структурой, содержащий датчик ошибки, интегрирующий усилитель, первый сумматор, выход которого через релейный элемент под48770

6 кпючен к управляющему входу первого ключа, первый формирователь, выхОд которого подключен к первому входу второго сумматора, о т л и ч а ю5 шийся тем, что, с целью улучшения качества регулирования, введены второй и третий формирователи, третий сумматор, второй ключ и переключатель, выход второго формирователя подключен к первому входу переключателя и первому входу третьего сумматора, подключенного вторым входом к выходу первого формирователя, а выходом — к входу второго ключа, управляющий вход которого подключен к управляющему входу переключателя и выходу релейного элемента, а выход— к первому входу интегрирующего усилителя, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, подключенного выходом к второму входу переключателя, и с входом третьего формирователя, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход первого ключа соединен с вторым входом интегрирующего усилителя, а вход — с выходом датчика ошибки. кл

1348770

Составитель В. Кузин

Техред Л.Сердюкова Корректор Г. Решетник

Редактор А. Маковская

Заказ 5186/45 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4