Система автоматического управления

Система автоматического управления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к системам автоматического управления и может найти применение при управлении объектами с запаздыванием, с переменными параметрами и неконтролируемыми возмущениями в химической, нефтехими ческой, металлургической и других отраслях промьшшенности. Цель изобретения - повышение точности систеьал в условиях запаздьгеания в объекте упг равления, которая достигается введением в цепь компенсации неконтролируемого возмуш;ения прогнозирующего блока и контура самонастройки параметров прогнозирующего блока, С целью синхронизации сигналов в цепи компенсации неконтролируемых, возмущений в системе реализована коррекция интер вала задержки блока задержки ; В системе повышается эффективность компенсации неконтролируемых возмущений при- Q менительно к объектам с запаздыванн ем. 6 ил. . S (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ((9) )0 (н) (51)4 G 05 В 17 02 13 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР .

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA (21 ) 4164340/24-24 (22) 19.12,86 (46) 15.07.88. Бюл. W 26 (72) Е.А.Сухарев, В.Г.Брусов, Ю.Д.Левичев и В.М.Крашенинников (53) 62.50(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1113780, кл. G 05 В 17/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 1113781, кл, G 05 В 17/02, 1982. (54.) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к системам автоматического управления и может найти применение при управлении объектами с запаздыванием, с переменными параметрами и неконтролируемыми возмущениями в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности. Цель изобретения — повышение точности системы в условиях запаздывания в объекте управления, которая достигается введением в цепь компенсации неконтролируеМого возмущения прогнозирующего блока и контура самонастройки параметров прогнозирующего блока, С целью синхронизации сигналов в цепи компенсации неконтролируемых. возмущений в системе реализована коррекция интер" вала задержки блока задержки . В системе повышается эффективность компенсации неконтролируемых возмущений при" менительно к объектам с запаздыванием. 6 ил.

1409971

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано при управлении ( объектами с запаздыванием с перемен ными параметрами и неконтролируемыми

5 возмущениями в химической, .нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение точ10 ности системы в условиях запаздывания в объекте.

На фиг. 1 представлена структурная схема системы; на фиг. 2 — структурная схема компенсации неконтролируемых 15 возмущений; на фиг. 3 — зависимость эффективности компенсации неконтролируемь1х возмущений-от величины отношения .запаздывания в системе и постоянной времени объекта, на фиг. 4 структурная схема блоков интегрирования на скользящем интервале времеУ ни; -на фиг. 5 — структурная схема прогноэирующего блока; на фиг, 6— ( структурная схема блока задержки.

Система (фиг. 1) содержит первый сумматор 1, регулятор 2, второй сумматор 3, объект 4 управления, обратную модель 5 объекта управления, третий сумматор 6, блок 7 задержки с пе- 30 рестраиваемым запаздыванием, корректирующий блок 8, первый блок 9 умножения, первый интегратор 10, блок 11 деления, блок 12 самонастройки, вто рой блок 13 умножения„ второй интегратор 14 и прогнозирующий блок 15.

На фиг. 2 обозначены сумматор 16, объект 17 управления, обратная модель

18 объекта, блок 19 задержки и сумма Top 20, (Блок интегрирования на скользящем интервале времени (фиг. 4) включает блок 21 задержки, сумматор 22 и интегратор 23,,1 с;

Про гноэирующий блок (фиг,. 5 ) обра зуют усилитель 24., блок 25 фильтрации, дифференцирующий блок 26, блок

27 умножения и сумматор 28.

Блок задержки (фиг. 6) содержит аналого--цифровой преобразователь (ЛЦП) 29, усилители 30-;1„...,30-та, ннверторы 31-1...,,31-m, управляемые ключи 32-1„,„,32-щ, блоки 33-1...,, 33-m+ задержки, управляемые ключи

34-1...„...34-m, сумматор 35 и задат 5 чик 36, На фиг. l приняты следующие обозначения: Х вЂ” сигнал задания; У— выходной сигнал объекта; f — неконтролируемое возмущение; U — выходной сигнал регулятора; U — полное управляющее воздействие; f(t-д1) — оценка неконтролируемого возмущения, по» . л лучаемая на выходе сумматора 6; f н итоговая оценка неконтролируемого возмущения, участвующая в формировании управляющего воздействия; сигнал рассогласования между сигналом задания и выходным сигналом объекта.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: f — неконтролируемое возмущение; У вЂ” выходной сигнал объекта;

f — оценка неконтролируемого возмущения.

На фиг. 3 представлена зависимость эффективности компенсации неконтр лируемых возмущений, оцениваемая как от0 О ношение И(У З М(У, 1 от величины отношения запаздывания в системе к постоянной времени объекта для различного характера частотного спектра возмущения f -. с =0 1/Т вЂ” низкочастотное возмущение;

N-=100/Т вЂ” высокочастотное возмущение;

d.-=1/т, — спектр возмущения находится в полосе пропускания объекта.

На фиг. 3 приняты следующие обозначения: Т вЂ” постоянная времени объ" екта; о - величина, обратная времени спадания автокорреляционной функции неконтролируемого возмущения,,,1(Уг)

Й(ь, ) — д - — отношение дисперсии выходно- го сигнала объекта в схеме с компенсацией неконтролируемого возмущения и свободного объекта; М вЂ” общая величина запаздывания в схеме компенсации неконтролируемого возмущения, определяемая выражением 61=В+ i,, где

Ь вЂ” достаточно малое запаздывайие, определяемое условиями физической реализуемости обратной модели объекта; — запаздывание в объекте.

На фиг. 4 приняты следующие обозначения: X(t) — входной сигнал блока задержки; X(t-T) — выходной сигнал блока задержки; У(ь) — выходной сигнал блока интегрирования на скользящем интервале времени.

На фиг. 5 приняты сЛедующие обозначения. X(t) — входной сигнал прогнозирующего блока; X(t+T„ р) — выходной сигнал прогнозирующего блока

3 14099 (прогнозируемое на интервале Т„р значение входного сигнала) Т вЂ” велиПР чина интервала прогноза.

На фиг. 6 приняты следующие обозначения: Х(С) — входной сигнал блока задержки; аl — максимальная величина интервала задержки в блоке 7 задержки; Т„р — величина интервала .прогноза, являющаяся параметрическим 10 входом блока 7 задержки, на которую осуществляется коррекция времени задержки; X(t-61+Т„р) — выходной сигнал . блока задержки, равный его входному сигналу, задержанному по времени на величину 61-Т,„Р.

Выходной сигнал блока интегрирования на скользящем интервале времени (фиг. 4) описывается выражением

v(*)=j(x(t)-x(t-x)In<= ) х(с)а7. -т

Алгоритм прогноэирующего блока 15 описывается выражением, близким к линеаризованной формуле Тейлора. 25

Х(С+т„,) X(t)+ — — К-т„„ аХ(С) где X(t} — отфильтрованный от высокочастотных шумов,сглажен- 30

f ный) входной сигнал прогнозирующего блока;

К вЂ” коэффициент усиления усилителя 24, в общем случае

К и выбирается экспериментально.

Схема блока задержки с перестраиваемым интервалом запаздывания (фиг,6) работает следующим образом, С задатчика 36 на первый вход сум- 40 матора 35 подается величина запаздывания аl, на второй, вычитающий, вход су)оратора подается величина интервала прогноза Т„р, в результате на выходе сумматора 35 получается сигнал, 45 численно равнь)й требуемому значению ь1-Т„ . Этот сигнал преобразуется АЦП

29 в цифровой параллельный двоичный код. Сигналы с каждого из m разрядов через согласущйе у ит и 30" °,30 50 поступают на управляемые ключи

34-1,...,34-ш и через инверторы

31-1...,31-ш на ключи 32-1,...,32-ш.

Если i-й разряд АЦП равеч логической единице, то он открйвает. 34-i-й ключ

55 и закрывает 32-i-й ключ, пропуская входной сигнал X(t) через соответствующий блок задержки, имеющий величину запаздывания, равную t. 2 . Если i-й

71

4 разряд АЦП равен логическому нулю, то он закрывает 34-1-и ключ и открывает

32-i-й ключ, в результате входной сигнал пропускается через 32-i-й ключ в обход соответствующего блока задержки.

Таким образом, имея в составе блока задержки с перестраиваемым запаздыванием п блоков задержки с фиксиро(/ ванными интервалами задержки, 2 .,,, -1 1 t7l

2,...,(. 2, схема, представленная на фиг, 6, позволяет варьировать величину интервала запаздывания в пределах QT7 до((2 -1), причем а! л(rp+) °

Система работает следующим образом.

На входе первого сумматора 1 получается сигнал рассогласования Е между заданием X и выходным сигналом объекта У. Рассогласование Е преобразуется ,регулятором 2 в управляющее воздействие U которое подается на вход сумматора 3, на вычитающий вход которого поступает итоговая оценка неконтролил руемого возмущения 1„, и на выходе сумматора 3 получается полное управляющее воздействие U которое подается на объект. Итоговая оценка неконтрол лируемого возмущения f. ïîëó÷àåòñÿ в системе следующим образом. На выходе физически реализуемой обратной модели 5 получается оценка суммарного входного воздействия объекта, приведенного к входу канала управления, равная по величине сумме оценки пол- .

Л ного управляющего воздействия U u оценки неконтролируемого возмущения

Л

f, сдвинутых по времени на величину а1=,+ n. относительно истинных значений U u f. Запаздывание оценки суммарного входного воздействия объекта обусловлено наличием запаздывания

Т в объекте 4 и и в физически реализуемой обратной модели 5. В сумматоре 6 из оценки суммарного входного воздействия вычитается полное управляющее воздействие U синхронизироа ванное по времени с U с помощью блока 7 задержки.

В результате на выходе сумматора

6 получается оценка неконтролируемого возмущения f(t- М }, сдвинутая по времени относительно истинного возмущения на величину hl. Чтобы уменьшить величину запаздывания в цепи оценки

1 неконтролируемого возмущения, сигнал оценки f(t-h,l) с выхода сумматора 6

5 !4099 подается на вход прогноэирующего блока 15. Величина интервала прогноза, обеспечивающая минимум отношения среднеквадратичного на скользящем интер5 вале времени значения сигнал а рассогласования E и оценки неконтролирул емого возмущения 1(С- nl ), получается на выходе блока 12 самонастройки и передается на параметрический вход прогнозирующего блока 15, а также на параметрический вход блока 7 задержки, в котором осуществляется коррекция величины интервала задержки по формуле Ь = dl Т„ = . +д-Т„, где - 15 время запаздывания в объекте; 6— интервал задержки в блоке физически реализуемой обратной модели 5; Т„ — . оптимальное значение интервала прогноза. Полученная на выходе прогнози- 2О рующего блока 15 оценки неконтролируемого возмущения f(t- а ), сдвинутая .по времени относительно 1 на величину и, через корректирующий блок

8 подается на вычитающий вход сум- 25 матора 3 в виде итоговой оценки неконтролируемого возмущения f Ha вход блока 12. самонастройки поступает сигнал с блока 11 деления, численно равный отношению среднеквадра- 8р тичных значений сигнала рассогласования Я и оценки неконтролируемого воэл мущения f(t- aJ). Причем на вход блока 11 деления поступает сигнал с интегратора 10, вход которого подключен к выходу блока 9 умножения, а на другой вход блока деления подается сиг нал с выхода интегратора 14, на вход, которого поступает сигнал с выхода ! блока 13 умножения. На входы блока 9 умножения поступает с выхода сумматора сигнал рассогласования C., а на входы блока 13 умножения — сигнал

9(t-М ) с выхода сумматора 6.

Таким образом, путем органиэации прогноза оценки неконтролируемого возмущения в системе, оптимизации параметров прогнозирующего блока 15, коррекции величины запаздывания в блоке 7 задержки на величину оптимально50

71

i o значения интервала прогноза в сис теме достигается более высокая эффективность компенсации неконтролируемых возмущений. формула и э о б р е т е н и я

Система автоматического управления, содержащая первый сумматор, первый вход которого подключен к входу задания системы, а выход — к входу регулятора, подключенного выходом к первому входу второго сумматора, выход которого соединен с информационным входом блока задержки с перестраиваемым запаздыванием и с входом объекта управления, подключенного выхо-. дом к второму входу первого сумматора и к входу обратной модели объекта управления, выход которой соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока задержки с перестраиваемым запаздыванием, второй вход второго сумматора соединен с выходом корректирующего блока, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повьппения точности системы в условиях запаздывания в объекте управления, в нее введены первый и второй блоки умножения, первый и второй интеграторы, блок деления, прогнозирующий блок и блок самонастройки, выход которого соединен с входом управления запаздыванием блока задержки с перестраиваемым запаздыванием и с управляющим входом прогнозирующего блока, подключенного выходом к входу корректирующего блока, а информационным входом — к выходу третьего сумматора и к первому и второму входам второго блока умножения, выход которого через второй интегратор соединен с входом делителя блока деления, подключенного выходом к входу блока самонастройки, а входом делимого — к выходу первого интегратора, вход которого соединен с выходом первого блока умножения, первый и второй входы которого подключены к выходу первого сумматора.

1 i09971

1409971

У,У

1409971

Составитель А.Лащев ,Редактор А.Огар Техред Л.Сердюкова КорректорГ.Решетник

Хираж 866 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5,Заказ 3477/42

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