Устройство управления нагревом

Устройство управления нагревом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технике автоматического управления и может быть использовано в металлургической и химической промышленности. Изобретение решает задачу определения оптимального управления для нелинейных объектов на каждом шаге дискретизации, что позволяет повысить точность устройства. Устройство управления нагревом содержит объект управления 1, семь блоков памяти 2, 6 - 9, 15, 16, блок модели объекта управления 3, генератор 4 заданного состояния объекта управления, блок функционала качества 5, три сумматора 10, 11, 14, одиннадцать элементов И 17, 18, 20 - 26, 29, 32, два триггера 19, 33, дешифратор 27, генератор импульсов 28, два счетчика 30, 31, два элемента задержки 34, 36 и формирователь импульсов 35. 2 ил.

(19) (И) 98 А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 G 05 В 17- 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 43728 17/24-24 (22) 01.02 ° 88 (46) 15.07.90. Бюл, Р 26 (72) H.B,Íèêîëàåâ, H.Ë.Ïàâëóõèí, В.М.Борисов, 10.К.Кузин

z> В.Г.Гончаров (53) 62.50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

646308, кл. С 05 В 17/00, 1979. (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ НАГРЕВОМ (57) Изобретение относится к технике автоматического управления и может быть использовано в металлургической и химической промышленности. Изобретение решает задачу определения опти2 мального управления для нелинейных объектов на каждом шаге дискретизации, что позволяет повысить точность устройства. Устройство управления нагревом содержит объект управления I, семь блоков памяти 2, 6-9, 15, 16, блок модели объекта управления 3, ге нератор 4 заданного состояния объекта .управления, блок функционала качества

5, три сумматора 1О, 11, 14, одиннадцать элементов И 17, 18, 20-26, 29, 32, два триггера 19, 33, дешифратор

27, генератор импульсов 28, два счетчика 30, 31, два элемента задержки

34, 36 и формирователь импульсов 35.

2 ил.

1578698

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в системах управления нагревом объектами в металлургической

Ь и химической промышленности °

Цель изобретения — повышение.точности устройства,.

На фиг,1 представлена структурная схема устройства управления нагревом; 1О на фиг.2 — структурная схема блока функционала качества.

Устройство управления нагревом (фиг,1) содержит объект управления 1, три выходные координаты которого под-. ключены к первым трем входам первого блока памяти 2, блок модели объекта управления 3, генератор 4 заданного состояния объекта управления 4, блок

5 функционала качества, второй 6, третий 7, четвертый 8 и пятый 9 блоки памяти, первый 10 и второй 11 сумматоры, блок умножения 12, блок 13 фор- мирования обратной величины, третий сумматор 14, шестой 15 и седьмой 16 25 блоки памяти, первый 17 и второй 18 элементы И, первый триггер 19, третий

20, четвертый 21, пятый 22, шестой

2, седьмой 24, восьмой 25 и девятый

26 элементы И, дешифратор 27, генера- о тор 28 импульсов, десятый 29 элемент

И, первый 30 и второй 31 счетчики, одиннадцатый 32 элемент И, второй триггер 33, первый элемент задержки

34, формирователь импульсов 35 и вто35 рой 36 элемент задержки.

Блок. функционала качества (фиг.2) содержит триггер 37, два блока памяти

38 и 39, сумматор 40, квадратор 41 и компаратор 42.

Устройство управления нагревом работает следующим образом.

Модель объекта управления описывается системой обыкновенных дифференциальных уравнений

4 2 х, =a„x, +а< х +а, х +Ъ! и

Ф Ф+ 4

x =a x, +aгРг ар xq

xg=.a3!x!+а!,хг+аззх з а 4 !где х,,х,х — выходы объекта управле->0 ния, определяющие его состояние; а,„я, Ь,, m=1,2, 3; п 1,2, 3 — в общем случае переменные коэффициенты уравнений; — управление, Модель объекта управления 3 используется для прогнозирования состояния

Ae) 1 Г Се> 1 (t +! ) 2 (х цy ("уч ) xg!!! (а+! )J (градиентным методом

re) re- > „3p (t;„)

U (t ) =и (t )-" -- — --- — - Й й, !

+! (е) где x <+(t !+!) — решение дифференциаль- ных уравнений модели объекта управления на интервале времени (t, t;„) при 1-той итерации поиска оптимального управления;

1=1,2 ... — номер итерации при поиске оптимального управления; !" (t;« ) — значение функционала качества при t 1; на 1 — итерации; сФ (t i« ) (е1 частная производная от функционала качества по управлению; шаговый множитель в градиентном методе; — ит рация управления при поиске оптимального управления для интервала времени (;, t,+!); — итерация. управления; при поиске оптимального управления для интервала времени (t <, ;.ц).

6 (;„) — Ю

В качестве оптимального управления для интервала времени (t,, t;,) выби-. рается 1 итерация управления U

=u (t;+, ) 1=1,2,, если значение функционала качества при данном управлении u )(t; !) для момента времени t;« не превышает допустимого значения P! ) (г,,)6 Pдр!!, где

Прогнозированное значение х! (;„), полученное в результате решения модели объекта в ускоренном масштабе времени, используется для определения функционала качества и поиска оптимального управления, Управление определяется итерационным путем из условия минимума функционала качества

1578698 6 объекта 3 и на выходе блока 3 устас ° (5-!) ( навливаются значения х (й;„), =1,2,..., k=1,2,3, т.е. определяется . состояние объекта управления t для

5 момента времени t=t<,! при управлении

Блок 27 вьщает команду, в соответствии с которой в блоке 39 блока функь- 1О ционала качества 5, записывается значение х "2„5 (т, +,). В блоке функционала качества 5 определяется значение функ1

И (5-!) 1 Г ционала качества Р (Г;„) =-р (;„)—

1 5 (5- 1 —...(.„,)) .

Блок 27 вьщает команду "Запись в третий блок памяти", в соответствии с которой 1-итерация функционала качества, вычисленная на предыдущем интервале времени (t;,,t; ) Р (t, ), записывается иэ второго блока памяти

6 в третий блок памяти 7.

Затем блок 27 выдает команду "3aпись во второй блок памяти", в соответствии с которой значение функционала качества t!| (5 (t, +5 ) с выхода а блока 5 передается во второй блок памяти 6. Блок 27 выдает команду "Запись в пятый блок памяти", в соответствии с которой управление u5(t;) записывается в пятый блок памяти 9 иэ четвертого блока памяти 8. В четвертом блоке памяти 8 хранится управление u(5 1(t;, ) =и „ (с;) . с помощью первого сумма-.ора 10 блока умножения

12, второго сумматора 11, блока 13, четвертого блока памяти 8, третьего сумматора 14 o»» e51e)» eTcH j -итерация управления для интервала времени

40 (,. t;„ ) .

45 грешности измерительных датчиков и т.п.

При подаче команды Пуск" импульс с генератора импульсов 28 поступает на второй счетчик (интервалов времени) 31, который вырабатывает сигнал

Цикл . Этот сигнал устанавливает триггер 3 1 в единичное состояние и дает разрешение на прохождение импул са через блок 32 и 29, и производить запись данных x(t; ), i=1,2,...,,K=1,2,3 с объекта уг!рав51ения в первы блок памяти 2, сброс триггера 37 бло ка функционала качества 5, запуск ге нератора 4, запись заданного состояния объекта управлен»»я в блок памяти

38, перезапись u „ (, ) из шестого блока-памяти 15 в седьмой блок памят

16 и в четвертый блок памяти 8, Дешифратор 27 вьщает команду "Пуск модели, го которой запускается модель объекта 3. Модель объекта 3 решается при начальных условиях, определяемых состоянием объекта управления 1 в мо мент времени t= t,, х„„,„„=.хк(г., 5), .К=1,3,3, i=1,2,..., подаваемых на входы блока 3 с выходов первого блок памяти 2 и управления u(t; )=u „ (t; ) подаваемого с выхода шестого блока памяти 1 5. Решение уравнений модели объекта 3 определяет состояние объекта управления 1 х (t; ) для момента времени t=t . Через Ь t — время: ! решения уравнений модели объекта 3 дешифратор команд 27 подает команду Останов!!, в соответствии с которой прекращается решение уравнений. модели объекта и на выходе блока 3 устанавливаются знаЧения x„>(t;). Дешифратор команд 27 вьщает команду "Запись в первый блок памяти", по которой данные с выхода блока 3 поступают в блок 2. С выхода дешифратора 27 поступает команда "Исходной положение", в соответствии с которой модель объ— екта управления 3 возвращается в ис.ходное положение. С выхода дешифратора

27 поступает команда "Пуск модели", по которой начинается решение уравнений модели объекта 3 для интервала времени (t,,t +, ). В качестве начальных условий модели объекта 3 используются результаты решения модели

x „„(t; ) на интервале времени (t;5,t,) и управление Ы (t<Ä) =u ÄT (t;) . Через выдается команда "Останов" с выхода блока 27, в соответствии с которой прекращается решение уравнений модели

Это управление и5(Т;»,) подается на вход блока модели объекта управления 3. Затем блок 27 подает команду

)! !!

Пуск модели, в соответствии с кото. рой решаются уравнения модели объекта управления 3 при начальных условиях х„м„с,!,=х„ (t ) и управлении u =u 5(,+!), Через Д t блок 27 выдает команду !! )!

Останов, в соответствии с которой прекращается решение уравнений модели объекта 3 и на выходе блока 3 устанавливаются значения х„ .!(; !), 1=1,2,..., K=1,2,3, т.е. определяется состояние

1578698 объекта упраВления 1 для момента времени t=t +< при управлении u (t;+, ), Блок 27 выдает команду, в соответствии с которой в блоке, памяти 39 . записывается значение xz>(t;« ), а

3 в девятый блок 38 поступает значение х д„(;+1 ). В блоке 5 определяется эначейие функционала качества

I

Если ф (t;«) < Рд,>д, то срабатывает триггер 37 в блоке функционала качест.— ва 5, который подает запрещающий сигнал в блок 32 и итерационная процедура поиска оптимального управления прекращается, Блок 31 выдает команду "Цикл" и в соответствии .с этой командой устройство управления нагревом переходит 20 к поиску .оптимального управления для интервала времени (t;+,, t;+z)

Если р (t;,)7%t äo,, то поиск оптимального управления для интервала времени (ti 1;+,) продолжается до тех пор,пока не последует команда "Цикл".

Блок 27 выдает команду "Запись в третий блок памяти"; в соответствии с которой в третий блок памяти 7 записывается предыдущее значение (1-1) итерация функционала качества л (j-tI

Р (t;+,) . Блок 27 выдает команду ею

Запись во второй блок памяти", в соответствии с которой во второй блок памяти 6 записывается j-итерация функ- 5 ционала качества Ф (t,). Блок 27

Н выдает команду "Запись в пятый блок

II памяти, в соответствии с которой уп равление и (Г.;,) иэ четвертого блока памяти 8 записывается в пятый блок 40 памяти 9.

Блок 27 выдает команду "Запись в четвертый блок памяти"; в соответствии с которой управление u"(t;«) эаписы- 45 вается в четвертый блок памяти 8, Затем определяется (j+1) — итерация управления для интервала времени ф (t;„-(p (t+,) 50

Это управление с выхода блока 14 через шестой блок памяти 15 подается на вход блока модели объекта 3. Блок

27 подает команду "Пуск модели", в соответствии с которой решаются урав-. нения модели объекта управления 3 при начальных условиях х„„ „„ц=х „„(;) +! и управлении и (t;„) для интервала времени (t;,t„<) и т.д.

Таким образом, изобретение позволяет определить для нелинейных нестационарных объектов оптимальное управление на каждом интервале дискретизации и тем самым повысить точность устройства.

Формула и э обретения

Устройство управления нагревом, содержащее объект управления, три выхода которого подключены соответственно к первым трем информационным входам первого блока памяти, три выхода которого соединены соответственно с тремя входами установки начальных значений блока модели объекта управления, первый, второй и третий выходы блока модели объекта управления.подключены к четвертому, пятому и шестому информационным входам первого блока памяти, второй выход блока модели объекта управления соединен с первым информационным входом блока функционала качества, второй информационный вход которого подключен к выходу генератора заданного состояния объекта управления, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены с второго по седьмой блоки памяти, три сумматора, блок формирования обратной величины, одиннадцать элементов И, два триггера, дешифратор, генератор импульсов, два счетчика, формирователь импульсов и два элемента задержки; причем выход блока функционала качества через второй блок памяти соединен с входом третьего блока памяти и с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу третьего блока памяти, выход четвертого блока памяти подключен к информационному входу пятого блока памяти и к первым входам второго и третьего сумматоров, выход первого сумматора и выход блока формирования обратной величины подключены к входам блока умножения, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, выход которого через шестой блок памяти соединен с информационными входами четвертого и седьмого блоков памяти, а также с входом задания сигнала управления

1578698

I

Составитель В.Пешков

Редактор И.Сегляник Техред М.Дидык Корректор И Муска

Заказ 1917 Тираж 657 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 блока модели объекта управления, выход пятого блока памяти соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого подключен к входу блока

5 формирования обратной величины, выход седьмого блока памяти соединен с входом объекта управления, выходы первого и второго элементов И подключены к управляющим входам шестого бло-1р ка памяти, первые три выхода дешифратора подключены к управляющим входам блока модели объекта управления, выходы с четвертого по десятый дешифратора соединены с первыми входами с третьего по девятый элементов И соответственно„ выходы третьего, четвертого, пятого и шестого элементов

И подключены соответственно к управляющим входам второго, четвертог;, третьего и пятого блоков памяти, выход седьмого элемента И подключен к первым входам первого и второго элементов И и к первому входу первого триггера, выходы разрядов первого 25 счетчика соединены с входами дешифратора, третий выход которого подключен к первому входу второго триггера, выход генератора импульсов подключен к входу второго счетчика, а также к gp . первым входам десятого и одиннадцатого элементов И, вторые входы которых соединены с первым выходом второго счетчика, второй выход которого подключен к входу генератора заданного состояния объекта управления, к первому и второму управляющим входам блока функционала качества, к входу формирователя импульсов, к входу первого элемента задержки, к первому управляющему всходу первого блока памяти и к устайовочному входу первого счетчика, третий выход второго счетчика соединен с вторым входом первого триггера, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, выход формирователя импульсов подключен к входу второго элемента задержки и к второму входу девятого элемента И, выход второго элемента задержки подключен к вторым входам с третьего по восьмой элементов И, выход восьмого элемента И соединен с третьим управляющим входом блока функционала качества, выход. девятого элемента И соединен с вторым управляющим входом второго блока памяти, управляющий выход блока функционала качества соединен с вторым входом второго элемента И и с третьим входом одиннадцатого элемента И, выход которого подключен к второму входу второго триггера, выход которого подключен к третьему входу десятого элемента И, выход которого соединен с входом первого счет-. чика, а выход первого элемента задержки подключен к управляюшему входу седьмого блока памяти.