Система автоматического регулирования для объектов с запаздыванием

Система автоматического регулирования для объектов с запаздыванием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОЫ ЕтЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11)538339 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлеио25.10.74 (21) 2070664/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано05.12.76. Бюллетень № 45 (51) М. Кл.е

Cj 05 В 11/01

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 621.3 (088. 8) (45) Дата опубликования описания 25.03.77 (72) Авторы В. М. Мазуров, Д. И. Малов, В. И. Саломыков, изобРЕтениЯ Л . П. Шершнев, Л. И. Ротенберг и Ю. И. Давыдов (71) Заявитель (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДЛЯ

ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ

Изобретение относится к области автоматического регулирования объектами, имеющими запаздывания в управлении или измерении, и может быть использовано при автоматическом управлении технологическими 5 процессами в химической, металлургической, нефтегазовой промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Известны системы для управления объектами с запаздыванием, содержащие элемент 10 сравнения, выход которого связан со входом регулятора, обьект управления с запаздыванием, модель инерционной части объекта и блок временной задержки, которые включены в обратную связь регулятора (1, 21. 15

Известно также пневматическое устройство, осуществляющее компенсацию запаздывания путем его исключении из характеристического управления замкнутой системы, содержащее регулятор, модель инерционной 20 части объекта и сумматор, положительные и отрицательные камеры которого соединены с входом и выходом звена запаздывания (3).

Однако наличие контура положительной обратной связи в известных системах затруд- 25 няет настройку схемы и может привести к незатухающим колебаниям в замкнутом контуре регулятор-модель, что уменьшает точность и быстродействие регулирования, а наличие модели объекта, состоящей из инерционной части и звена запаздывания, значительно усложняет конструкцию.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является система автоматического регулирования, реализующая способ компенсации запаздывания (4). Эта система содержит элемент сравнения, выход которого связан со входом регулятора, и объект управления.

Однако в этих системах на реальных обьектах, имеющих запаздывание, снять сигналы после звена запаздывания практически невозможно, поэтому такие системы управления в реальных условиях не обеспечивают достаточных точности и быстродействия регулирования.

Цель изобретения — повышение точности работы и быстродействия системы регулирования при управлении обьектами с запаздыванием.

538339

Эта цель достигается тем, что предложенная система содержит сумма .э„первый и второй последовательно сое;.,иненные звенья запаздывания, первый, второй и третий масштабируюшие усилители. Первый вход 5 сумматора связан с выходом регулятора, а выход через первый масштабируюший усилитель — со входом объекта управления. Вход первого звена запаздывания подсоединен к выходу сумматора, а выходы первого и вто- ® рого звеньев запаздывания соответственно через второй и третий масштабируюшие усилители связаны со вторым и третьим входами сумматора.

На чертеже показана блок-схема системы. 5

Она содержит элемент сравнения 1, регулятор 2, объект регулирования 3 с запаздыванием в управлении или измерении, сумматор 4-, первое 5 и второе 6 звенья запаздывания, первый 7, второй 8 и третий 9 мас- З) штабируюшие усилители с коэффициентами со К7 К8 " К9

На чертеже обозначены задающий сигнал

Х, выходной сигнал Х, сигнал U на вы— зад 25 ходе регулятора 2, сигнал U на выходе сумматора 4, сигнал U на выходе масштабирующего усилителя 7 и возмущающее воздействие 7

При действии сутенчатого возмущения 7 на объект регулирования 3 на первом интервале времени à —: 1, 5 (формируется усилителем 7, управляюший сигнал Ы = К (где 7 — запаздывание в объекте). 35

Это обеспечивает формирование управляюшего сигнала в начальный момент времени.

На втором интервале времени 1,5 à —:2 обший коэффициент усиления системы уменьшается в К 1t K раз, за счет

49

8 включения в работу первого звена запаздывания 5 и второго усилителя 8. Это приводит к замедлению нарастания сигнала (, =)(Ä/x+ +к„ ид к,, На трет -:< л интервале времени за счет включения цеп яки запаздывания 6,9 обший коэффициент; o -I IBHHB IIO KBHBJI jj IJ < — U2 уменьшается до величины кт/ ° кв к9

В установившемся режиме коэффициент

1 усиления по каналу 0 — Ог равен т.е.

К / +к к, ; u=u,=1, в о / г

".,o обеспечивает устойчивость замкнутой с .. с темы и обработку выходного сигнала Х с объекта.

1(инамику большинства объектов промышленной технологии можно описать с помошью передаточной функции первого порядка с запаздыванием

-ЮP

w«(y) = к.е / +тр, При этом запаздывание может быть как в управлении (блок переменного запаздывания расположен перед инерционной частью объекта), так и в измерении (блок временного запаздывания расположен за инерционной частью объекта).

Согласно теории оптимального управления объектами с запаздыванием по квадратичному критерию качества

> = J(x (<)QÄ+ я)й„+я() Н)аале о оптимальный закон управления имеет вид о

0Н)=-ЕК X(t)+K„AC%)+JК (О,S)U(f15)3d5, (, где,б Я) — сигнал с выхода интегральной составляющей ПИ вЂ” регулятора, т.e.

О() = ХЯ)

Квазиоптимальный закон управления, близкий к оптимальному (аппроксимация вторым порядком), имеет вид

g<< )=-к„,х(<)- к„jx (t)dt- К,О(1-Г!2)о

-к u(a-с), 8

Закон квазиоптимального управления с помощью членов

K U(4-ã. 2) и К V(t-g) т в учитывает чистое запаздывание в объекте.

Параметры оптимального и квазиоптимального регулятора вычисляются из решения матричного алгебраического уравнения Риккати.

При управлении объектами первого порядка в качестве регулятора 2 используются типовой ПИ-регулятор, а для объекта второго порядка с запаздыванием — ПИД-регуля тор.

В предлагаемой системе автоматического управления использован только сигнал, снятый до звена запаздывания (т.е. с выхода регулятора), что расширяет область практического применения изобретения, так как звенья запаздывания можно выполнять на апериодических звеньях с передаточной функй /,/2.РЕ3

Кроме этого, использование последовательно соединенных звеньев запаздывания с суммарным запаздыванием, равным запаздыванию в объекте управления, позволяет хранить и использовать информацию о предыдушем движении объекта в целях обеспеб чения более высокого качества регулирования.

Это повышает запас устойчивости в замкнутой системе и уменьшает время переходного процесса.

Формула изобретения

Система автоматического регулирования для объектов с запаздыванием, содержащая элемент сравнения, выход которого связан со входом регулятора, и объект управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности работы и быстродействия системы регулирования, она содержит сумматор, первое и второе последовательно соединенные звенья запаздывания, первый, второй и третий масштабирующие усилители, при этом первый вход сумматора связан с выходом регулятора, авыходчерез первый масштабирующий усилитель — co входом объекта управления, вход первого

38339 звена запаздывания подсоединен к выходу сумматора, а выходы первого и второго звеньев запаздывания соответственно через второй и третий масштабирующие усилители свяS заны со вторым и третьим входами сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:.

1. Эрриот П. "Регулирование производст10 венных процессов", изд-во "Энергия", М., 1967 r., стр, 255, рис. 9-12, 9-13.

2. "Труды Х Международного конгресса международной федерации IIo автоматическому управлению". Теория непрерывных систем.

15 Специальные математические проблемы. Издво Академии наук СССР, М., 1961 г., стр.

95-112, рис. 9.

3. Авторское свидетельство СССР № 301689, кл. Q 05 В 17/00, 11.12.

1969 г.

4. Авторское свидетельство СССР

¹ 263016, кл. С 05 В 17/02, 13.09.

1968 г.

Составитель Г. Романенко

Редактор Л. Утехина Техред Н. Андрейчук Корректор В. Куприянов

Заказ. 5720/28 Тираж 1028 Подписное

11КИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4