Регулятор
Иллюстрации
Реферат
О П И С А Н И Е (>>>90751
КЗОБРЕТЕИ ИЯ
Союз Советсиих
Социапистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21.07.80 (2 I ) 2961397/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет—
Опубликовано 23.02.82. Бюллетень № 7
Дата опубликования описания 23.02.82 (5!)М. Кл.
G 05 В 11/02
3Ъеударстмнный комитат
СССР ао аелаи нзабретеннй н открытнй (53) УДК62«50 (088.8) С. В. Емельянов, B. П. Авдеев, С. К. Коровин,, Л. П. Мышпяев, В. И. Соновьев, С. Ф. Киселе
Б. И. Колокопьцов, Ю. H. Марченко и С. А. К рЩов: (1
Сибирский металлургический институт им. СергоОрджоникидзе (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) РЕГУЛЯТОР ч р> = — "(е и>р>-uu(p>) Изобретение относится к области ав: томатического управления и регупирования и может быть использовано дпя построения систем управления, содержащих значительные запаздывания и подверженных влиянию контролируемых и неконтролируемых возмущений, характеристики которыхх изменяются на и нте рва пе времени запаздывания. г
Предполагается, что динамика объекта достаточно хорошо аппроксимируется oneIO ратором коэффициент усиления К и время запаз15 дывания которого незначительно изменяются в течение дпитепьности переходного процесса, где U(P) и В®«регу. пируюшие воздействия и контролируемые возмушения. Примером такого рода объектов служат различного рода проточные аппараты (емкости) с притоком материалов, расход которых изменяется с запаздыванием и стоком материалов из этих емкостей.
Цепью управления является обеспечение инвариантности регулируемой координаты от контроцируемых и неконтролируемых внешних воздействий.
Известны регуляторы с косвенным измерением возмущений, включающие обрат ные модели объектов регулирования, блоки задержки, экстрапопяторы и блоки сравнения $1).
Такие регуляторы не обеспечивают высокой точности регулирования из-за того, что в них не учитываются в явном виде контролируемые возмущения и необходимость фиксирования начальных условий при обращении оператора интегрирования.
Наиболее близким к предлагаемому является регулятор, содержащий поспедова тельно соединенные первый блок сравнения, первый фильтр низкой частоты, пролорционааьно-интегральный блок, второй блок сравнении, модель объекта регупиро вания и первый сумматор, выход которого
3 90751 соединен с входом первого блока сравнения, перый экстрапопятор и первый бнок задержки, выходом подключенный к друго= му входу второго бпока сравнения 2), Недостаток этого регулятора закпючается в невысокой точности регупирования„ что обусповпено спедуюшнми факторами: в явном виде не учитываются контропируемые возмушения; не учитывается разность между прогнозируемыми моде н фактическими реапизованными управпенпями на интервапе времени запаздывания, что дпя объектов, содержащих интегрирующие звенья, приводит к понижению точности ре= >> гу пи рова ни я. . цепь изобретения — повышение точности регулирования.
Поставаенная пень достигается тем, что в регупятор, содержащий поспедовательно соединенные первый бпок сравнения, первый фипьтр низкой частоты, пропорпионапьно-интегральный бпок, второй бпок сравнения, модепь объекта регуниро«вания и первый сумматор„выход которого соединен с входом первого блока сравнения, первый экстрапопятор и первый бпок задержки, выходом подкшоченный к другому входу второго бпока сравнения, 30 введены поспедоватепьно соединенные второй фипьтр низкой частоты, Масштабнрую1 ший бпок и третий блок сравнения, третий фипьтр низкой частоты, второй сумматор, третий сумматор, второй и третий экстрапопяторы, четвертый сумматор, чет- 5 вертый бпок сравнения и второй бпок задержки, причем выход масштабируюшего бпока подкпючен к входам третьего экстрапопятора, первый выход которого соединен с первым входом второго сумматора, а остапьные - с соответствуюшими первыми входами четвертого сумматора, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами . четвертого бпока сравнения, выходами подкпючен- 5 ного к соответствующим входам третьего сумматора, к поспеднему входу которого подсоединен выход второго сумматора, соединенного вторым входом с выходом первого экстрапопятора, вход которого соединен с выходом третьего бпока сравнения, выход которого через второй экстрапопятор подключен к вторым входам четвертого сумматора, выход нропорпионапьно-интеграпьного бпока подкпючен к вхоЬу третьего фипьтра низкой частоты, выход которого соединен с одним из входов третьего бпока сравнения, выход тре1 4 тьего сумматора соединен с входом первого бпока задержки и со вторым входом четвертого бпока сравнения, а через вто рой бпок задержки - с соответствуюшими третьими входами четвертого бпока сравнения.
На фиг. 1 приведена бпок-схема предпагаемого регулятора; на фиг. 2 - реапизация его управпяюших воздействий.
Обозначения: (+) - измеряемый выходной сигнап объекта управления (регупируемая координата) в момент времени 1; 3 (Ц- заданный сигнап (задание на регу пируемую координ. ту): (Р){Ц вЂ” измеряемый сигнап о внешнем возмущении;
U(f) - управпяюший сигнап; О® — фактически реапизованное управпение; Ц (gИ модельное управнение; U ()-приведенное пР модепьное спрогнозированное управпение;
Ц ®- приведенное модепьное экстрапоПР9 пированное управпение; t — текушее время.
Регупятор содержит первый сумматор
1, первый бпок 2 сравнения, модель 3 объекта регулирования, первый фипьтр 4 низкой частоты, пролорпионапьно-интеграпьный блок 5, второй бпок 6 сравнения, третий фипьтр 7 низкой частоты, третий бпок 8 сравнения, первый блок 9 задержки, первый BKGTpGBGUHTop 1 О, второй сумматор 11, третий сумматор 12, второй фипьтр 13 низкой частоты, масштабирующий бпок 14, третий экстрапопятор
15 в количестве И + 1 (И = 10-20) с 16 по И+ 16, второй экстрапопятор n+ 17 в копичестве с И + 18 по 2И+17, четвертый сумматор 2 И+18 в копичестве с 2И +19 по 31+18, четвертый блок
3 И+ 19 сравнения в количестве с ЗИ+
+20 по 4И+19, второй блох 4И+20 задержки в копичестве р-1 с 4И+21 по
5 È+ 3 9
Регупятор работает спедуюшим образом.
В сумматоре 1 выходной сигнап объекта управпения суммируется с выходным сигнапом моде и 3 объекта регулирования и ь fl по каналу U-У без запаздывания (в рассматриваемом сиучае интегратором) в резупьтате чего попучается выходной сигнап (-И модельного контура регупирования. Сигнап g ®поступает на первый
М блок сравнения, где из него вычитается заданный сигнал 3 ® Полученный сигнал поступает на первый фипьтр 4 низкой частоты, в котором подавляется высокочастотная составпяюшая сигнапа, что повышает точность его дальнейшего преобразования. С выхода фипьтра 4 сигнап пос)07
511
5 ступает на пропорционапьно-интеграпьный бпок 5 (ПИ-регупятор), на выходе которого попучается улравпяюший сигнап
Q (g-Q) модепьного контура регупирования. Сигнал 0 (<-E) и третьем фипьтре 7 низкой частоты усредняется на ин- о терваце времениЬЬ=- и идет на один из
И входов. третьего бпока 8 сравнения.
Измеряемые сигнацы о внешнем возмущении О) ®) учитываются следующим 0 образом.
Сигнап о внешнем возмущении N ® поступает на второй фильтр 13 низкой частоты, где усредняется на интервапе времени Ы:, и идет на масштабируюший бпок 14, в котором умножается на постоянный коэффициент пересчета возмущающих воздействий и управпения. В третьем блоке 8 сравнения выходной сигнал масштабируюшего бпока 14 вычитается из выходного сигнала третьего фипьтра
7 низкой частоты, в результате чего получается сигнап о приведенном управпении ()" ®, характеризующий эффекты контропируемых возмущений, который экстра- 25 попируется с помощью экстрапопятора 10, например в виде реального форсирующего звена, на интервап времени С + А C.
С выхода масштабируюшего блока 14 сигнал поступает на третий экстраполятор 30
15, где он экстрапопируется на интервалы времени: Г+ЬГ в экстраполяторе 16, С в экстрапопяторе 17, С- Ь С в экстрапопяторе 18, Ь+ 1Кв экстраполяторе 18+
+К и 6 Г в экстрапопяторе И +16. Во
35 втором сумматоре 11 сигнап о экстраполированном модельном управлении 0 (д) суммируется с сигналом, поступающим с экстрапопятора 16. Тем самым экстрапо-пированное приведенное модельное управление пересчитывается на условия экстраполированных на тот же интервап времени контропируемых возмущений, и попучается управце ние () (+ ), Дапее учитывается разность между спрогнозированными модельными () (4) и мч факти чески реа пизова нными управ пениями (на фиг. 2 заштрихованная обпасть).Дпя этого сигнап о U" (Ц поступает с выхода третьего блока 8 сравнения на второй
50 экстрапопятор И+ 17 и экстрапопируется на интервалы времени."Г в экстрапопяторе И+18, C- Ь Г в экстрапопяторе
И+19, Т,-k, в экстрапоцяторе И+19+К и 11 Г в экстраполяторе 2И+17. К полуй Ъ 55 ченным таким образом сигнапам Q (усуммируются в четвертых сумматорах 2 +18 сигнапы с выходов соответствующих третьих экстрапопяторов 15, что в резупьтате дает модепьное спрогнозированное управпение 0 " 3 +», интервапе времени - С- .
Сигнал о фактических управпяюшик воздействиях ()() с выхода третьего сумматора 12 поступает на входы второго бпока 4тт+20 задержки, где задерживается на время 5 Г в блоке 4ln+21 задержки, на время К Г в блоке (4И+21+К) и на время Ч," в блоке 5и+19. Таким образом. запоминается траектория фактических управпений на интервапе времени g+.
B четвертом блоке ЗА+19 сравнения из сигналов о фактических управпениях
Щ), поступающих с выходов второго экстрапопятора 2И+18, вычитаются сигнапы о модельных спрогнозированных управпениях О (Я поступающих с выходов бпока
4И+20 задержки и выхода третьего сумматора 12.
В блоке ЗА+20 сравнения из сигнапа
0 (Я) вычитается сигнап ()(Ц, в бпоке
ЗА+21 сравнения из сигнапа 0 (+-67 )сигнап ОЯ,-БС), в блоке 3 И+21+К из сигнапа g (- (Я)- сигнап U(6-ККС)и в бпоке
4И+19 из сигнапа U (Q+g<)- сигнал
О(т,-С+Ь 6 В третьем сумматоре 12 суммируются сигнапы о попучетшык разностях, поступающие с выхода четвертого бпока ЗА+19 сравнения, а также сиг- нал О (
11. На выходе третьего сумматора 12 попучается сигчап об управпениях ) (1), который через первый. бпок 9 задержки на время а подается на вход второго бпока 6 c çàâíåíèÿ, где вычитается из сигнапа() (+- Ц, поступающего с- выхода пропорционапьно-интегрального блока 5.
Использование предлагаемого регулятора позвопяет повысить точность воспроизведения задания за счет того, что в явном виде учитываются контропируемые возмущения и разность между прогнозируемыми модепьными и фактическими управпениями на интервале времени запаздывания.
Формула изобретения
Регулятор, содержащий последоватепьно соединенные первый блок сравнения, первый фипьтр низкой частоты, пропорционально-интеграпьный блок, второй бпок сравнения, модепь объекта регулирования и первый сумматор, выход которого соединен с входом первого блока сравнения, первый экстраполятор и первый блок за» держки, выходом подкпюченный к другому входу второго бпока сравнения, о т7 9078 я и ч à ю шийся тем, что, с пенью повышении точности регулятора, ои содержит поспедоватепьно соединенные второй фипьтр низкой частоты, масштабирующий бпок и третий бпок сравнения, третий фипьтр низкой частоты, второй сумматор, третий сумматор, второй и третий экстрапопяторы, четвертый сумматор, четвертый блок сравнения и второй блок задержки, причем выход масштабируюшего бпока под«10 кпючен к входам третьего экстрапопятора, первый выход которого соединен с первым входом второго сумматора, а остапьные выходы - с соответствующими первыми входами четвертого сумматора, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами четвертого бпока сравнения, выходами подкпюченного к соответствующим входам третьего сумматора, к последнему входу которого подсоединен выход второго сумматора, соединенного вторым входом с выходом первого экстрапопятора, вход которого соединен с выходом третьего блока сравнения, мход которого через второй экстрапопятор подключен к вторым входам четвертого сумматора, выход пропорпионапьно-интегра ьного бпока подкпючен к входу третьего фипьтра низкой частоты, выход которого соединен. с одним иэ входов третьего блока сравнения, выход третьего сумматора соединен с входом первого блока задержки н со вторым входом четвертого бпока сравнения, а через второй блок задержки - с соответствующими третьими входами четвертого бпока сравнения, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свндетепьство СССР
% 699490, кл. 0 06 В 11/01, 19.06.68.
2. Авторское свндетепьство СССР по заявке l4 2877791/24>. кп. G 05 В 13/02, 1980 (прототип).
Составитель A. Лащев
Редактор В. Данко Техред 3. Фанта
Корректор F. Рошко
Заказ 588/56 Тираж 908 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по депам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Фициап ППП Патент, г. Ужгород, уп. Проектная, 4