RU2600024C1 - Method of cascade digital control - Google Patents

Method of cascade digital control Download PDF

Info

Publication number
RU2600024C1
RU2600024C1 RU2015120513/11A RU2015120513A RU2600024C1 RU 2600024 C1 RU2600024 C1 RU 2600024C1 RU 2015120513/11 A RU2015120513/11 A RU 2015120513/11A RU 2015120513 A RU2015120513 A RU 2015120513A RU 2600024 C1 RU2600024 C1 RU 2600024C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
error
internal circuit
control
cascade
component
Prior art date
Application number
RU2015120513/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Рафаилович Тучинский
Сергей Владимирович Тучинский
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Экоресурс"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Экоресурс" filed Critical Закрытое акционерное общество "Экоресурс"
Priority to RU2015120513/11A priority Critical patent/RU2600024C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2600024C1 publication Critical patent/RU2600024C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes; computer engineering.
SUBSTANCE: invention relates to controlling continuous technological processes, particularly inertial objects using computing equipment and can be used in chemical, petrochemical and other industries. Method consists in adjusting integral component of external circuit depending on sliding average value of error module of inner contour, adjusting proportional component depending on direction of change of error, outputting a compensating action to change setting of inner contour, using different discrete intervals for components of control action of internal and external contours of cascade.
EFFECT: higher quality of cascade control of complex inertial objects.
1 cl, 3 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области управления непрерывными технологическими процессами, в частности сложными инерционными объектами, с помощью вычислительных технических средств и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.The invention relates to the field of control of continuous technological processes, in particular complex inertial objects, with the help of computing hardware and can be used in chemical, petrochemical and other industries.

Уровень техникиState of the art

Известен способ каскадного автоматического регулирования, в котором осуществляют стабилизацию вспомогательного и основного параметров с помощью одноконтурных систем регулирования, при нарушении вспомогательным параметром верхнего или нижнего допустимого значения подают с выхода регулятора внутреннего контура на исполнительное устройство управляющее воздействие релейного типа и одновременно отключают управляющее воздействие астатического регулятора внешнего контура, формируют и сохраняют интегральную составляющую этого регулятора на уровне значения средней позиции выходного сигнала регулятора внутреннего контура (патент на изобретение №2127895, 20.03.1999, G05B 13/02).There is a method of cascade automatic control, in which the auxiliary and main parameters are stabilized using single-loop control systems, if the auxiliary parameter violates the upper or lower permissible values, the relay controls the control action from the output of the internal circuit controller and simultaneously turn off the control effect of the external astatic controller contour, form and maintain the integral component of this regulation at a level of the average position value of the output signal of the regulator of the internal circuit (patent for the invention No. 2127895, 03.20.1999, G05B 13/02).

Известный способ реализует фактически «развязанное» регулирование каскада с поочередным управлением по вспомогательной и основной переменной. Для сложных объектов (а именно для таких объектов используют каскадное регулирование) между вспомогательным и основным параметром существует не жесткая связь, а плавающая (из-за различных возмущений) зависимость. Поэтому задать «правильные» допустимые пределы вспомогательного параметра и значение интегральной составляющей основного параметра, как это предусмотрено способом, проблематично. Кроме того, используемая схема регулирования вспомогательного параметра приводит к его значительной статической ошибке, а статическая ошибка вспомогательного параметра не позволяет эффективно устранять статическую ошибку основного параметра. Указанные недостатки известного способа не позволяют обеспечить высокое качество регулирования сложных инерционных объектов.The known method implements actually "untied" the regulation of the cascade with alternate control of the auxiliary and main variable. For complex objects (namely, such objects use cascade control) between the auxiliary and the main parameter there is not a rigid connection, but a floating (due to various disturbances) dependence. Therefore, to set the “correct” permissible limits of the auxiliary parameter and the value of the integral component of the main parameter, as provided by the method, is problematic. In addition, the used control circuit of the auxiliary parameter leads to its significant static error, and the static error of the auxiliary parameter does not allow to effectively eliminate the static error of the main parameter. These disadvantages of the known method do not allow to provide high quality regulation of complex inertial objects.

Известен также способ цифрового управления инерционным объектом путем формирования по сигналу ошибки регулирования Ei пропорциональной Pi=Kn*Ei и интегральной Ri=Ri-1+Ei*h0/Tj составляющих управляющего воздействия, корректировки с дискретностью h1 коэффициента пропорциональной составляющей по формулеAlso known is a method of digital control inertial object by forming the signal control error E i proportional to P i = K n * E i and integrated R i = R i-1 + E i * h 0 / T j constituting manipulated adjusting with steps h 1 coefficient of the proportional component according to the formula

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

изменения с дискретностью h2 постоянной времени интегральной составляющей по формулеchanges with discreteness h 2 the time constant of the integral component according to the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

и прибавления к управляющему воздействию с дискретностью h1 импульсной компенсирующей составляющей с шириной импульса, определяемой пропорционально производной задающего сигнала Y по формуле Sn=D*(Yn-Yn-1)/Uимп (патент на изобретение №2549149, 15.04.2013, G05B 11/00 - прототип).and adding to the control action with discreteness h 1 the pulse compensating component with a pulse width determined in proportion to the derivative of the driving signal Y according to the formula S n = D * (Y n -Y n-1 ) / U imp (patent for invention No. 2549149, 15.04. 2013, G05B 11/00 - prototype).

Недостатком известного способа является невысокое качество регулирования сложных инерционных объектов при использовании в каскадных схемах, так как не учитывает особенности каскадного регулирования.The disadvantage of this method is the low quality control of complex inertial objects when used in cascade circuits, since it does not take into account the features of cascade control.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Цель изобретения - повышение качества каскадного регулирования сложных инерционных объектов.The purpose of the invention is to improve the quality of cascade control of complex inertial objects.

Указанная цель достигается тем, что в отличие от известного технического решения, в предлагаемом способе каскадного цифрового регулирования дополнительно корректируют с дискретностью h1 коэффициент пропорциональной составляющей внутреннего контура в зависимости от значения ошибки Е1 по формулеThis goal is achieved by the fact that, in contrast to the known technical solution, in the proposed method of cascade digital control additionally adjust with discreteness h 1 the coefficient of the proportional component of the internal circuit depending on the value of the error E 1 according to the formula

Figure 00000003
Figure 00000003

с настроечным коэффициентом F, изменяют постоянную времени интегральной составляющей внешнего контура в зависимости от скользящего на задаваемом интервале h2 среднего значения модуля ошибки Е1 внутреннего контура по формулеwith an adjustment factor F, changing the time constant of the integral component of the external contour depending on the moving range given by h 2 mean value error E module internal circuit 1 according to the formula

Figure 00000004
Figure 00000004

Описание чертежейDescription of drawings

Реализация и особенности предлагаемого способа иллюстрируются рисунками.The implementation and features of the proposed method are illustrated by drawings.

Фиг. 1. Схема каскадной системы регулирования.FIG. 1. Scheme of cascade control system.

1 - Объект регулирования1 - Object of regulation

2 - Управляющий контроллер2 - Managing controller

3 - Датчик промежуточной переменной3 - Intermediate Variable Sensor

4 - Сумматор внешнего контура4 - Adder external circuit

5 - Блок сравнения внутреннего контура5 - Block comparing the inner circuit

6 - Блок умножения внутреннего контура6 - Block multiplication of the inner contour

7 - Блок коррекции пропорциональной составляющей внутреннего контура7 - Correction unit of the proportional component of the internal circuit

8 - Интегрирующий блок внутреннего контура8 - Integrating unit of the internal circuit

9 - Блок импульсной компенсации внутреннего контура9 - Block pulse compensation of the internal circuit

10 - Сумматор внутреннего контура10 - Inner circuit adder

11 - Датчик выходной переменной11 - Sensor output variable

12 - Задатчик12 - Setpoint

13 - Блок сравнения внешнего контура13 - Comparison unit of the external circuit

14 - Блок умножения внешнего контура14 - Block multiplication of the outer contour

15 - Интегрирующий блок внешнего контура15 - Integrating unit of the external circuit

16 - Блок коррекции интегральной составляющей внешнего контура16 - Block correction of the integral component of the external circuit

Фиг. 2. Корректировка пропорциональной составляющей внутреннего контура.FIG. 2. Correction of the proportional component of the internal circuit.

Фиг. 3. Импульсная компенсация. FIG. 3. Impulse compensation.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Схема системы, реализующей предлагаемый способ, показана на фиг. 1. Объект регулирования 1 представляет собой сложную динамическую структуру, в которой можно выделить динамическую часть 1а с выходной промежуточной переменной X1. Управляющий контроллер 2 реализует все функциональные блоки системы.A diagram of a system implementing the proposed method is shown in FIG. 1. The object of regulation 1 is a complex dynamic structure in which you can select the dynamic part 1A with the output intermediate variable X 1 . The control controller 2 implements all the functional blocks of the system.

Система работает следующим образом.The system operates as follows.

Контроллер 2 осуществляет цифровое, с интервалом дискретности h0, регулирование промежуточной переменной X1 i (внутренний контур каскада) по замеру от датчика 3 и получаемому заданию Y1 i от сумматора 4. Ошибка регулирования E1 i рассчитывается блоком 5:Controller 2 performs digital, with an interval of discreteness h 0 , regulation of the intermediate variable X 1 i (internal circuit of the cascade) by measurement from sensor 3 and the received reference Y 1 i from adder 4. Regulation error E 1 i is calculated by block 5:

Ε1 i=Y1 i-X1 i,Ε 1 i = Y 1 i -X 1 i ,

где i - номер цикла цифрового регулирования с интервалом дискретности h0.where i is the number of the digital control cycle with a discrete interval h 0 .

С помощью блока 6 определяется пропорциональная составляющая P1 i управляющего воздействия U1 внутреннего контура:Using block 6, the proportional component P 1 i of the control action U 1 of the internal circuit is determined:

P1 i=K1 n*E1 i,P 1 i = K 1 n * E 1 i ,

где K1 n - настроечный коэффициент, корректируемый с помощью блока 7 в n-м цикле с интервалом дискретности h1 (h1≥h0):where K 1 n is the tuning factor, corrected using block 7 in the nth cycle with a sampling interval h 1 (h 1 ≥h 0 ):

Figure 00000005
Figure 00000005

причем настраиваемые константы соответствуют условию M1<М2 (см. фиг. 2). Коэффициент F определяет точку переключения. С помощью блока 8 рассчитывается интегральная составляющая R1 управляющего воздействия внутреннего контура:moreover, custom constants correspond to the condition M 1 <M 2 (see Fig. 2). The coefficient F determines the switching point. Using block 8, the integral component R 1 of the control action of the internal circuit is calculated:

R1 i=R1 i-1+E1 i*h0/T1,R 1 i = R 1 i-1 + E 1 i * h 0 / T 1 ,

где Т1 - настроечная постоянная времени интегрирования. С помощью блока 9 выдается в n-м цикле с интервалом дискретности h1 компенсирующая составляющая управляющего воздействия U1 в виде импульсов следующей длительности (см. фиг. 3):where T 1 - tuning constant of the integration time. Using the block 9 is given in the n-th cycle with an interval of 1 h discreteness compensating component of the manipulated variable U 1 in the form of the following pulse duration (see Figure 3..):

S1 n=D*(Y1 n-Y1 n-1)/Uимп,S 1 n = D * (Y 1 n -Y 1 n-1 ) / U imp ,

где Uимп - уровень импульса как допустимое значение компенсирующего воздействия;where U imp - pulse level as an acceptable value of the compensating effect;

D - настроечный коэффициент, зависящий от динамических свойств объекта 1.D - tuning factor, depending on the dynamic properties of object 1.

Управляющее воздействие внутреннего контура определяется с помощью блока 10:The control action of the internal circuit is determined using block 10:

U1 i=P1 i+R1 i+S1 n.U 1 i = P 1 i + R 1 i + S 1 n .

Контроллер 2 осуществляет цифровое, с интервалом дискретности h0, регулирование выходной переменной X2 i (внешний контур каскада) по замеру от датчика 11 и получаемому заданию Y2 i от задатчика 12. Ошибка регулирования рассчитывается блоком 13:Controller 2 carries out digital, with an interval of discreteness h 0 , regulation of the output variable X 2 i (external cascade circuit) by measurement from the sensor 11 and the received reference Y 2 i from the setter 12. The control error is calculated by block 13:

E2 i=Y2 i-X2 i.E 2 i = Y 2 i -X 2 i .

С помощью блока 14 определяется пропорциональная составляющая управляющего воздействия U2 внешнего контура:Using block 14 determines the proportional component of the control action U 2 of the external circuit:

P2 i=K2*E2 i.P 2 i = K 2 * E 2 i .

С помощью блока 15 рассчитывается интегральная составляющая R2 i управляющего воздействия внешнего контура:Using block 15, the integral component R 2 i of the control action of the external circuit is calculated:

R2 i=R2 i-1+E2 i*h0/T2 i,R 2 i = R 2 i-1 + E 2 i * h 0 / T 2 i ,

где T2 i - постоянная времени интегрирования, корректируемая с помощью блока 16 в i-м цикле в зависимости от скользящего на интервале h2 среднего значения модуля ошибки Е1 внутреннего контура по формуле:where T 2 i is the integration time constant, corrected using block 16 in the i-th cycle, depending on the moving average value of the error modulus E 1 of the internal circuit on the interval h 2 according to the formula:

Figure 00000006
Figure 00000006

причем настраиваемые константы соответствуют условиям: N1<N2, L=h2/h0 - целое число.moreover, custom constants correspond to the conditions: N 1 <N2, L = h 2 / h 0 is an integer.

Управляющее воздействие внешнего контура, являющееся заданием внутреннему контуру, определяется с помощью сумматора 4:The control action of the external circuit, which is the task of the internal circuit, is determined using the adder 4:

Y1 i=P2 i+R2 i.Y 1 i = P 2 i + R 2 i .

Для эффективной работы каскадной схемы регулирования важно, чтобы быстродействие внутреннего контура было по возможности большим при ограниченной колебательности. Увеличение пропорциональной составляющей при возрастании до определенного уровня абсолютного значения ошибки позволяет уменьшить перерегулирования, снизить колебательность внутреннего контура. Импульсная компенсация изменений задающего сигнала внутреннего контура существенно повышает его быстродействие.For the cascade control circuit to work effectively, it is important that the speed of the internal circuit is as large as possible with limited vibration. An increase in the proportional component with an increase to a certain level of the absolute value of the error allows one to reduce overshoots and reduce the oscillation of the internal circuit. Pulse compensation of changes in the driving signal of the internal circuit significantly increases its speed.

Для внешнего контура требуется реализация астатического регулирования, согласуемого с работой внутреннего контура во избежание взаимных раскачиваний. С этой целью корректируется постоянная времени интегральной составляющей внешнего контура в зависимости от скользящего на определенном интервале среднего значения модуля ошибки регулирования внутреннего контура. Увеличение интегральной составляющей внешнего контура при достижении малых значений ошибки внутреннего контура улучшает астатизм системы, снижает время регулирования.For the external circuit, the implementation of astatic regulation is required, which is consistent with the operation of the internal circuit in order to avoid mutual oscillations. For this purpose, the time constant of the integral component of the external circuit is corrected, depending on the average value of the modulus of error of regulation of the internal circuit moving over a certain interval. An increase in the integral component of the external circuit upon reaching small values of the error of the internal circuit improves the system astatism and reduces the regulation time.

Предлагаемое в способе формирование цифровых управляющих воздействий позволяет существенно повысить качественные характеристики каскадного регулирования сложных инерционных объектов, что было подтверждено проведенными испытаниями на различных промышленных объектах (пароперегревательная печь, теплообменник для котлов и др.).The formation of digital control actions proposed in the method allows to significantly improve the qualitative characteristics of cascade control of complex inertial objects, which was confirmed by tests carried out at various industrial facilities (a superheater, a heat exchanger for boilers, etc.).

Для реализации способа может использоваться, например, управляющий контроллер БАЗИС®-21.2ЦУ или другой из серии БАЗИС® производства ЗАО «Экоресурс». Внедрение предлагаемого способа в серийно выпускаемых контроллерах серии БАЗИС® намечено на 2015 год.To implement the method, for example, the BAZIS®-21.2CU control controller or another from the BASIS® series manufactured by Ecoresurs CJSC can be used. Implementation of the proposed method in commercially available BASIS® series controllers is scheduled for 2015.

Claims (1)

Способ каскадного цифрового регулирования путем формирования для внутреннего и внешнего контуров соответственно по сигналу ошибки регулирования Е1, Е2, пропорциональной
Figure 00000007
,
Figure 00000008
и интегральной
Figure 00000009
,
Figure 00000010
составляющих управляющего воздействия, прибавления к управляющему воздействию внутреннего контура с дискретностью h1 импульсной компенсирующей составляющей с шириной импульса, определяемой пропорционально производной задающего сигнала Y1 по формуле
Figure 00000011
с настроечным коэффициентом D и допустимым уровнем импульса Uимп, отличающийся тем, что дополнительно корректируют с дискретностью h1 коэффициент пропорциональной составляющей внутреннего контура в зависимости от значения ошибки Е1 по формуле
Figure 00000012

с настроечным коэффициентом F, изменяют постоянную времени интегральной составляющей внешнего контура в зависимости от скользящего на задаваемом интервале h2 среднего значения модуля ошибки Е1 внутреннего контура по формуле
Figure 00000013
,
где i - номер цикла цифрового регулирования с интервалом дискретности h0,
n - номер цикла цифрового регулирования с интервалом дискретности h1 (h1 > h0). The method of cascading digital regulation by forming for internal and external circuits, respectively, according to the signal of regulation error E 1 , E 2 proportional
Figure 00000007
,
Figure 00000008
and integral
Figure 00000009
,
Figure 00000010
components of the control action, addition to the control action of the internal circuit with discreteness h 1 pulse compensating component with a pulse width determined in proportion to the derivative of the reference signal Y 1 according to the formula
Figure 00000011
with a tuning factor D and an acceptable pulse level U imp , characterized in that it is additionally adjusted with discreteness h 1 the coefficient proportional to the component of the internal circuit depending on the value of the error E 1 according to the formula
Figure 00000012

with the tuning factor F, the time constant of the integral component of the external circuit is changed depending on the average error module E 1 of the internal circuit moving on a given interval h 2 according to the formula
Figure 00000013
,
where i is the number of the cycle of digital regulation with a discrete interval h 0 ,
n is the number of the digital control cycle with a discrete interval h 1 (h 1 > h 0 ).
RU2015120513/11A 2015-05-29 2015-05-29 Method of cascade digital control RU2600024C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015120513/11A RU2600024C1 (en) 2015-05-29 2015-05-29 Method of cascade digital control

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015120513/11A RU2600024C1 (en) 2015-05-29 2015-05-29 Method of cascade digital control

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2600024C1 true RU2600024C1 (en) 2016-10-20

Family

ID=57138643

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015120513/11A RU2600024C1 (en) 2015-05-29 2015-05-29 Method of cascade digital control

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2600024C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4430698A (en) * 1981-08-20 1984-02-07 Harrel, Incorporated Three-mode process control
RU2017196C1 (en) * 1989-05-03 1994-07-30 Институт газа АН Украины Method for control of manufacture object
RU2475797C1 (en) * 2011-09-20 2013-02-20 Владимир Романович Сабанин Monitor unit for extremal controller
RU2549149C2 (en) * 2013-04-15 2015-04-20 Закрытое акционерное общество "Экоресурс" Digital control method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4430698A (en) * 1981-08-20 1984-02-07 Harrel, Incorporated Three-mode process control
RU2017196C1 (en) * 1989-05-03 1994-07-30 Институт газа АН Украины Method for control of manufacture object
RU2475797C1 (en) * 2011-09-20 2013-02-20 Владимир Романович Сабанин Monitor unit for extremal controller
RU2549149C2 (en) * 2013-04-15 2015-04-20 Закрытое акционерное общество "Экоресурс" Digital control method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5899547B2 (en) Electric motor control device
JP4577107B2 (en) Machine position controller
EP2105810A2 (en) Apparatus and method for controlling a system
KR102183548B1 (en) Motor drive device
US20170028521A1 (en) Machine learning device, screw fastening system, and control device thereof
JP2017102617A (en) Correction device, control method of correction device, information processing program, and record medium
JP2009245420A (en) System controller and system control method
RU2600024C1 (en) Method of cascade digital control
JP6346582B2 (en) Control apparatus and control method
WO2019092852A1 (en) Servo control device
KR102415186B1 (en) Control device with adjustable control behavior
JP2009081985A (en) Method of identifying characteristic controlling inertial resonance system and motor controller
Almurib et al. Model predictive control of quadruple tanks system
JPWO2008018496A1 (en) Control method and control apparatus
WO2017085781A1 (en) Temperature control device and temperature control method
JP7069702B2 (en) Control system, control method, control program
CN111752146B (en) Dead time estimation device and test device provided with same
JP7089335B2 (en) Control device
RU2549149C2 (en) Digital control method
JP2018112858A (en) Controller, method for control, and control program
JP7089336B2 (en) Control device
RU2819264C1 (en) Self-tuning robust control system
SU1053248A1 (en) Method of stabilizing rotational speed of electric motor
JP5645784B2 (en) Linear solenoid current control device
RU2541684C1 (en) Feedback system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170530