SU1164660A1 - Automatic control system for objects with time lag - Google Patents

Description

Изобретение относится к системам автоматического управления для объектов с запаздыванием и может быть использовано, в частности, для автоматического управления теплоэнергети- $ ческими процессами теплоэлектростанций в широком диапазоне изменения нагрузки теплоэнергетических агрегатов, когда значительно изменяются основные параметры объекта, которыми являются щ время запаздывания и коэффициент усиления объекта.The invention relates to automatic control systems for objects with delay and can be used, in particular, for automatic control of thermal power processes of thermal power plants in a wide range of load variation of thermal power plants, when the main parameters of the object, which are u delay time and gain object.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия при отработке внешних возмущений, приложенных к вы-,₅ ходу объекта управления и расширение области применения.The purpose of the invention is to improve the accuracy and speed when working on external disturbances applied to you-, ₅ move of the control object and the expansion of the scope.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемой автоматической системы управления; на фиг. 2 - ₂₀ FIG. 1 shows a block diagram of the proposed automatic control system; in fig. 2 - ₂₀

функциональная схема блока подстройки.functional block diagram adjustment.

Система содержит задатчик 1, суммирующий элемент 2, регулятор 3, объект 4 управления, состоящий из ₂₅ опережающего 5 и инерционного 6 звеньев, элемента 7 сравнения, элемента 8 задержки, первой 9 и второй 10 неполных моделей, блока 11 подстройки, корректирующее устройство 12 и датчик₃θ 13 нагрузки.The system contains a setting device 1, a summing element 2, a regulator 3, a control object 4 consisting of ₂₅ leading 5 and inertial 6 links, a comparison element 7, a delay element 8, the first 9 and second 10 partial models, a trimming unit 11, a correction device 12 and load sensor ₃ θ 13.

Блок 11 подстройки состоит из узла 14 компарации;· логического узла 15, блока. 16 усилителей, блока 17 реле и набора 18 резисторов.Block 11 adjustment consists of a node 14 of the comparative; · logical node 15, block. 16 amplifiers, a block of 17 relays and a set of 18 resistors.

Узел 14 компарации состоит из ή ³⁵ компараторов 19₁, 19^,..., 19_п. Логический узел 15 содержит п-1 элементов НЕ 20^, 20₂, ..., 20_п_1 и п-1 элементов И 2Ц, 21₂,..., 21_п--1 . Блок 17 реле состоит из п групп реле 22.,,· ⁴⁰ 22₂ ,. . ., 22„, каждая из которых состоит из к параллельно включенных реле 23^23 2,,..,23(.. Набор 18 резисторов состоит из η резисторных групп 24₁,24₇,..., 24_п из к резисторов каждый .Comparative node 14 consists of ή ³⁵ comparators 19 ₁ , 19 ^, ..., 19 _p . Logic node 15 contains n-1 elements NOT 20 ^, 20 ₂ , ..., 20 _n _1 and n-1 elements AND 2C, 21 ₂ , ..., 21 _n --1. Block 17 of the relay consists of n groups of relays 22. · ⁴⁰ 22 ₂ ,. . ., 22 „, each of which consists of k relays 23 ^ 23 2 ,, .., 23 connected in parallel (.. A set of 18 resistors consists of η resistor groups 24 ₁ , 24 ₇ , ..., 24 _n of k each .

Регулятор 3 реализует пропорционально-интегральный закон регулирования .Regulator 3 implements the proportional-integral control law.

5050

Корректирующее устройство 12 предназначено для форсированной отработки сигнала рассогласования с выхода элемента 7 сравнения, который возникает либо при неадекватности полной 55 модели инерционного звена (последовательно соединенные элемент 8 задержки и первая неполная модель 9 объекта) и инерционного звена 6 объекта 4, либо при возмущении нагрузкой ί_ζ .The correction device 12 is intended for forced testing of the error signal from the output of the comparison element 7, which occurs either with the inadequacy of the complete 55 model of the inertial link (the delay element 8 connected in series and the first partial model 9 of the object) and the inertial link 6 of the object 4, or with load disturbance ί _ζ .

Его первый (информационный) вход подключен к выходу элемента 7 сравнения, второй вход (настроечный) - к четвертому выходу блока 11 подстройки, а выход - к третьему входу суммирующего элемента 2. Корректирующее устройство 12 может быть выполнено, например, как дифференциатор ДО1 ГСП "Каскад” .Its first (informational) input is connected to the output of the comparison element 7, the second input (tuning) to the fourth output of the adjustment block 11, and the output to the third input of the summing element 2. The correction device 12 can be performed, for example, as a differentiator DO1 GSP " Cascade.

На фиг. 1 схематически изображены также регулирующее воздействие х^,-, задающее воздействие х_9д, промежуточная х₃ и основная х регулируемые величины, сигнал х_ос основной обратной связи, соответственно возмущения на входе £₁ и выходе ΐ* опережающего звена 5 и на выходе £^ инерционного звена 6 объекта.FIG. 1 also shows schematically the regulating influence x ^, -, specifying the influence x _9d , intermediate x ₃ and main x controlled variables, the main feedback signal x _os , respectively the disturbance at the input £ ₁ and output ΐ * of the leading link 5 and at the output £ ^ inertial link 6 object.

В основу построения автоматической системы управления для объектов с запаздыванием положен принцип упреждения запаздывания и компенсации инерционности при изменении задания и внутренних возмущениях £₁ путем . оптимизации настройки динамических параметров регулятора и двух неполных модулей объекта соответственно в контурах компенсации и учреждения в широком диапазоне изменения нагрузки с помощью беспоисков,ого алгоритма и формирования сйгнала рассогласования между выходом объекта и модели, обусловленного внешними возмущениями £₂ или неадекватностью модели и объекта.The basis for the construction of an automatic control system for objects with a delay is the principle of anticipation of delay and compensation of inertia when changing a task and internal disturbances £ ₁ by. optimization of tuning dynamic parameters of the regulator and two incomplete modules of the object, respectively, in compensation circuits and institutions in a wide range of load changes using searchless algorithms, and generating a mismatch between the output of the object and the model due to external perturbations of £ ₂ or inadequacy of the model and object.

Изображения сигналов основной обратной связи х_ос, контура компенсации инерционности Х_0С1 и контураImages of signals of the main feedback x _oc , contour of inertia compensation X _0С1 and contour

упреждения запаздывания х_ос anticipation of delay x _os соответ corresponding to ственно равны ,· validly equal, · ^ос ^хрег(р)^оп ^ин ι.^ ax ^x reg (p) ^ op ^ in i v. 0Ι. 0Ι. ^Х0С1 ^х рег (Р )*оп -ι ^X 0C1 ^x reg (P) * op-v ; (И - — Ζ ; (AND - - Ζ ^хос₂ (Р)^_Рег(р)^_0П ^x OS ₂ (P) ^ _R eg (p) ^ _0P

где М_Оп, И_ин - соответственно передаточные функции опережающего и инерционного звена объекта 4.where M _Op , And _in - respectively, the transfer function of the leading and inertial link of the object 4.

Изображения сигналов опережающего и инерционного звеньев 5 и 6 имеют вид Мр1*^хрег(р)™<,„ ·. О)The images of the signals of the leading and inertial links 5 and 6 have the form Mp1 * ^x reg (p) ™ <, „·. ABOUT)

«(Р/еДР/Л,· (О“(R / EDR / L, · (O

Компенсация инерционности имеетInertia compensation has

место при равенстве (1) и (2), чтоplace with equality (1) and (2), that

возможно при условииpossible subject

11646601164660

ΜΜ

инin

νννν

ин.in

Ί ' (6)Ί '(6)

а упреждение запаздывания с минимальной среднеквадратичнойпогрешностью имеет место приand the lag prefetch with the minimum rms error occurs at

' ' ^1,1 '' ^1.1

где М обозначает модель·объекта.where M denotes the model of the object.

Выражения (6) и (7) являются условиями настройки элемента 8 задержки первой и нторой неполных моделей 9 и 10 объекта.Expressions (6) and (7) are conditions for setting the delay element 8 of the first and second incomplete models 9 and 10 of the object.

Если условия (6) и (7). выполняются, то передаточную функцию регулятора 3 можно выбрать так, как если бы процесс не имел запаздывания. Фактически реакция системы будет в этом случае "задержанной’' версией реакции системы без запаздывания. Система будет работать с максимальной скорое- 20 тью и иметь лучшую реакции} (при этом же регуляторе) чем в случае, когда сигналы обратной связи учреждения , запаздывания и компенсации инерционности не используются.If conditions (6) and (7). are performed, then the transfer function of the controller 3 can be chosen as if the process had no delay. In fact, in this case, the system’s response will be a “delayed” version of the system’s response without delay. The system will work with the maximum speed and have a better reaction} (with the same controller) than in the case of the institution feedback, delay, and compensation signals inertia is not used.

Обозначим через з^и передаточные функции замкнутой системы по основной регулируемой величине X соответственно при возмущении заданием и нагрузкой 1₂ . После преобра-30 зований несложно получить следующие выражения:We denote by s ^ and the transfer functions of the closed-loop system with respect to the main regulated quantity X, respectively, when perturbed by a task and a load 1 ₂ . After transformations, it is easy to get the following expressions:

10ten

1515

2525

V/,V /,

%ег^№ол ^к«н% er ^number ol ^to "n

'‘"рег*»*'‘" Reg * "*

ОП НКOP NK

(в,(at,

3535

^Кин -Гр * ^By John -Gr *

рег ’-оп "инreg ’-op" in

^рег^оп _ο~Ζρ^ reg ^ op _ο ~ Ζρ

4040

(9)(9)

инin

ί+νν «/ К регопмкί + νν «/ К regopmk

Для полной инвариантности необхо-. димо, чтобы выполнялось условиеFor full invariance, dimo

(ю)(Yu)

4545

Λ Ξ0Λ Ξ0

илиor

ОтсюдаFrom here

ΚΧ·ΚΧ ·

г ______ 1Mr. ______ 1

νί .. " ,νί .. ",

ЭАEA

-1.-one.

(11,(eleven,

(12,(12,

5050

При использовании в качестве корректирующего устройства дифференциа- 95 тора передаточная функция следующая :When using the differential of the torus as a corrective device, the transfer function is as follows:

V/V /

куku

(13,(13,

Автоматическая система управления для объектов с запаздыванием работает следующим образом.Automatic control system for objects with a delay works as follows.

В установившемся режиме имеет место компенсация инерционности и учреждение-запаздывания. Ошибка регулирования с выхода суммирующего элемента 2:Е=0. Сигнал рассогласования с выхода элемента 7 сравнения находится в пределах.зоны нечувствительности корректирующего устройства 12. Регулируемая величина χ находится в пределах допустимой зоны регулирования.In the steady state, inertia compensation takes place and the institution is retarded. Regulation error from the output of summing element 2: E = 0. The error signal from the output of the element 7 comparison is within the dead zone of the correction device 12. The adjustable value χ is within the allowable control zone.

При изменении х_зд с задатчиками 1 или £, на выходе суммирующего элемента 2 появляется ошибка регулирования, которая отрабатывается регулятором 3 через вторую неполную модель 10 объекта. Через время запаздывания сигнал с выхода первой неполной модели 9 будет иметь одинаковые значения с выходным сигналом объекта 4. Эти сигналы взаимно компенсируются в суммирующем элементе 2. Сигнал на выходе элемента 7 сравнения равен нулю.When x changes with setters _zd 1 or £, the output of the summing element 2 the control error, which worked through the regulator 3 through the second part-model 10 of the object. After the lag time, the signal from the output of the first partial model 9 will have the same values as the output signal of object 4. These signals are mutually compensated in summing element 2. The signal at the output of comparison element 7 is zero.

Второй режим работы системы, связанный с изменением £₂, является более тяжелым, так как при изменении нагрузки объекта 4 сразу изменяет выходную регулируемую величину х. Изменение нагрузки приводит также к изменению параметров объекта (коэффициента усиления, времени разгона и времени запаздывания), которые изменяются примерно обратно пропорционально нагрузке, увеличиваясь с ее уменьшением. При изменении нагрузки датчик 13 вырабатывает соответствующий сигнал в блок 11 подстройки, который по жесткой программе перестраивает параметры регулятора 3, элемента 8 задержки, первой и второй неполных моделей 9 и 10 и корректирующего устройства 12.The second mode of operation of the system, associated with the change in £ ₂ , is more severe, since, as the load of the object 4 changes, it immediately changes the output adjustable quantity x. A change in the load also leads to a change in the parameters of the object (gain, acceleration time and lag time), which change approximately inversely proportional to the load, increasing with its decrease. When the load changes, the sensor 13 generates the corresponding signal in the adjustment block 11, which, using a rigid program, rearranges the parameters of the regulator 3, the delay element 8, the first and second partial models 9 and 10, and the correction device 12.

Корректирующее устройство тем временем форсирует работу системы, формируя соответствующий сигнал, например, пропорциональный первой производной сигнала рассогласования с выхода элемента 7 сравнения, что способствует повышению точности и быстродействия при отработке ί₂. Качество работы системы улучшается примерно в 2 раза.The corrective device, meanwhile, forces the system to work, forming a corresponding signal, for example, proportional to the first derivative of the error signal from the output of the comparison element 7, which contributes to an increase in accuracy and speed in working out ₂ . The quality of the system is improved by about 2 times.

хЛhl

11646601164660

Фиг.11

Фиг. 2FIG. 2

От датчика 12 нагрузкиFrom load sensor 12

Claims (1)

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ, содержащая последовательно соединенные' задатчик, суммирующий элемент и регулятор, подключенный выходом к входу объекта управления, состоящего из последовательно соединенных опережающего звена и инерционного звена, выход инерционного звена подключен к первому входу элемента сравнения, выход опережающего звена объекта через последовательно соединенные элемент задержки и первую неполную' модель объекта подключен к второму входу элемента сравнения и через вторую неполную модель объекта - к второму входу суммирующего элемента, первый выход блока подстройки соединен с вторыми входами первой и второй неполных моделей объекта, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия при отработке внешних возмущений, приложенных к выходу объекта, и расширения области применения, она дополнительно снабжена корректирующим устройством и датчиком нагрузки, причем выход элемента сравнения через корректирующее устройство подключен к третье· му входу суммирующего элемента, четвертый и пятый входа которого соединены соответственно с выходами инерционного звена объекта и первой неполной модели объекта, а выход датчика нагрузки подключен к входу блока подстройки, второй, третий и четвертый выходы которого соединены со·⁴ ответственно с вторыми входами регулятора, элемента задержки й корректирующего устройства.AUTOMATIC CONTROL SYSTEM FOR OBJECTS WITH LATE, containing series-connected 'master, summing element and controller connected by output to the input of control object consisting of series-connected leading link and inertial link, output of inertial link is connected to the first input of the comparison element, output of the leading link through series-connected delay elements and the first incomplete object model is connected to the second input of the comparison element and through the second incomplete The object model is connected to the second input of the summing element, the first output of the trimming block is connected to the second inputs of the first and second partial models of the object, characterized in that, in order to improve accuracy and speed when working on external disturbances applied to the output of the object, and expanding the scope it is additionally equipped with a correction device and a load sensor, the output of the comparison element being connected via a correction device to the third input of the summing element, the fourth and fifth inputs of which connected to the outputs of the inertial component of the object and the first incomplete object model, and the output of the load sensor is connected to the input of the trimming unit, the second, third and fourth outputs of which are connected to · ⁴ responsibly with the second inputs of the regulator, the delay element of the correction device. $и,„ 1164660$ and, „1164660 ι 1164660 2ι 1164660 2