SU1303994A1 - Нелинейный адаптивный регул тор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам автоматического управлени  и может быть использовано в системах автоматического регулировани  нестационарными объектами при наличии быстро измен ющихс  мультипликативных помех. Щель изобретени  - повышение точности регулировани . Достижение цели обусловлено тем, что измен етс  контролируема  мультипликативна  помеха и определ етс  ее среднее значение, по которому корректируетс  коэффициент усилени  регул тора. Это позвол ет с упреждением (по возмуш;ению). измен ть настройку регул тора, предотвратить по вление автоколебаний и уменьшить врем  регулировани . Устройство содержит задатчик 1, элемент 2 сравнени , нелинейные звень  5,6, сумматоры 3,4,8, управл емый усилитель 7, интегратор 9, блоки выделени  минималь- § ного 10 и максимального 11 значений с подключенными к ним задатчиками 12, 13, объект 14 управлени , датчик 15 контролируемой мультипликативной помехи , блок 16 оценки среднего значени  и блок 17 «делени . 2 ил.. (Л со о со со со 4

Description

Изобретение относитс  к устройствам автоматического упр влени  и может бЫть использовано в системах автоматического управлени  регулировани  нестационарными объектами при наличии быстро измен ющихс  мультипликативных помех.

Цель изобретени  - повьппение точности регулировани  в услови х быстр измен ющейс  мультипликативной по- мехи.

На фиг.1 представлена структурна  схема устройства; на фиг,2 - структурна  схема объекта управлени .

Устройство содержит задатчик 1, элемент 2 сравнени , первый 3 и вто- р.ой 4 сумматоры, первое 5 и второе 6 нелинейные звень , управл емый усилитель 7, третий сумматор 8, интегратор 9, блоки вьщелени  минимального 10 и максимального 11 значений с подключенными к ним задатчиками нижней 12 и верхней 13 границ управл ющего воздействи , объект 14 управлени , датчик 15 контролируемой мультипликативной помехи, блок 16 оценки среднего значени  и блок 17 делени . Объект управлени  содержит (фиг,2) последовательно соединенные умножитель 18 и динамическое звено 19.

Задатчик через последовательно соединенные элемент 2 сравнени , первое нелинейное звено 5, первый сумматор 3, управл емый усилитель 7, второй сумматор 4, блоки выделени  минимального 10 и максимального 11 значений и объект 14 управлени  подключен к второму входу элемента 2 сравнени , выход которого через последовательно соединенные второе нелиней- ное звено 6, третий сумматор 8 и интегратор 9 подключен к второму входу второго сумматора 4, выход элемента 2 сравнени  подключен также к вторым входам первого 3 и третьего 8 сумма- торов, выход задатчика соединен с первым входом блока 17 делени , выход которого подключен к третьему входу второго сумматора 4, выход датчика 15 контролируемой мультипликативной по- мехи через блок 16 оценки среднего значени  подключен к второму входу блока 17 делени  и к управл ющему входу управл емого усилител  7.

В качестве датчика 15 контролируе- мой мультипликативной помехи j(t) может быть использован, например, серийно выпускаемый датчик влажности ВАК-4. Блок 16 оценки среднего значе

5

13039942

ни  реализуетс  известными техническими средствами.

Устройство работает следующим образом ,

5 Объект 14 управлени  дл  промышленных технологических процессов хорошо аппроксимируетс  передаточной функцивида

-СР

и(Р) - .ё

:Е.РЛ

(1)

К ,- - коэффициент усилени  объекта

oS

14 управлени , K,M((t)};

(2)

Ргто

мI

оператор Лапласа; врем  транспортного запазды- вани ;

посто нна  времени объекта управлени ;

символ математического ожидани  .

При теоретическом синтезе управлени  такими объект эми их инерционностью , как правило, не учитывают и рас- сматривают только в статике, что

позвол ет получить субоптимальные алгоритмы , которые затем дополн ют звень ми, учитывающими инерционность объектов управлени . Однако эти подходы не учитывают динамические особенности объектов управлени .

В известном нелинейном адаптивном регул торе, когда мультипликативное возмущение /t((t) измен етс  медленно по сравнению с динамическими характеристиками объекта, величина |t вычисл етс  косвенно путем вычислени  M{u(t) и определени  от- нощени 

К

(Ц

(3)

Если (t) измен етс  быстрее,чем регул тор успевает ее вычислить , т в этом случае коэффициент усилени  регул тора не успевает отслеживать эти изменени , что может привести по влению автоколебаний или весьма длительному процессу регулировани  Б данном регул торе реализуетс  следующий закон управлени :

1 Т

) Ги аксПРИ U(t) . U(t) { U(t) при (t) U

U(t)

Кр( F

(О) + S(E + (4)

и.

при U(t) i и

где U(t) - входна  координата объекта управлени  (управл ющее воздействие регул тора ) ;

и ,и

ИНН 1

ij - минимальное и максимально

значени  управл ющего воздействи ;

Х -X(t) -сигнал рассогласовани ; X(t) - регулируема  выходна  координата объекта; X - заданное значение регулируемой величины; t - врем ;

M{|4(t) - среднее значение мультипликативной помехи возму- щающего воздействи , rfan- ример влажность, зольност и другие;

Т - посто нна  времени интегрировани ; К - переменный коэффициент услени  регул тора;

F (j ),F (С) - выходна  величина первого и второго нелинейных звеньев соответственно, В элементе 2 сравнени  из сигнала задатчика 1 вычитаетс  выходной сигнал объекта управлени  X(t),«полученный сигнал рассогласовани  поступает на входы первого сумматора 3 и третьего сумматора 8, а также на выходы первог о линейного звена 5 и второго нелинейного звена 6. В перво нелинейном звене 5 происходит преобразование сигнала рассогласовани  по однбму из нелинейных законов, например :

F () ;() е ;

F, (Е) .

(5)

Аналогичное преобразование сигнала производитс  во втором нелинейном звене 6, на выходе которого образуетс  сигнал F (Е). Характеристики нелинёй-45 ных звеньев могут выбиратьс  независимо . Таким образом, выходной сигнал с линейного звена 5 суммируетс  с сигналом рассогласовани  на сумматоре 3.50

Выходной сигнал сумматора 3 усиливаетс  управл емым усилителем 7 и подаетс  на первый вход второго сумматора 4, на второй вход которого по- 55 даетс  сигнал с интегратора 9. На вход последнего подаетс  суммарный сигнал с третьего сумматора 8, на входы которого поступают сигналы с

,

f

0 5 0 5

0

5 0

5

элемента 2 сравнени  и второго нелинейного звена 6.

На сумматоре 4 образуетс  суммар- .ный сигнал, который через блоки выделени  минимального 10 и максимального 1 1 значений подаетс  на вход объекта 14 управлени .

Следовательно,- в регул торе реализуетс  нелинейньй ПИ-закон управлени . Характеристики нелинейных законов определ ютс  типом нелинейного звена, который выбираетс  исход  из динамических свойств объекта регулировани . При малых значени х сигнала рассоглас овани  величины на выходах нелинейных звеньев 5 и 6- малы (или равны нулю) по сравнению с величиной рассогласовани  на выходе звена 2 сравнени  и не оказывают вли ни  на работу регул тора. При увеличении сигнала рассогласовани  на выходе элемента 2 сравнени  величина сигнала на выходах нелинейных звеньев 5 и 6 начинает расти быстрее, чем сигнал рассогласовани , что приводит к интенсивному изменению выходной величины регул тора U(t) и быстрому устранению по вившегос  возмущени  в объекте регулировани  .

Коэффициент усилени  управл емого усилител  7 выбираетс  из услови  отсутстви  автоколебаний в установившемс  режиме, а параметры интегрирующего звена выбираютс  из услови  отсутстви  перерегулировани  при больших значени х сигнала рассогласовани .

В процессе работы коэффициент усилени  объекта регулировани  может измен тьс  в широких пределах, поэтому необходимо кор ектировать коэффициент усилени  регулитора в зависимости от изменений коэффициента усилени  объекта регулировани . Кроме того, при быстро измен ющейс  мультипликативной помехе необходимо скомпенсировать выходную координату объекта управлени  по возмущению. Дл  этого датчиком 15 возмущающего воздействи  измер ют помеху ((t) и в блоке 16 оценки сред-, него значени  определ ют ее среднее значение.

в св зи с тем, что помеха мультипликативна , т. е.

K(x(t) (t)}-M{Kt)} , (6)

где М - знак математического ожидани 

соответствующей переменной, а в статической системе

K{x(t)|

поэтому

M{f(t)}

3 (7)

К

об

(8)

X

M(U(t)

где К с - коэффициент усилени  объекта

Выходной сигнал с блока 16 оценки среднего значени  подаетс  на управл ющий вход управл емого усилител  7 и измен ет его коэффициент усилени  таким образом, что большему значению коэффициента усилени  объекта регулировани  соответствует меньший коэффи- 1щент усилени  регул тора (усилител  7) и наоборот, т.е.

К - К„,- К„ , (9)

где К - коэффициент усилени  разомкнутой системы регулировани .

Така  коррекци  коэффициента усилени  регул тора позвол ет поддерживать высокую точность работы регул тора при широком диапазоне изменений

20 Технико-экономическим преимуще твом данного регул тора  вл етс  более высока  точность управлени  счет того, что измер етс  возмущаю щее воздействие (помеха) /Ч (t) дат

коэффициента усилени  объекта регули-25 ком 15 и определ етс  его среднее

ровани . Это позвол ет избегать автоколебаний в установившемс  режиме,

Благодар  включению интегратора 9 в разрыв цепи между элементом 2 сравзначение в блоке 16, по которому ректируетс  коэффициент усилени  гул тора Кр (усилитель 7), что по вол ет с упреждением (по возмущен

значение в блоке 16, по которому корректируетс  коэффициент усилени  регул тора Кр (усилитель 7), что позвол ет с упреждением (по возмущению)

нени  и сумматором 8 врем  интегриро- о изменить коэффициент усилени  регул вани  не зависит от начальных условии следовательно, врем  адаптации не зависит от величины сигнала на выходе блока 16 оценки ср еднего значени  в момент t О, равного м{|Ч(о)} . Это обеспечивает снижение времени адаптации коэффициента усилени , что ведет к повьшению точности регулировани .

Выходной сигнал блока 17 делени , равный

и,

, (t)J

(10)

подаетс  на третий вход второго сумматора 4 и, соответственно, по возму- щению измен ет величину сигнала U управл ющего воздействи .

Таким образом, помеха ((t) (возмущающее воздействие) компенсируетс  по возмущению (по пр мому каналу) сигналом с выхода блока 17 делени , а по отклонению устран етс  вли ние шумов и других неконтролируемых изменений в объекте сигналом с выходов интегратора 9 и усилител  7.

При автоматическом регулировании реальных промьгашенных объектов имеетс  необходимость в ограничени х управл ющего воздействи , причем вели

39946

чина ограничени  может измен тьс  в зависимости от условий работы, режима и т.п. (например., при автоматизации сушильных установок на углеобога тйтельных фабриках необходимо строго ограничивать температуру сушильного агента во избежание взрыва, пережога и т.п., а также следить за нижним пределом температуры, не допуска  ее

fO снижени  до температуры точки росы во избежание выпадани  влаги. Наличие блоков выделени  минимального 10 и максимального 11 значений управл ющего воздействи  с соответствующими

15 задатчиками 12 и 13 обеспечивают ограничение управл ющего воздействи  в заданных границах, что повьпдает точность и надежность регулировани .

Технико-экономическим преимуществом данного регул тора  вл етс  более высока  точность управлени  за счет того, что измер етс  возмущающее воздействие (помеха) /Ч (t) датчиком 15 и определ етс  его среднее

значение в блоке 16, по которому корректируетс  коэффициент усилени  регул тора Кр (усилитель 7), что позвол ет с упреждением (по возмущению)

изменить коэффициент усилени  регул тора , а также предотвратить по вление автоколебаний и большие времена регулировани  при быстро мен ющихс  мультипликативных возмущающих воздейс.тви-  х (помехах); более высока  точность управлени  за счет того, что по измеренному среднему значению (t)} определ етс  на блоке 17 делени  сос - тавл юща  величины управл ющего воздействи  и по возмущению, т.е. регу0

0

5

, по возмущению, л тор представл ет собой комбинацию управл ющих воздействий по отклонению и по возмущению, что увеличивает точность регулировани  при быстро измен ющихс  возмущающих воздействи х.

Ф ормула изобретени 

Нелинейный адаптивный регул тор, содержащий задатчик, выход которого через последовательно соединенные . элемент сравненрг , первое нелинейное звено, первый сз мматор, управл емый

усилитель, второй сумматор, блок 5 выделени  минимального значени , блок выделени  максимального значени  и объект управлени  подключен к второму входу элемента сравнени , выход кото- poi o через последовательно соединенное второе нелинейное звено, третий сумматор и интегратор подключен к второму входу второго сумматора, выход элемента сравнени  также подключен к вторым входам первого и третье го сумматоров, выход задатчика соеди нен с первым входом блока делени , второй вход которого соединен с выходом блока оценки среднего значени , а вторые входы блоков вьщелени  мини мального и максимального значений

3039948

подключены соответственно к задатчи- кам нижней и верхней границ управл ющего воздействи , отличающий- с   тем, что, с целью .повьшени  точ- 5 ности регулировани , введен датчик контролируемой мультипликативной помехи , выход которого через блок оценки среднего значени  соединен с управл ющим входом управл емого усилител ,

to а выход блока делени  соединен с третьим входом второго сумматора.

и

x/ij;

Редактор М.Петрова

Составитель В.Пешков Техред И.Попович

Заказ И 310/48

да

Тираж 864Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие.г ужгородГул проёктна ГГ

Фиг. г

Корректор С.Шекмар

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Нелинейный адаптивный регулятор, содержащий задатчик, выход которого через последовательно соединенные элемент сравнения,'первое нелинейное звено, первый сумматор, управляемый усилитель, второй сумматор, блок выделения минимального значения, блок выделения максимального значения и объект управления подключен к второму входу элемента сравнения, выход которого через последовательно соединен ное второе нелинейное звено, третий сумматор и интегратор подключен к второму входу второго сумматора, выход элемента сравнения также подключен к вторым входам первого и третье- 5 го сумматоров, выход задатчика соединен с первым входом блока деления, второй вход которого соединен с выходом блока оценки среднего значения, а вторые входы блоков выделения мини- 10 мального и максимального значений

   1303994 8 подключены соответственно к задатчикам нижней и верхней границ управляющего воздействия, отличающий с я тем, что, с целью .повышения точности регулирования, введен датчик контролируемой мультипликативной помехи, выход которого через блок оценки среднего значения соединен с управляющим входом управляемого усилителя, а выход блока деления соединен с третьим входом второго сумматора.