SU980069A1 - Регулирующее устройство - Google Patents

Description

(54) РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относитс  к автоматике и может быть использовано дл  построени  систем регулировани  техническими объектами, характеристики каналов регулировани  которых измен ютс  незначительно; а структурно-г статические свойства неконтролируемых возмущений претерпевают с течением времени существенные изменени .

Известен регул тор, содержащий последовательно соединенные первый блок сравнени , фильтр низкой частоты , пропорционально-интегральный блок (регул тор), второй блок сравнени , модель объекта регулировани  и первый сумматор, выход которого соединен с входом первого блока сравнени , последовательно соединенные экстрапол тор и блок задержки, причем вход экстрапол тора соединен с выходом,пропорционально-интегрального блока, выход блока задержки с входом второго блока сравнени , на один из входов сумматора подаетс  измер емый сигнал регулируемой координаты, заданный сигнал подаетс  на один из входов первого блока сравнени , выход экстрапол тора  вл етс  выходом регул тора t1.

Недостаток этого регул тора заключаетс  в невысокой точности регулировани  вследствие того, что структурно-статические свойства неконтролируемых возмущений измен ютс , а структура и пареилетры регул тора остаютс  неизменными, выбранными в ориентации на определенные свойства возмущений

10

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство, содержащее первую К вторую модели объекта, выходами соединенные соответственно, с первыми

15 входами первого и второго сумматоров , фильтры низкой частоты, первый вход и выход первого фильтра низкой частоты подключены соответственно к выходу первого блока сравнени  и .

20 первому входу первого регул тора, первые входы второго и третьего фильтров НИЗКОЙ частоты соединены соответственно через первый и второй квадраторы с выходами второго и тре25 тьего блоков сравнени , а выходы с первым и вторым входами третьего сумматора, первый вход четвертого фильтра низкой частоты подключен к выходу четвертого блока сравне30 ни , выход первого регул тора соединеН с первьам входом п того блока сравнени , первый вход шестого блока сравнени  подключен через второй регул тор к выходу четвертого фильт ра низкой частоты, а выходы п того и шестого блоков с1Ьавнени  соедииены соответственно с первыми входа ми первой и второй моделей объекта, вторые входы первого и второго сумм торов подключены к первому входу устройства, выход первого сумматора к первым входам первого и второго блоков сравнени , а выход второго сумматора - к первым входам третьего и четвертого блоков сравнени , вторые входы первого, второго, третьего и четвертого блоков сравнени  соединены с вторым входом устройства , первый и второй входы третьего сумматора соединены соответст венно с первыми входами первого и второго блоков делени , а выход с вторыми входами первого и второго блоков делени , первый и второй бло ки умножени , первые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго блоков делени , вторые входы - с первыми входами шестого и п того блоков сравнени , а выходы - с первым и вторым входам четвертого сумматора, выход которог подключен к вторым входам п того и шестого блоков сравнени  2. Недостаток этого регулирующего устройства заключаетс  в невысокой точности регулировани , обусловленной тем, что при неэффективной работе одного из контуров моделировани  снижаетс  качество, регулировани всего регул тора. Плоха  работа одного из контуров может быть вызвана например резкими изменени ми неконт ролируемых возмущений,которые могу привести к нежелательным изменени м режима работы одного из модельных контуров регулировани . Цель изобретени  - повышение точ ности устройства. Указанна  цель достигаетс  тем, что в регулирующее устройство введены первое и второе реле, первый и второй ключи, первый и второй мас штабирующие блоки, блок задани  и седьмой и восьмой блоки сравнени , первые входы, которых подключены к блоку задани , вторые входы - соответственно к выходам второго и,первого блоков делени , выход второго фильтра низкой частоты соединен через первый масштабирующий блок с первым входом первого ключа, выход которого подключен к второму входу третьего фильтра низкой частоты, выход последнего соединен через вто рой масштабирующий блок с первым вх дом второго ключа, выход которого подключен к второму входу второго , фильтра низкой частоты, выход седьмого блока Ьравнени  соединен через первое реле с вторыми входами первой модели объекта, первого фильтра низкой частоты, первого регул тора и второго ключа, а выход восьмого блока сравнени  соединен через второе реле с вторыми входами второй модели объекта, четвертого фильтра низкой частоты и первого ключа. На чертеже приведена функциональна  схема предлагаемого регулирующего устройства. Устройство содержит первый сумматор 1, первый блок 2 сравнение, первый фильтр 3 низкой частоты, содержащий блок 4 сравнени , усилитель 5 с насыщением, интегратор 6, первый регул тор 7, содержащий 1ласштабкрующие блоки 8 и 9, интегратор 10 и сумматор 11, второй блок 12 сравнени . Перва  модель 13 объекта, содержит блок 14 задержки, блок 15 сравнени , масштабирующий блок 16 и интегратор 17, третий блок 18 сравнени , первый квадратор 19, второй фильтр 20 низкой частоты, содержащий блок 21 сравнени , усилитель 22 с насыщением, и интеггэатор 23, первый блок 24 делени , первый блок 25 умножени , первое реле 26, четвертый блок 27 сравнени , первый масштабирующий блок 28, первый ключ 29, блок 30 задани , второй сумматор 31, третий сумматор 32, второе реле 33, п тый блок 34 сравнени , второй ключ 35, второй масштабирующий блок 36, шестой блок 37 сравнени , второй квадратор 38, третий фильтр 39низкой частоты, содержащий блок 40сравнени , усилитель 41 с насыщением , и интегратор 42, второй блок 43 делени , второй блок 44 умножени , четвертый сумматор 45, седьмой блок 46 сравнени , четвертый фильтр 47 низкой частоты, содержащий блок 48 сравнени , усилитель 49 с насыщением и интегратор 50, второй регул тор 51, восьмой блок 52 сравнени . Втора  модель 53 объекта содержит блок 54 задержки, блок 55 сравнени , масштабирующий блок 56, интегратор 57, измер емый выходной сигнал объекта регулировани  (регулируема  координата в момент времени t Y(t), заданный сигнал (задание на регулируемую координату) Y(t) , выходные сигналы соответственно первого и второго модельных контуров регулировани  ) и Y.l(t) , натуральный управл ющий сигнал U(t), управл ющие сигналы соответственно первого и второго модельных контуров регулировани  U (t) и ui(t) . Устройство работает следующим образом . В первом модельном контуре регулировани , состо щем из первого сум матора 1, первого блока 2 сравнени  первого фильтра 3 низкой частоты, первого регул тора 7, п того блока 34 сравнени , и первой модели 13 объекта, вырабатЕлваетс  сигнал о пе вом молельном управлении U(t). Дл  этого ВЫХОДНОЙ сигнал Y(t) объекта управлени  в первом сумматоре 1 сум мируетс  с выходным сигналом первой модели 13 объекта регулировани . В результате на выходе первого суммато ра 1 получаетс  выходной сигнал первого модельного контура регулировани . Сигнал Y(t) поступает на первый блок 2 сравнени , где из него вычитаетс  заданный сигнал Y(t). Полученный сигнал об ошибке регулировани  подаетс  на первый фильтр 3 низкой частоты, который предназначен дл  подавлени  высокочастотной составл ющей сигнала, что повышает точность его дальнейшего преобразован Первый фильтр 3 низкой частоты работает следующим образом. Сигнал об ошибке регулировани  с выхода первого блока 2 сравнени  сравниваетс  с выходным сигналом интегратора б в блоке 4 сравнени . Полученный сигнал усиливаетс  в уси лителе 5 с насыщением и накапливаетс  в интеграторе б. Усилитель 5 с насыщением позвол ет избавитьс  о отдельных больших изменений (выбросов ) сигнала об ошибке регулировани . Выход интегратора б  вл етс .вы ходом фильтра 3 низкой частоты. С выхода интегратора 6 сигнал о сглаженном значении ошибки регулировани  поступает на первый регул тор 7 например с пропорционально-интегральным законом регулировани  - г U t;-f;pAYtt) a(t)dlt, , . где kp, Ки и Ти -настроечные пара метры регул тора;. AY(t) -сглаженное значени ошибки регулирован на момент времени Первый регул тор 7 реализуетс / например с Помощью масштабируквдего блока 8, последовательно соединенны масштабирующего блока 9, интегратора 10 и сумматора 11, второй вход которого через масштабирующий блок 8 соединен с выходом интегратора 6 первого фильтра 3 низкой частоты. Первый регул тор 7 работает следующим образом. Сглаженное значение ошибки регул ровани  u(t) умножаетс  в.масштабирук цих блоках 9 и 8 на соответству щие коэффициенты k и kp. Далее сигнал с выхода масштабирующего бло ка 9 интегрируетс  в интеграторе IG и суммируетс  с выходным сигналом масштабирующего блока 8 в п том сумматоре 11. На выходе п того сумматора получаетс  сигнал об управлении первого модельного контура U(t). Из сигнала U(t) в п тсмл блоке 34 сравнени  вычитаетс  сигнал U(t.) о натуральном управл ющем воздействии на сигнал о полученной разности поступает на вход первой модели 13 объекта регулировани  с передаточной функцией, например вида W( Р ) где К - коэффициент передачи объекта; Т и t --посто нные времени. Сигнал о разности 0(t) и U(t) задерживаетс  в блоке 14 задержки первой модели 13 объекта на врем  , далее сравниваетс  с выходным сигналом интегратора 17 в блоке 15 сравнени , умножаетс  на коэффициент К в масштабирующем блоке 16 и накапливаетс  в интеграторе 17. Выходной сигнал интегратора 17  вл етс  выходным сигналом первой модели 13 объекта. Таким образом, выходной сигнал определ етс  по выражению Y(t)YCt) W(P)).U(tn , в котором используютс  натуральные выходные Y(t) и управл ющие U(t) сигналы и модель объекта регулировани  . Аналогичным образом работает второй модельный контур, составленный из второго сумматора 31, четвертого блока 27 сравнени , четвертого фильтра 47 низкой частоты, второго регул тора 51, ндпример с пропорциональным законом регулировани , шестоrov блока 37 сравнени  и второй модели 53 объекта. Этот контур по сравнению с первым модельным контуром имеет большее быстродействие, так как в нем реализован пропорциональный регул тор. Четвертый фильтр 47 низкой частоты  вл етс  также более быстродействующим. Дл  оценки эффективности модельных контуров регулировани  во втором блоке 12 сравнени  из выходного сигнала Y(t) первого модельного контура регулировани  вычитаетс  заданный сигнал Y(t). Сигнал о полученной ошибке регулировани  возводитс  в квадрат в первом квадраторе 19 и поступает на вход второго фильтра 20 низкой частоты дл  получени  оценки текущего значени  дисперсии ошибки регулировани  D(t). Второй фильтр 20 низкой частоты работает аналогично первому фильтру 3 низкой частоты. . .

То-чно также с помощью третьего блока 18 сравнени , второго квадратора 38 и третьего фильтра 39 .низкой частоты оцениваетс  текуща  дисперси  (t) ошибки регулировани  второго модельного контура регулировани .

На основе.управл ющих сигналов U(t), Ui(t) и дисперсий Di(t), D-(t) ошибок регулировани  первого и второго модельных контуров регулировани , вырабатываетс  натурное управл ющее воздействие U(t), в частности путем взвешенного суммировани  U--(t) и ui,(t) , Дл  этого предварительно рассчитываютс  весовые коэффициенты. Делаетс  это следующим образом.

На входы третьего сумматора 32 поступают сигналы о D;(t) и D(t) с выходов второго и третьего фильтров 20 и 39 низкой частоты. Сигнал о полученной сумме подаетс  на выхода первого и второго блоков 24 и 43 делени . На вход первого блока

24делени  подаетс  также сигнал о D(t), а на.вход .второго блока 43 делени  - D-(t), На выходе первого блока 24 делени  получаетс  сигнал о весовом коэффициенте ci3(t) при управл ющем воздействии U(ti , а на выходе второго блока делени  43 о весовом коэффициенте ) при управл ющем воздействии Ul(t).

сигнал о o6-(t) с выхода второго блока 43 делени  подаетс  на один из входов второго блока 44 умножени  - на другой вход которого постпает сигнал о U(t) с выхода первог регул тора 7. На вход первого блока

25умножени  подаютс  сигналы oLU (t) с первого блока 24 делени  и u(t) с второго регул тора 51. Выходные сигналы первого и второго блоков

25 и 44 умножени  суммируютс  в четвертом сумматоре 45 и в результате получаетс  сигнал о натуральном управлении

(jcU--df(i:)-u(t}+d-(),

,,

Сигнал о нату.ральном управл ющем водействии U(t) подаетс  на входы п д-ого и шестого блоков .34 и 37 сравнени  и на объект регулировани .

При неэффективной работе одного из КОНТУ.РОВ, когда d (t) . или .oi (t) меньше заданной величины об, равной , в частности 0,2 необходимо дл  улучшени  качества регулировани  сменить режим работы неэффективно

работающего модельного контура регулировани . Дл  этого сигналы о весовых коэффициентах dL (t) их ot- (t) с выходов первого и второго блоков 24 и 43 делени  сравнив.аютс  в седьмом и восьмом блоках 46 и 52 сравнени  соответственно с заданной величиной oL. Если, например otU (t) меньше заданной величины, то с выхода второго реле 33 сигнал 0 поступает на вторые входы интегра- „. торов 50 и 57 соответственно четвертого фильтра 47 низкой частоты и второй модели 53 объекта. В результате дальнейшее интегрирование нач-и5 наетс  с заданного начального значени  сигнала, например с нул . Сигнал с выхода второго реле 33 поступает на первый ключ 29 и величина oMt) умноженна  на заданный коэф0 . фициент, например 1,5 в первом масштабирующем блоке 28 поступает в интегратор 42 третьего фильтра 39 низкой частоты в качестве заданного начального значени  сигнала. Таким об5 разомг второй модельный контур начинает работу с новых начальных условий соответствующих натурному режиму управлени . Аналогично если ) меньше cL, то по сигналу первого реЛе 26 мен ютс  на .чальные услови  интеграторов 6, 10 и 17 соответственно первого фильтра 3 низкой частоты, первого регул тора 7 и первой модели 13 объекта. 5 Сигнал о выходе первого реле 26 вызывает замыкание второго ключа 35 и сигнал D-i (t) умноженный, например на коэффициент 1,5 во втором масштабирующем блоке 36 поступает в качестве начального значени  в интегратор 23 второго фильтра 20 низкой частоты.

В результате в неэффективно работающий контур ввод тс  новые на5 .чальные услови ; что позвол ет устранить эффекты отрицательных управл ющих воздействий.

Использование предлагаемого изоб ретени  дает возможность повысить точность воспроизведени  задани  за счет смены режимов в неэффективно работающих модельных контурах регулировани . Результаты моделировани  показывают, что при существенно нестационарных неконтролируемых возмущени х, особенно при их резких изменени х, использование предлагаемого регул тора повышает точность воспроизведени  задани  в среднем на 5% за счет смены режимов работы 0 модельных контуров.

Claims (2)

1.Авторское.свидетельство СССР по за вке 2877791/18-24,

кл. G 05 В 13/02.

2.Авторское свидетельство СССР по за вке 2961396/18-24,

кл. G 05 В 13/02, (прототип).