SU1173390A1 - Самонастраивающа с система автоматического управлени дл объектов с запаздыванием - Google Patents

Abstract

САМОНАСТРАИВАЩАЯСЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ, содержаща  обратную модель объекта без запаздывани , последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, дифференциатор, функциональный преобразователь , релейный элемент. ключ, второй сумматор, усилитель, регул тор, блок умножени , третий сумматор и объект управлени , выход регул тора соединен со вторым входом -третьего сумматора, выход первого сумматора соединен со вторыми входами второго сумматора, функционального преобразовател  и ключа, а второй вход блока умножени  соединен с выходом первого интегратора, вход которого соединен с выходом блока знакового умножени , отличающа с  тем, что, с целью повьшени  точI ности системы, она содержит последовательно соединенные блок коррек (Л ции, четвертый сумматор, второй с интегратор и п тьй сумматор, второй вход которого соединен с выходом .объекта управлени , а выход через Обратную модель объекта без запаздывани  соединен со вторыми входами первого и четвертого сумматоров, первый вход блока знакового умносо , жени  соединен с выходом четвертого 00 со сумматора, а второй вход -- с выхо-дом регул тора и входом блока кор рекции.

Description

Изобретение относитс  к самонастраивающимс  системам управлени  и может быть использовано в системах азтоматического управлени  объектами с переменными параметрами и запаздыванием в химико-фармацевтической , микробиологической, пищевой , химической и других отрасл х промьгашенности. Известна система автоматического управлени  дл  нестационарных объек тов, содержаща  основной контур управлени , который включает измеритель сигнала рассогласовани , на первый вход которого подаетс  сигна задани , а на второй - инвертированный сигнал с выхода объекта через параллельное корректирукмцее зве но, последовательное корректирующее звено, вход которого соединен с выходом измерител  рассогласовани , а выход подключен к первому входу блока умножени  и к входу первого сумматора, другой вход которого сое динен с выходом блока умножени , вы ход первого сумматора подключен к входу объекта управлени , и дополни тельный контур управлени , включающий модель-эталон, на вход которой подаетс  сигнал с выхода последовательдо корректирующего звена, выход модели подключен к .первому входу второго сумматора, на второй вход к торюго поступает инвертированный сигнал с выхода объекта управлени  через звено согласующее выход объек та управлени  с выходом модели, и блок настройки, один вход которого соединен с выходом второго сумматор а другой вход - с выходом последова тельного корректирукнцего звена, вых блока подстройки подключен к второму входу блока умножени  основного контура системы 1, Недостатком этой системы  вл етс  то, что в услови х нестабильности параметров динамических свойств объекта управлени  с измен ющимс  во времени запаздыванием качество у равлени  резко снижаетс , поскольку операторы блоков дополнительного кон тура управлени  системы  вл ютс  ли нейными и стационарными. Известен регул тор дл  объектов с переменным запаздьшанием, содержа щий последовательно соединенные бло задани , первый сумматор и первый блок согласовани , ВЬРСОД которого подключен к первому входу второго сумматора, третий сумматор, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым блоком формировани  установки и выходом второго блока согласовани , дифференциатор и второй блок формировани  уставки, подключенные соответственно к первому и второму входам четвертого сумматора , переключатель, первый вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого сумматора и со вторым входом второго сумматора , выход которого подключен к интегратору , а также содержащий первый и второй блоки определени  модул , первый и второй релейные элементы и инерционное звено, вход, первый и второй выходы которого соединены соответственно с выходом первого сумматора, входами первого и второго блоков определени  модул , выходы которого подключены к входу второго блока согласовани  к третьему входу третьего сумматора , выход которого через первый релейньА элемент подключен к входу дифференциатора, а выход четвертого сумматора через второй релейный элемент соединен с вторым входом переключател  2, Однако использование этого регул тора в системе дл  управлени  . инерционными объектами, характеризующимис  нар ду с переменным чистым запаздыванием нестабильностью других параметров (коэффициента усилени , посто нных времени,приводит к снижению точности управлени . Наиболее близкой к предлагаемой  вл етс  самонастраивающа с  систе 1а автоматического управлени  дл  объектов с запаздыванием, содержаща  обратную модель объекта, последовательно соединенные задатчик , первый сумматор, дифференциатор , функциональный преобразователь , релейный элемент, ключ, второй сумматор, усилитель, регул тор, блок умножени , третий сумматор, подключенный выходом к входу объекта управлени , и последовательно соединенные блок знакового умножени  и первый интегратор, подключенный выходом к второму входу блока умножени , соединенного входом с вторым входом третьего сумматора выход первого сумматора подключен к второму входу второго сумматора, к второму входу функционального пре образовател  и к второму входу ключа СЗ. Недостаток известной системы дл  управлени  нестационарным объектом с измен ющимс  запаздыванием заключаетс  в невозможности точной реализации обратной модели объекта управлени , причем включение в контур системы, реализующий обратную модель, звена с посто нным запаздыванием вследствие повьшенной чувствительности системы к отклонению запаздывани  от расчетного приводит к снижению точности управлени  Цель изобретени  - повьпиение точности системы. Цель достигаетс  тем, что самонастраивающа с  система автоматического управлени  дл  объектов с запаздыванием содержит последовательно соединенные блок коррекции, четвертый сумматор, второй интегратор и п тый сумматор, подключенный вторым входом к выходу объекта управлени , а выход - к входу обратной модели объекта, выход которой подключен к вторым входам перво го и четвертого сумматора, выход которого подключен к первому входу блока знакового умножени , соединен ного вторым входом с выходом регул тора и входом блока согласовани  На. чертеже изображена блок-схема системы. На схеме обозначены задатчик 1 , первый сумматор 2, обратна  модель 3 объекта, второй сумматор 4, объек управлени  5, второй интегратор 6, третий сумматор 7, блок 8 коррекции регул тор 9, п тый сумматор 10, блок умножени  11, первый интегратор . 12, блок 13 знакового- умножени , четвертый сумматор 14, дифференциатор 15, функциональньй преобразователь 16, релейный элемент 17, .ключ 18, усилитель 19 и f возмущающее воздействие. Передаточна  функци  обратной модели 3 объекта формируетс  следую щим образом. Пусть объект управлени  имеет пе редаточную функцию и ( Р) / , Wlpj Q- /у е () (1) 04 Обратна  модель инерционной част« объекта управлени  без запаздывани  имеет передаточную функцию Vp)l74 1 i(p) котора  практ 1чески нереализуема. Заменим ее функцией вида nj;) в,(р) где r n-m+l Выбором г обеспечиваетс  реализуемость передаточной функции f3 J, Компенсаци  действи  на работу системы параметрических возмущений объекта управлени  и внешних возмущений обеспечиваетс  следующим образом. Введем обратную модель без запаздывани , имеющую передаточную функцию (3), в цепь обратной св зи системы управлени . Тогда передаточна  функци  участка вход объекта управлени  - вход первого сумматора пример вид (операторы ) Р S(p) предполагаютс  квазистационар . р) ,)ГР W,.«(p)W;,(pl - --- g n.(P)3a(p)3,(P) Ввод в систему блока 8 с оператором S..(p), имеющим пор док выше или равным избытку полюсов объекта управлени  над его нул ми, позвол ет избежать получени  производных высоких пор дков при реализации обратной модели объекта и обеспечивает получение сигнала рассогласовани  между объектом управлени  и его.моделью. Из (4 ) видно, что динамика эквивалентного объекта определ етс  запаздыванием объекта и характеристикой стационарного оператора |/8,,(р). Равенство (4) получено из услови  квазистационарности операторов R(p), QpCp). С учетом того, что системы управлени  нестационарными объектами с запаздыванием характеризуютс  низким критическим коэффициентом усилени , то необходимо в первую очередь компенсировать значительные изменени  коэффициента усилени  объекта, соответствующим образом измен   величину управл ющего воздействи . Дополнительно учитыва , что объект управлени  имеет неконтролируемое возмущение, аддитивно вли ющее на выходную величину, а также измен ющиес  параметры инерционной части, привод щие к отклонению выходной величины модели, то их вли ние учитываетс  (моделируетс  ) ин тегратором в цепи обратной св зи обратной модели объекта. Таким образом, как следует из вышеописанного, вли ние измен ющих с  параметров объекта может быть скорректировано.без непосредственного измерени  текущих значений па раметров объекта управлени . Обозначив передаточную функцию регул тора (р), нелинейного корректирующего устройства f(f), при вьшолнении в системе услови  (4) характеристическое уравнение замкнутой системы будет иметь вид и-(р) Wp(pb-P|4-r 0 (5) .Из выражени  (5 ) видно, что на устойчивость системы существенное вли ние оказывает только запаздывание объекта управлени , поскольку характеристики остальнызГ звеньев системы(Wp(р) и Sr(p)) извес ны. Дл  устойчивого и качественного поддержани  требуемого режима на выходе системы в этом сггучае целесообразно прим--.нить нелинейную коррекцию. Эта коррекци  выполн етс  в системе при помощи нел нейного Корректирующего устройства с переменной структурой, цепь из блоков 5, 16, 17, 18, которое во врем  переходного процесса в зависимости от знаков и соотношени  сигнала рассогласовани  и его перв производной вырабатываетс  регулирующее воздействие, параметры кото рого завис т от времен  запаздывани  объекта. Система работает следующим образом . При отклонении выходной величи ны объекта управлени  5 от оптимального значени , задаваемого блоком задани  1, вызванного непре денными изменени ми параметров объ екта либо возмущением f, на выходе сумматора 2 возникает сигнал рассогласовани , который поступает на вход сумматора 4, на вход дифферен циатора 15, на один из входов функ ционального преобразовател  16 и ключа 18. Сигнал рассогласовачи  и его производна , полученна  на выходе дифференциатора 15, поступает на вход функционального преобразовател  16. Функциональный преобразователь 16 на Их основе образует сигнал ( - посто нный коэффициент ), поступающий на вход релейного элемента 17, который вьщел ет факт попадани  изображающей точки в определенные секторы фазовой плоскости. Выходной сигнал релейного злемента 17 поступает на вход ключа 18, выходной сигнал которого У(б,6) поступает на вход сумматора 4, где складываетс  с сигналом fj.., поступающим с выхода сумматора 2, причем %,ег{ в при r(i) уО , О при K(-t) 0. Выходной сигнал сумматора ju. V( i (f4.fQ - посто нный коэффициент j поступает на усилитель 19, коэффициент усилени  которого К. Сигнал с выхода усилител  19 поступает на вход регул тора 9, формирующего на выходе управл ющее воздействие U(t), которое поступает на вход сумматора 7, и на один из входов блока умножени  11. Если переходный процесс на выходе объекта управлени  5 вызван возмуше нием и при этом параметры объекта остаютс  посто нными, а значит параметры модели 3 соответствуют параметрам объекта управлени  5, то сигнал рассогласовани  на выходе сумматора 10 равен нулю. Выходные сигналы блока 13, первого 6 и второго 12 интеграторов,  вл ющихс  исполнительными элементами контура самонастройки, также равны нулю. При этом выходной сигнал блока умножени  I1, выходной сигнал сумматора 7 также равны нулю. При изменении параметров объекта управлени  5 на выходе сумматора 10 возникает рассогласование, которое поступает на вход интегратора 12 и через блок знакового умножени  13 на вход интегратора 6. Выходной сигнал интегратора 6 в этом случае поступает на вход блока умножени  11, с помощью/ которого измен етс  величина управл ющего воздействи  U(t), поступающего с выхода регул тора 9. Одновременно сигнал с выхода интегратора 12, обеспечивающего адди7

тивную коррекцию модели 3, поступает на один из входов сумматора 14, на другой вход которого поступает сигнал с выхода объекта управлени 

Если измененное значение управл ющего воздействи  обеспечивает требуемый выходной процесс системы при изменившихс  параметрах объекта управлени  5, сигналы на выход сумматора 2 и 10 станов тс  равными нулю.

Значени  коэффициентов интеграторов 6 и 12 выбираютс  с учетом скорости изменени  параметров объекта управлени  5. Таким образом, чтобы скорость самонастройки была оптимальной. С помощью блока знакового умножени  13 обеспечиваетс  независимость изменени  величины управл ющего .воздействи  U(t) от знака воздействи  U(t), что сле33908

дует из услови  устранени  рассогласовани  на выходе сумматора 10

Таким образом,в предложенной системе обеспечиваетс  снижение 5 чувствительности к изменени м параметров объекта управлени  и к действующим на объект возмущени , что в свою очередь приводит к повышению качества регулировани  технологических процессов.

Использование изобретени  дозволит за счет повьшени  качества управлени , а именно точности под держани  оптимальных режимов нестационарных процессов, например ферментации в химико-фармацевтической и микробиологической промышленности , снизить эксплуатационные затраты и повысить выход синтезируемого целевого продукта.

Claims (1)

1. САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ, содержащая обратную модель объекта без запаздывания, последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, дифференциатор, функциональный преобразователь, релейный элемент, ключ, второй сумматор, усилитель, регулятор, блок умножения, третий сумматор и объект управления, выход регулятора соединен со вторым входом третьего сумматора, выход первого сумматора соединен со вторыми входами второго сумматора, функционального преобразователя й ключа, а второй вход блока умножения соединен с выходом первого интегратора, вход которого соединен с выходом блока знакового умножения, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы, она содержит последовательно соединенные блок коррекции, четвертый сумматор, второй интегратор и пятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом .объекта управления, а выход через 'Обратную модель объекта без запаз•дывания соединен со вторыми входами первого и четвертого сумматоров, первый вход блока знакового умножения соединен с выходом четвертого сумматора, а второй вход - с выходом регулятора и входом блока коррекции ,

   SU ...1173390

   11.73390