SU1241192A1 - Самонастраивающа с система - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к энергетической , химической и пищевой промышленности и может -найти применение, при управлении объектами, например молотковьми дробилками. Осуществл етс  компенсаци  вли ни  изменени  величин коэффициента передачи и времени запаздывани  за счет изменени  коэффициента передачи и времени запаздывани  модели объекта регулировани , включенной в обратную св зь основного контура регулировани  системы.. Она состоит из блока, умножени , инерционного блока и первого блока запаздывани , В системе выходной сигнал .задатчика через сумматор, регулирующий блок и исполнительный механизм воздействует на объект регулировани  . .и поступает на один из входов блока умножени . Выходной сигнал объекта поступает на второй вход сумматора. Выходной сигнал блока умножени  через инерционное звено поступает на третий вход сумматора и информационный вход первого блока запаздывани i Выходной сигнал последнего пос тупает на четвертый вход сумматора и на информационный вход второго блока запаздывани . Коэффициент передачи модели измен етс  путем подачи на второй вход блока умножени  выходного сигнала второго блока параметрической обратной св зи, на ,входы которого поступают выходные сигналы первого блока запаздывани  и объекта регулировани . Врем  запаздьшани . МО-- дели измен етс  за счет подачи на управл ющие входы первого и второго блоков запаздьюани  выходного,сигнала первого блока параметрической ратной св зи, на входы которого подаютс  выходные сигналы второго блока запаздывани , объекта регулировани  и инерционного звена. 1 з.п. ф-лы, З.ил. с (О (Л С гз 4 СО lie

Description

1 . 1 Изобретение относитс  к энергетической , химической и пищевой промышленности и может найти широкое, при-, менение при управлении, технологическими процессами и машинами.

Цель изобретени  - повышение показателей качества регулировани  системы,.

На фиг. 1 представлена структурна  схема системы; на фиг. 2 - гра- фики, по сн ющие принцип действи  первого блока параметрической обрат- гой, св зи, на фиг. 3 - графики, по с- н ющие принцип действ и  второго блока параметрической обратной св зи.

Самонастраивающа с  система содержит регулирующий блок 1, исполнительный механизм 2, объект регулировани  3, сумматор 4, инерционный блок 5, первый блок запаздывани  6, блок ум- ножени  7, второй блок запаздывани  8, первьй блок параметрической, обратной св зи 9, первый и второй элементы умножени  10 и 11, суммирующий элемент 12, инерционный элемент. 13, интегрирующий- элемент 14, второй бло к .параметрической обратной св зи 15, первый и второй детекторы;16 и 17, суммирующий элемент 18, инерционный элемент 19, интегрирующий эле- мент 20, задатчик 21, графики взаимокоррел ционных функций 22-25.

При Этом прин ты следующие обозначени : установленное значение 26 коэффициента передачи Ko(t) объекта регулировани  3; установленное значение 27 времени запаздьшани  T o(t) объекта регулировани  3, графики переходных процессов 28, 29 настройки коэффициента передачи К„ (А) и времени запаздывани  СЛг.) модели объекта регулировани j х - выходной сигнал задатчика 21j у - выходной сигнал объекта регулировани  3;. g - . выходной сигнал инерционного блока 5j 2 - выходной сигнал первого блока запаздывани  6; q - выходной сигнал второго блока запаздывани  8j U - управл ющее воздействие или .выходной сигнал исполнительного механизма 2J Д/1 г. выходные сигналы соответственно второго и первого блоков параметрической обратной св зи, R - кор- рел ционна  функци ; - временной сдвиг; Кд, - коэффициент усилени  и врем  запаздывани  объекта регулировани  3; К, (/м - коэффициент усй- и врем  запаздьшани  модели

1922

, Д R - смешение времени сдвига, и взаимокоррел ционной функции.

В .состав первого блока параметрической обратной св зи вход т первый и второй элементы умножени  10 и 11, .суммирующий элемент 12, инерционный элемент 13, интегрирующий элемент 14.

В состав второго блока параметрической обратной св зи вход т первый и второй; детекторы 16 и 17, суммирующий элемент 18, инерционный элемент 19 .и интегрирующий элемент 20с В качестве детекторов 16, 17 используютс  квадратичные детекторы.

Система работает сл.едующим образом

На выходе задатчика 21 формируетс  сигнал задани  x(t) - в общем случае стационарный центрированный .слу-- чайньй процесс. На выходе сумматора 4 формируетс  сигнал ошибки С- (t) , преобразу  который регулирующий блок 1 совместно с исполнительным механизмом 2 формирует управл ющее воздействие U(t). Управл ющее воздействие U(t) поступает на вход объекта регулировани  3, описываемого передаточной функ-циёй

Wc(P)4Ko(4.nfe,PH),)

t. 1 О J J

СО

где Kg(t), o(t) - коэффициент передачи и врем  за-: паздывани  объекта регулировани 

- . . . -. 3, ;

а. - коэффициенты ха- . рактеристического уравнени  объекта регулировани  3, р - оператор Лапласа, и на вход модели объекта с  ереда.- точной функцией

WM(P) WM(p)-W3(p),

(2)

где W(p), ) - передаточные .функции инерционной и запаздьшающей частей модели объекта регулировани .

Модель объекта с измен емым коэффициентом передачи K(Ai)fi и временем запаздывани Т) (Дд,) образована последовательно соединенными блоком умножени  7, определ ющим коэффициент пе- редачи К(/1,| модели, инерционным

блоком 5 n-го пор дка с передаточной функцией

WM(P)

к,а,)| (a,,P-1)h

где К (Д/i) - коэффициент передачи модели объекта регулироMix

вани  ,

- коэффициенты характеристического уравнени  модели объекта регулировани ,

Л - выходной сигнал второг;о блока параметрической обратной .св зи 15, . первым блоком запаздывани  6 с педаточной функцией

) . ):

е ) - врем  запаздывани  модели объекта регулирова- ни 

X, выходной сигнал первого блока параметрической обратной св зи 9; р - оператор Лапласа, е - юснование натурального

логарифма..

Если WO(P) WM(P), т.е. K(t) К„ТЯ, (5) ToCt) TM(Ai), и а. , то ошибка регулировани  ,

d(p) и(р)Гуо(р) - w,(py w(.p) и(р)(к,(Я4й Ml i)J

определ етс  только свойствами .инерционного блока. 5 и не зависит от запаздывани  в объекте регулировани  3 Благодар  исклк чению времени заrc (t)

паздывани  io(.t) из замкнутого контура управлени  увеличиваетс  устойчивость и качество переходных процессов в системе. Однако, если параметры Ko(t) иT o(t) нестационарны, то условие (5) в общем случае не вы- полн етс  и выражение (6) оказьшает- с  неверным. Блоки параметрической обратной св зи 9 и 15 предназначены дл  настройки параметров соответственно Т5,(Яг) и К(Д/|) при изменении во времени napaiMeTpoB t o t) H.).

Принцип работы первого блока параметрической-обра- ной св зи по сн етс  графиками, приведенными на фиг.2.

Так как x(t) - стационарный цент- рированный случайньй сигнал, то и y(t), g(t), q(t) выходные сигналы объекта регулировани  3, инерциочно

241192 ..4

го блока 5 и второго блока запаздывани  8 также стационарные центрированные случайные сигналы со взаимокоррел ционными функци ми

Rwo-(p (t) lt-)(7) Rtfq.(f) (t) q(t , (8)

10

15

20

25

30

34

40

5 50

55 L

где М -.символ операции математического ожидани ; - временной сдвиг. Если передаточна  функци  инерционного блока 5 соответствует передаточной функции инерционной части объекта регулировани  3, то графики- функции Ку5(у0 и RyQ( имеют вид симметричных кривых, максимумы которых имеют координаты соответственно

azgmaKfRy8(,(t); ЛЬ (-.-)

«W .г (y-t,(t;);

И при Со(t) ) равноудалены от точки J О, Графики функций Ry3 (jO и Ryo(J T при To(t) (j(i) имеют вид кривых соответственно 22 и 23 на фиг. 2. При/ О, Rvo(/f) - RySCp 0. Если о() изменитс  (например, увеличитс ) на йТ, то максимумы функций Rvo(p, (| соответственно смест тс  на д1Г и функции КуБ, RS будут иметь вид кривых соответственно 24 и 25 на фиг. 2, т.е. в точке 1 О значени  функций отличаютс  друг от друга на величину

(t),( -P.yo(o)-Ry((D). Xg)

Следовательно, величина дК характери- :зует отклонение времени запаздывани  М«((Яг.) модели объекта регулировани  от времени запаздывани  ) объекта регулировани  3 и может быть использована дл  настройки времени з.апазды- вани  м (Кг) модели объекта регулировани  при изменении времени запаздывани  to(t) объекта регулировани  3, Первый блок параметрической обратной св зи 9 работает следующим образом . Первый и второй элементы умножени  10 и 11 вычисл ют соответственно произведени  сигналов y(t)g(t) и y(t)q(t). Так как сигналы y(t), g(t), q(t) - стационарны, то

Д R (t)g(t) - Mfy(t)q(t) (t)g(t) - y(t)q(t)J. (10)

Разность y(t)g(t) - y(t)q(t) формируетс  на выходе суммирующего элемента

12, а оценка математического ожида- ни  на интервале осреднени  . вычисл етс  инерционным элементом 13 с передаточной функцией

) где Т, - посто нна  времени инерционного элемента 13„ IQ Величина Т выбираетс  в диапазоне

Т,,, 5..-., где и)ji - частота

среза системы.

Вычисленна  на выходе инерционно- 5 го элемент а 13 оценка сигнала ДК интегрируетс  интегрирую щим элементом 14. Сигнал Яг выхода интегри- руюр(его элемента 14 поступает на управл ющие входы блоков запаздывани  20 6 и 8. Запаздывание ГТц (Я) измен етс , до тех пор, пока сигнал дК не станет равным нулю. При этом согласно (7), (8) и фиг. (Аг) C(t).

Дл  настройки коэффициента переда- 25 чи К|(Л) , при изменении коэффициен- та передачи Ko(t) объекта регулировани  3, предназначен второй блок параметрической обратной св з и (15), который работает следующим образом, зо

Сигнал y(t) с выхода объекта регу- , лировани  3 и сигнал-zCt) с выхода первого блока запаздывани  6 возвод тс  в. квадрат квадратичными детек- s торами 16, 17. Выходные сигналы, детекторов 16, 17 поступают на входы суммирующего элемента 18, которьш вычисл ет их разность. Выходной сигнал суммирующего элемента 18 поступа- 40 ет на вход инерционного элемента 19 с.передатрчной функцией

)

1

1

где . - посто нна  времени инерционного элемента 19i

На выходе инерционного, элемента .19 формируетс  сигнал дП разности 50 дисперсий сигналов y(t) и 2(t) в соответствии с выражени ми

Dy ) , Бг ), (11) uD Da - Di MLy(t) - 55

- (t)l (t) - zMt)) .dzr

Оценка математического ожидани  вычисл етс  инерционным элементом

19 на интервале осреднени  , ко- торЬЕй выбираетс 

Тн9 ....,;.

где и)с, частота срез а системы.

Сигнал uD пропорционален разности коэффициентов передачи объекта регулировани  3 и его. модели K.(t ) - - К(Л), что следует из следующих вьфажений:

00- . . .

DV iw,(j.)|2 S4(J)du}, (13.)

- ь

JlWnCjJ) Зц(«))аи), .(14)

о . .

где Wp(ju)) , W..( ju)) - передаточные

функции объекта регудировани - 3 и его модели в частотной области;

5ц (w) - функци  спектральной плотнос ; ти управл ющего воздействи  U.(t).

Так как статические коэффициенты передачи К, Км не завис т от частоты (А), а чистое запаздьшание в блоке запаздьшани  6 не вли ет на величину дисперсии сигнала на его выходе , то выражени  (13), (14) можно

переписать в виде

Dy

-т||1ш

llljaou.

TJILI

i--i

(MU +

1) |sM(J)d:u) (16).

т.е. при a ер будем иметь

AD Di. + 1

ку.р|(

uy - Dt l )PP м(и))а.

Сигнал ДВ интегрируетс  интегрирующим элементом 20 и, воздейству  на второй вход блока умножени  7, измен ет коэффициент передачи модели объекта регулировани  до тех пор, .пока сигнал ЛП не станет равным О. При этом в соответствии с (12) и (17) К(Л (t).

Посто нные времени интегрир. интегрирующих элементов 14 и 20 определ ют скорость настройки времени запаздывани  LM и коэффициента передачи K.t модели объекта регулировани .,

Из соображений устойчивости, процесса настройки коэффициента передачи К| модели объекта, регулировани , посто нную времени интегрирующего элемента 20 следует выбирать из услови  Тао (4-5)х , где cg оценка средне го значени  времени запаздывани  LO объекта регулировани  3. Оценку Т можно прин тъ равной максимально возможному значениюТ щд д из всего диапазона изменени  времени запаздывани  ТГо (t) объекта регулировани  3,

Величина сигнала дВ (см. 17) ока- зьшает вли ние на процесс настройки времени: запаздывани  Я модели объекта регулировани . При дВ .0, оценка лК (см. 10) зависит не только от разности То (t) -Л|(Яи) но и от величины оценки сигнала ДВ. Один из возможных путей уменьшени  этого вли ни  состоит в выборе посто нной времени , интегрирующего элемента 14 по величине, в 3-5 раз большей величины посто нной времени .Tjo ин- тегрируницего элемента 20. При этом процесс настройки коэффициента передачи К( модели объекта регулировани  заканчиваетс  раньше процесса настройки времени запаздьшани  Vr модели объекта регулировани  и не ока- зьшает на него вли ни .

Графики переходных процессов в блоках параметрической обратной св зи 9 и .15, полученные путем моделировани  на ЭВМ М-6000, при указанных соотношени х посто нных времени интегрирующих элементов 14 и 20 и инерционных элементов 13, ;19 показаны на фиг. 3, где: 26 - устан овленное значение . Ko(t); 27 - установленное зна- .чение fi(t);28 - график переходного процесса настройки К, 29 - график переходного процесса на.стройки 1.

Данна  была исследована путем моделировани  на ЭВМ. Результаты моделировани  (см. фиг. 3) показывают достаточно высокие б.ыстродейст- вие и точность процессов настройки ) и 1м(/12)л.:, вследствие этого высокое качество управлени , обеспечиваемое системой при измен ющихс  во времени Ko(t) и С о(с).

Claims (3)

1. Самонастраивающа с  система,содержаща  последовательно соединенные

0

5

0

5

0

5

0

5

5

инерционный блок, первый блок запаздывани , сумматор, регулирующий блок, исполнительный механизм и объект регулировани , подключенный выходом к второму входу сумматора, соединенного третьим входом с выходом задатчи- ка, а четвертым входом - с выходом инерционного блока, о т л,и ч а ю - щ а   с   тем, что, с целью повышени  показателей качества регулировани  системы, в ней дополнительно установлены блок умножени , первый и второй блоки параметрической обратной св зи и второй блок запаздьшани , соединенный управл ющим входом с выходом -первого блока параметрической обратной св зи и с управл ющим входом первого блока запаздьшани , информационным входом - с выходом первого . блока запаздьшани  и с первым входом второго блока параметрической обратной св зи, -а выходом - с первым входом перового блока параметрической обратной св зи, подключенного вторым входом к выходу инерционного блока, а третьим входом - к выходу . регулировани  и к второму чходу второго блока параметрической обратной св зи, соединенного выходом с первым входом блока умножени , подключенного вторым входом к выходу исполнительного механизма, а выходом - к входу инерционного блока.

2 о Система поп„ 1, отличающа  с   тем, что первый блок параметрической обратной св зи содержит первый и второй элементы умножени , соединенные первыми входами между собой , а выходами - с первым и вторым входами суммирующего элемента, под- ключе1 ного выходом через инерционный элемент к входу интегрирующего элемента , причем вторые входы первого и второго элемента умножени , первый вход первого элемента умножени  и выход интегрирующего элемента  вл ютс  соответственно первым, вторым, третьим входами и выходом первого блока параметрической обратной св зи.

3. Система по п. 1, о т л и ч а ю- щ а   с:  тем, что второй блок параметрической обратной св зи содержит первьш и второй детекторы, соединенные с первым и вторым входами суммирующего элемента, подключенного выходом через инерционный элемент к входу интегрирующего элемента, причем входы второго и первого детекторов .и выход интегрирующего элемента  вл ютс  соответственно первьт и

вторым входами и выходом второ - го .блока параметрической обратной св зи.

Фш.1

-Г

23

фиг, 2

« (7, TO, 26 A ATjJVf

Редактор М.Бандура

Составитель Ю.Гладков

Техред Л. Олейник Корректор Л.Пилипенко

Заказ 3487/42Тираж 836 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул„ Проектна , 4

ф1/г. 3