Адаптивная система автоматического управления для нестационарных объектов с запаздыванием

 

Изобретение относится к самонастраивающимся системам управления объектами с запаздыванием, параметры которых неизвестны или меняются во времен:-, и может быть использовано для управления технологическими процессами , например, в металлургии. химической, целлюлозно-бумажной, энергетической, горной и других отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение быстродействия , точности и помехозащищенности системы. Система содержит задатчик 1, сумматоры 2, 14, 21, регулятор 3, объект 4 управления, дифференциаторы 9, 10 блок П управления задержкой, а также блок 7 задержки, задатчик 19 коэффициентов усиления, модели 5 и 6 объекта управления без о запаздьшания, блок 12 деления, блоки 8 и 13 умножения, ключ 15, интегратор 16, масштабирующий блок 17, формирователь 20 импульсов управления ключом. Система обеспечивает управление нестационарным технологическим объектом с изменяющимся запаздыванием путем плавной адаптации коэффициента усиления и времени задержки контура с моделью объекта управления. 3 ил. i (Л 4 СП Од 4 4 «Лсв. Г

СОЮЗ СОВЕТСКИХ соцИАлистических

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1451644 А 1

15Р 4 С 05 В 13/02, 13/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2) ) 4129699/24-24 (22) 30.09.86 (46) 15.01.89. Бюл. У 2 (71) Одесский политехнический институт (72) Као Тиен Гуинь, Нгуен Ван Дык (VN), Рауль Ривас Перес (CU), Е.Д.Пичугин (SU) и Нгуен Хоа Лы (VN) (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф )015336, кл. G 05 В 13/02, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 116191 7, кл. G 05 В 13/02, 1983. (54) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ

ОБЬЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ (57) Изобретение относится к самонастраивающимся системам управления объектами с запаздыванием, параметры . которых неизвестны или меняются во времени, и может быть использовано для управления технологическими процессами, например, в металлургии, химической, целлюлозно-бумажной, энергетической, горной и других отраслях промышленности. Целью изобретенияя является повышение быстродействия, точности и помехозащищенности системы. Система содержит задатчик 1, сумматоры 2, 14, 21, регулятор 3, объект 4 управления, диффе- ренциаторы 9, 10 блок 11 управления задержкой, а также блок 7 задержки, эадатчик 19 коэффициентов усиления, модели 5 и 6 объекта управления без о запаздывания, блок 12 деления, блоки

8 и 13 умножения, ключ 15, интегратор 16, масштабирукщий блок 17, формирователь 20 импульсов управления ключом. Система обеспечивает управление нестационарным технологическим объектом с изменяющимся запаздыванием путем плавной адаптации коэффициента усиления и времени задержки контура с моделью объекта управления.

3 ил.

1451644

Изобретение относится к самонастраивающимся системам управления объектами с запаздыванием, параметры которых неизвестны или меняются во времени, и может быть использовано для управления технологическими процессами, например, в металлургии, химиЧеской, целюполозко-бумажной, энергетической, горной и других отрас- 10 лях промышленности.

Цель изобретения — повышение быстродействия, точности и домехозащищенности системы.

На фиг.l показана блок-схема сис- 15 темы; на фиг,2 — блок задержки; на фиг.3 блок управления задержкой.

Адаптивная система автоматического управления для нестационарных объектов с запаздыванием содержит задат- 20 чик 1, первый. сумматор 2, регулятор

3, объект 4 управления, первую 5 и вторую 6 модели объекта беэ запаздывания, блок 7 задержки, первый блок

8 умножения, первый 9 и второй 10 дифференциаторы, блок 11 управления задержкой, блок 12 деления, второй блок 13 умножения, второй сумматор

)4, ключ 15 интегратор 16, масштабирующий блок 17, вход 18 сброса интегратора, эадатчик 19 коэффициента усиления, формирователь 20 импульсов управления ключом и третий сумматор 21.

Блок задержки образуют аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 22, запоминающее устройство (ЗУ) 23, генератор 24, счетчик 25 адресов, мультиплексор 26, вычитающее устройство (BY) 27, цифроаналоговый пре- 40 образователь (ЦАП) 28.

Блок 11 управления задержкой состоит из регистра 29, задатчика 30 времени задержки, сумматора 31, элементов И 32 и 33, счетчика 34 времени рассогласования задержки, счетчика 35, триггера 36 и элементов ИЛИ

37 и 38 °

Блок 7 задержки может быть постро- 50 ен как в аналоговом варианте, так и в цифровом. В аналоговом исполнении он может представлять собой ультразвуковую линию задержки с регулируемой характеристикой. В цифровом исполнении блока задержки обладает большими воэможностями, так как задержка сигнала может быть любой длительности.

На фиг.2 представлен цифровой вариант блока 7 задержки. АЦП 22 преобразует входной сигнал в цифровой и передает на информационный вход ЗУ

23, которое переходит в режим записи при сигнале "1" на управляющем входе и в режим считывания при сигнале

"0", поступающих с выхода генератора

24, ЗУ 23 запоминает входной сигнал по адресам, вырабатываемым счетчиком

25. При частоте f генератора в запомикающем устройстве 23 будет представлен сигнал в дискретном виде:

X(t ) = x(N1T) э где Т =

N, — адрес запоминающего устройства.

Мультиплексор 26 подключает к адресным входам ЗУ 23 выход счетчика

25 или ВУ 27 в зависимости от сигнала на выходе генератора 24: при сигнале "1" подключается счетчик 25, при сигнале "0" — выход BY 27, которое вычитает из значения адреса ЗУ 23, в которое записалось текущее значение входного сигнала и код, пропорциональный времени задержки, поступающий с выхода блока 11 управления задержкой, Полученный результат вычисления на выходе ВУ 27 через мультиплексор 26 ("0" на выходе генератора 24), подключается к адресному входу ЗУ 23; из которого считывается информация X(t,-t>) о входном сигнале в момент временй (t,-t>). Считанный из ЗУ 23 задержанный сигнал преобразуется ЦАП 28 в аналоговую форму и подается на второй выход блока 7 задержки. При переполнении памяти ЗУ 23 (фиг.2) запись входного сигнала начинается с первого адреса, т.е. процесс идет циклически. Второй вход ВУ 27 соединен с первым выходом блока ll управления задержкой фиг.l выход генератора 24 (фиг.2) является управляющим входом блока 11 управления задержкой.

Дифферекциаторы 9 и 10 дважды дифференцируют сигналы с выхода объекта

4 управления и с выхода блока 7 задержки, выделяя начало переходных процессов в выходных сигналах и передают их на информационные входы блока 11 управления задержкой.

Блок ll управления задержкой устраняет рассогласование времени за" держки объекта 4 управления и модели

1451644

50 ,55 путем измерения времени между импульсами с выходов дифференциаторов 9 и

10. Регистр 29 хранит величину времени задержки, которая в начальный момент записывается с задатчика 30 задержки, а в процессе работы с выхода сумматора 31 по переднему фронту импульса с выхода элемента И 32.

Счетчик 34 времени рассогласования задержки считывает импульсы с выхода генератора 24 блока 7 задержки по сигналу разрешения с первого выхода счетчика 34 и выдает их на второй вход сумматора 31. Установка счетчиков 34 и 35 в "0" происходит по заднему фронту импульса с выхода элементов 32 или 33 через элемент ИЛИ

38, Сумматор 31 производит операцию сложения сигналов с выходов регистра 29 и счетчика 34 или их вычитания в зависимости от управляющего сигнала с единичного выхода триггера

36 ° Сложение происходит при управляющем сигнале "1", вычитание — при

"0"

Сложение, т.е. увеличение времени задержки, производится в том случае, если первым на входы элемента ИЛИ 37 поступает импульс с выхода второго дифференциатора 10; вычитание, т.е. уменьшение времени задержки модели, производится при поступлении первого импульса с выхода первого дифференциатора 9. В том случае, если импульсы с выходов дифференциаторов

9 и 10 поступают на элементы 33 и

37 блока 11 управления задержкой одновременно, т.е. перекрываются во времени, то элемент И формирует сигнал по заднему фронту которого счетчики 34 и 35 и триггер 36 устанавливаются в нулевое положение.

Счетчик 35 считает два последовательных импульса, поступающих через элемент ИЛИ 37 с дифференциаторов

9 и 10. При поступлении первого импульса сигнал появляется ка первом выходе счетчика 35, при поступлении второго импульса — на втором его выходе. При поступлении первого импульса на вход элемента ИЛИ 37, например, с выхода первого дифферекциатора 9 ка первом выходе счетчика 35 появляется "1", поступающая на вход разрешения счета счетчики 34 и стробируюший вход триггера 36. В триггер 36 с выхода второго дифференциатора 10 записывается 0, т.е. на единичном

35 выходе появляется (или подтверждается) "0", который устанавливает сумматор 31 в режим вычитания, Счетчик 34 начинает считать импульсы с выхода генератора 24 блока задержки, Сумматор 31 вычитает из информации регистра 29, в котором хранится текущее время задержки t информацию у Ь на выходе счетчика 34 и передает на информационный вход регистра 29.

При появлении импульса на выходе второго дифференциатора 10 на первом выходе счетчика 35 появляется "0", а на втором — "1". Счетчик 34 прекращает считать импульсы генератора. В этот момент код в счетчике 34 пропорционален времени ht между импульсами на выходах дифференцирующих устройств 9 и 10. Л t = пТ, где и — количество импульсов, Т вЂ” период импульсов; gt э — время задержки объекта управления и модели, которое вычитается сумматором 31 из времени за-держки t,, хранимом в регистре 29, и передается на информационный вход регистра 29

-Аг.

Ъ

Элемент И 32 по сигналам с второго выхода счетчика 35 и выхода элемента ИЛИ 37 формирует сигнал. по переднему фронту которого формирователь

20 формирует сигнал управления, в регистр 29 записывается значение с ., времени задержки, а по заднему фронту происходит установка в нулевое состояние счетчиков 34 и 35 и триггера

36.

В том случае, если на входы элемента ИЛИ 37 первым поступает импульс с выхода второго дифференциатора 10, который также поступает и ка информационный вход триггера 36, при появлении "1" на первом выходе счетчика

35 в триггер 36 записывается "1" и на управляющий вход сумматора 31 поступает сигнал, устанавливающий его в режим суммирования. К моменту прихода импульса с выхода первого дифференциатора устройства 9 на информационном входе регистра 29 (фиг.3) будет код, пропорпиональньп" новому вреII мени задержки С, = t + At „.

Выход триггера 36 является управляющим выходом блока 11 управления задержкой, счетный вход счетчика 34 является входом генератора 24 блока 7 задержки.

1451644

Процесс подстройки коэффициента усиления моделей происходит следующим образом.

В начале работы выходной сигнал интегратора 16 равен единице, т.е.

Z (t,) = 1, а коэффициент усиления устанавливается задатчиком 19 равным К . Пусть параметры моделей 5 и 6 объекта управления адекватны пара- 10 метрам самого объекта 4 управления.

Тогда выходной сигнал объекта 4 управления Y равен выходному сигналу полной модели Y . При этом выходной сигнал блока 12 деления Z 15

Уо

1, выходной сигнал блока 8 м умножения

Z = Z, Z, 20

Сигнал Z на выходе интегратора

16 остается равным единице. Подстройка коэффициентов усиления моделей не производится.

Пусть в некоторый момент времени

t< коэффициент усиления объекта 4 управления скачкообразно изменяется.

Тогда выходной сигнал объекта Y (t) отличается от выходного сигнала полной модели Y (t). Сигнал на выходе блока 1 2 деления

Z (. ) = - - --- - = К (t )

Y (е ) у (t ) к

Выходной сигн ал пе рв о го бло ка 8 умножения в момент времени с, 35

Z (t, )=Z,(t,) Z (t,)=K (t,) 1

=к, (., ).

Спустя время h определяемое переходным процессом замкнутого контура, образованного вторым сумматором 40

14, ключом 15 и интегратором 16, сигнал Z становится равным

К,(t, + 8 ) - Z,(t, ) = K„(t, ).

Подстройка коэффициента усиления 45 полной модели осуществляется путем умножения выходного сигнала блока 7 на сигнал Z, равный коэффициенту к коррекции К «(t < ) .

В блоке 17 определяется текущее 50 значение коэффициента усиления объекта путем домножения исходного коэффициента усиления на сигнал Z коррекции

2 (е, + g) — К Z,(t, + 8) -К,. о 55

Пусть в некоторый момент времени

t (t t ) коэффициент усиления объL екта 4 управления снова скачкообразно изменяется. Сигналы на выходах объекта и полной модели снова отличаются друг от друга Y (t ) 4 Y (t ).

Выходной сйгнал блока 12 деления

Z (t ) = - - - - = K (t )

Y (t ) у () к

Выходной сигнал первого блока 8 умножения равен г(г) (tz) Zs(tz) (Zi (г)

Спустя время У, определяемое переходным процессом замкнутого контура, образованного вторым сумматором 14, ключом 15 и интегратором 16, сигнал Z становится равным

Z (t +S)=Z (t ) =K„(t,) K„(t, ).

В результате этого уровень сигнала на выходе второго блока умножения 8 увеличивается в К„(t ) К „(t,) раз. Сигналы на выходах объекта и г полной модели объекта становятся равными между собой, а выходной сигнал

Z блока 12 деления становится равным единице.

Блок 17 оценивает текущее значение коэффициента усиления объекта

4 управления путем умножения исходного значения коэффициента усилео ния объекта 4 управления К на текущее значение сигнала Z>. По сигналу Z+ осуществляется перестройка ко эффициента усиления в торой модели

6 объекта 4 управления без запаздывания. Если в дальнейшем коэффициент усиления объекта 4 управления остается неизменным, то сигнал Z на выходе блока 12 деления остается постоянным и равным единице.

Если коэффициент усиления объекта

4 управления меняется, то процесс подстройки коэффициентов усиления моделей объекта снова осуществляетсяпо изложенному алгоритму.

Сигнал Z > на втором входе второго блока 13 умножения можно представить в виде (t) =Т K„(t) где t, — моменты времени в интервале (t» t), в которые происходит скачкообразное изменение коэффициента усиления объекта, а сигнал Е4 на выходе блока 17 определяется выражением:

Е.() = Z (t) K = K К (. ) 1451644

Задатчик 19 коэффициентов усиления позволяет установить начальное значение К коэффициента усиления первой

О модели 5 объекта и значение К в бло5 ке 17. Ключ 15 является нормально замкнутым. При появлении сигнала управления на выходе формирователя 20 ключ 15 размыкается, и сигнал Z на выходе интегратора 16 остается неиз- 1р менным. Следовательно, при появлении сигнала на выходе формирователя 20 перестройка коэффициента усиления не производится. При этом формирователь

20 вырабатывает импульс управления в 15 момент начала очередной подстройки времени задержки блока 7.

Повышение помехозащищенности объясняется тем, что второй блок 13 умножения, в котором осуществляется 2р перестройка коэффициента усиления полной модели, стоит за точкой подключения входа второго дифференцирующего устройства 10. Поэтому перестройка коэффициента усиления полной модели объекта не вызывает помехи для блока ll управления задержкой.

Введенный третий сумматор позволяет получить сигнал Я(С), содержащий информацию о параметрическом рассогласовании объекта и его модели, который подается через первый сумматор

2 на вход регулятора 3. Следовательно, сигнал f(t) участвует в формировании сигнала управления. Это позволяет повысить точность системы, 30

35 формула изобретения

Адаптивная система автоматическо1 го управления для нестационарных объектов с запаздыванием, содержащая задатчик коэффициента усиления, первую и вторую модели объекта без запазды- 45 вания, задатчик, подключенный выходом к первому входу первого сумматора, выход которого соединен через регулятор с входом объекта управления, подключенного выходом через первый диф- 50 ференциатор к первому информационному входу блока управления задержкой, второй информационный вход которого соединен с выходом второго дифференциатора, первый выход блока управле- 55 ния задержкой соединен с управляюшим входом блока задержки, первый выход которого подключен к управляющему входу блока управления задержкой, вход объекта управления подключен к информационному входу второй модели объекта управления без запаздывания, выход которой соединен с вторым входом первого сумматора, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения быстродействия, точности и помехозащищенности системы, она содержит формирователь импульсов управления ключом, блок деления, первый и второй блоки умножения, второй и третий сумматоры, ключ, интегратор, масштабирующий блок, выход которого соединен с управляющим входом второй модели объекта управления без запаздывания, информационный вход которой соединен с информационным входом первой модели объекта управления без запаздывания, подключенной выходом к информационному входу блока задержки, выход которого подключен к входу второго дифференциатора и к первому входу второго блока умножения, второй вход которого соединен с первым входом первого блока умножения, с пер вым входом второго сумматора, с выхо- дом интегратора, с информационным входом масштабирующего блока, вход задания коэффициента масштабирования которого соединен с первым выходом задатчика коэффицента усиления, второй выход кОторого соединен с управляющим входом первой модели объекта управления без запаздывания, выход объекта управления соединен с входом делимого блока деления и первым входом третьего сумматора, подключенного выходом к третьему входу первого сумматора, а вторым входом - к выходу второго блока умножения и входу делителя блока деления, подключенного выходом к второму входу первого блока умножения, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, подключенного выходом к информационному входу ключа, выход которого соединен с входом интегратора, а управляющий вход ключа соединен с выходом формирователя импульсов управления ключом, вход которого соединен с вторым выходом блока управления задержкой, 1451644

Составитель Е.Власов.

Редактор Л.Пчолинская Техред А.Кравчук . Корректор С.Черни

Заказ 7076/44 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по.изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCR

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4