Устройство для моделирования систем управления

 

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано при испытании регулирующих и управляющих систем. Целью изобретения является повышение точности устройства за счет учета дрейфа характеристик каналов регулирования. Устройство содержит первый сумматор, первый исполнительный орган, второй исполнительный орган, второй сумматор, блок формирования натуральных данных, блок формирования натурно-модельного управляющего воздействия, блок формирования натурно-модельного контролируемого внешнего воздействия, блок моделирования, блок расчета натурно-модельного выхода, блок оценивания натурного неконтролируемого внешнего воздействия, регистратор, блок индикации, наборное поле, блок анализа пробных воздействий, блок экстраполяции и блок расчета коэффициента передачи каналов регулирования. С помощью соответственно блоков анализа пробных воздействий, экстраполяции и расчета коэффициента передачи каналов регулирования осуществляется использование управляющего воздействия не только с целью уменьшения расхождения между желаемым и реализуемым на натурном объекте управления режимами, но и с целью идентификации объекта за счет отслеживания изменения (дрейфа) его коэффициента передачи. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) 01) А2 (51) 4 G 06 G 7 бб

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3 »

Ь,) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHflM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (61) 1167631 (21) 4411335/24-24 (22) 25.02.88 (46) 23.09.89. Бюл. Р 35 (71) Кемеровское научно-производственное объединение "Промавтоматика" и Сибирский металлургический институт им. Серго Орджоникидзе .(72) Л.П.Мышляев, В.И.Носырев, В.Ф.Евтушенко, С.Ф.Киселев, К.К.Naкаров и Ш.P.Íóãàåâ (53). 681.333 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Е 1167631, кл. С 06 G 7/бб, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано при испытании регулирующих и управляющих систем. Целью изобретения является повышение точности устройства за счет учета дрейфа ха рактеристик каналов регулирования.

Устройство содержит первый сумматор, первый исполнительный орган, второй

Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано при испытании регу- . лирукщих и управляющих систем и является усовершенствованием устройства по авт. св. Р 1167631, Цель изобретения " повышение точности устройства за счет учета дрейфа характеристик каналов регулирования °

2 исполнительный орган, второй сумматор, блок формирования натурных данных, блок формирования натурномодельного управляющего воздействия, блок формирования натурно-модельного ,контролируемого внешнего воздействия,, блок моделирования, блок расчета натурно-модельного выхода, блок оценивания натурного неконтролируемого внешнего воздействия, регистратор, блок индикации, наборное поле, блок анализа пробных воздействий, блок экстраполяции и блок расчета коэффициента передачи каналов регулирова-. ния. С помощью соответственно блоков анализа пробных воздействий экстрапо-. ляции и расчета коэффициента переда- . чи каналов регулирования осуществляется использование управляющего воздействия не только с целью уменьшения расхождения между желаемым и реализуемым на натурном объекте управления режимами, но и с целью идентификации объекта за счет отслеживания изменения (дрейфа) его коэффициента передачи. 2 ил.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2структура натурного пробного воздействия, на основе которого осуществля,ется текущая оценка коэффициента пе редачи объекта управления.

Устройство для моделирования систем управления содержит первый сумма.тор 1, первый исполнительный орган 2; второй исполнительный орган 3, вто3 " 150995 рой сумматор 4, блок 5 формирования натурных данных, блок 6 формирования натурно-Nop6naHoro управляющего воздействия, блок 7 формирования натурно"модельного контролируемого внешне5 го воздействия, блок 8 моделирования, блок 9 расчета натурно-модельного выхода, блок 10 оценивании натурного неконтролируемого внешнего воздействия, регистратор 11, блок 12 индикации, наборное поле 13, блок 14 анализа пробных воздействий, блок 15 экстраполяции и блок 16 расчета коэффициента передачи каналов регулирования °

Блок 14 анализа пробных воздействий состоит из элемента 17 определения модуля, ключа 18, первого 19 и второго 20 интеграторов, первого 21 20 и второго 22 компараторов, элемента И 23, первого 24, второго 25 и третьего 26 источников напряжения, элемента 27 задержки.

Блок 15 экстраполяции содержит 25 сумматор 28, первый 29 и второй 30 элементы памяти, дифференциатор 31, экспоненциальный преобразователь 32, интегратор 33, фильтр 34 нижних частот, первый 35 и второй 36 элементы 30 умножения.

Блок 16 расчета коэффициента передачи каналов регулирования содержит элемент 37 сравнения, первый 38, второй 39, третий 40, четвертый 41 элементы задержки, первый 42 и второй 43 интеграторы, делитель 44, элемент 45 памяти, сумматор 46, первый 47 и второй 48 масштабирующие блоки.

Первый, второй, третий и четвер- 40 тый блоки моделирования канала регулирования выполнены каждый в виде по следовательно соединенных блоков ум" ножения, инерционного звена первого порядка и блока задержки.

Моделирование систем управления в основном устройстве осуществляется следующим образом. н

Управляющие U и контролируемые внешние N воздействия и выходные сигналы Y . натурного объекта управления измеряются и записываются в блоке 5 формирования натурных данных. С выходов этого блока сигналы О, И

Y могут поступать либо оперативно, и либо через блоки записи и воспроизведения s требуемом масштабе времени. При этом используются как непо средственно сигналы П, lil, Y, по,н н н

2 4 лученные в режиме нормального функционирования натурного объекта управления и действующей на него управляющей системы, так и для реализации полноты испытания моделируемой системы управления на всех требуемых режимах, определяемых, в частности, желаемым значением управляющего воздействия U контролируемого внешне«м го возмущения U и приведенного к

ММ выходу неконтролируемого возмущения л м ч, целенаправленно формируются и используются так называемые натурномодельные сигналы П " У удовлетворяющие условию максимального приближения определяемого ими режима к желаемому режиму, задаваемому

V, ч . Для этой цели в блоке

+м «@,1 хм

5 формирования натурных данных кроме ,н н н сигналов П, У, Y формируются также и сигналы П, Ь™, u™, 7™.

В блоке о формирования натурно-модельного управляющего воздействия вырабатывается сигнал h U пробного ,Н

P воздействия по управляющему входу натурного объекта управления, который в сумматоре 1 накладывается на рабонг чий управляющий сигнал UP . Формирунм ется сигнал U,.поступающий в блок

8 моделирования, и сигнал модельной коррекции о П™ натурного управления, поступающий в блок 9 формирования натурно-модельного выхода Y

В блоке 7 формирования натурно-модельного контролируемоro воздействия н вырабатывается сигнал о Up пробного воздействия по внешенму входу, который поступает на вход исполнчтельно- го органа 3, где преобразуется в натурное. изменение контролируемого внешнего воздействия, налагаемое в сумматоре 4 на рабочее внешнее воздействие 11, Формируется сигнал натурно-модельного внешнего воздействия W""+, поступающий в блок 8 моделирования, и сигнал о И модельной коррекции натурного внешнего воздействия, поступающий в блок 9 расчета натурно-модельного выхода.

В блоке 10 оценивания натурного неконтролируемого внешнего воздействия косвенным (расчетным) путем оце" ниваются значения натурного приведенного K выходу неконтролируемого возмущения ", сигнал о котором поступает в блок 9 расчета натурно-модель- ного выхода.

5 150

В блоке 9 расчета натурно-модельного выхода Y путем коррекции Y " нм по сигналам t U, 817м, 4™ и )" фор иируется сиги л Yè"ì"â,поступающий в блок 8 моделирования.

В блоке 8 моделирования производится моделирование испытуемой системы управления с использованием сформированных натурно-модельных сиг 1НМ 11Н М тнм

Регистратор 11 служит для регистрации натурных, натурно-модельных, модельных сигналов и пробных воздействий с целью анализа работы устрой" ства для моделирования, сопоставления эффективности моделируемых и натурных систем управления.

Пульт управления, состоящий из наборного поля 13 и блока 12 индикации, используется для управления режимом работы блока формирования натурных данных, управления формированием натурно-модельных данных, а также для сигнализации нарушений условий работоспособности используемых моделей каналов регулирования и преобразования внешних воздействий.

Устройство для моделирования систем управления, являющееся усовершенствованием основного изобретения, позволяет использовать натурные пробные воздействия 3U вырабатываемые в блоке 6 формирования натурно-модельного управляющего воздействия не только с целью уменьшения расхождения между желаемым и реализуемым на натурном объекте управления режимами, как это предлагается в известном устройстве, но и с целью идентификации объекта, отслеживая возможные изменения его коэффициента передачи. Тем самым достигается цель изобретения.

На фиг. 1-3 и в тексте описания т 4 приняты следующие обозначения: 11

М, Y — значения сигналов о действительных натурных управляющих, внешних воздействиях и выхода натур.нр ного объекта управления; U " — значение сигнала рабочего управления, поступающего на вход первого исполнительного органа натурного объекта управления, формируемого в действующей (натурной) системе управления; UP значение натурного пробного воздействия в масштабе управляющего сигнала на входе исполнительного органа, налагаемого на сигнал рабочего управлеN ния 31т — на входе первого исполниФ

9952 6 тельного органа; WP — рабочее знанр чение натурного контролируемого внешнего воздействия объекта управления

О н

5 Ир — значения натурного пробного воздействия в масштабе сигнала, поступающего на вход второго исполнительного органа; Н, W, Y — нанм нм нм турно-модельные значения управляющего и внешнего воздействий и выхода

10 объекта управления, сформированные путем нанесения текстирующих воздействий на натурные рабочие управляющие и внешние воздействия натурного объекта управления и дополнительной

15 расчетной коррекции полученных на,н н н, турных U,,И, Y ; S, — первый выходной сигнал блока анализа пробных воздействий, означающий появление

20 пробного воздействия 1 Г после пауP зы длительностью не менее, чем время перехо,"ного процесса объекта управления, S второи выходнои сигнал бло ка анализа пробных воздействий, показывающий, что длительность зафиксин рованного пробного воздействия î Бр равна Интервалу эффективной работы прогнозатора Т, k (i) — сигнал, пропорциональный значению оценки коэффициента передачи объекта управления на i ì этапе идентификации; йу„(i) реакция объекта управления на пробное воздействие т1 U; Т,, с — постоянная времени и время запаздывания объекта управления; Т вЂ” интервал эффективной работы прогнозатора.

Устройство для моделирования сис4 тем управления работает следующим образом.

Текущие значения сигнала рабочего .нр управления l;, поступающего из дейр ствующей системы управления через сумматор 1 на вход исполнительного органа 2, текущие значения натурного

45 управляющего воздействия U с выхода исполнительного органа 2, натурного контролируемого внешнего воздействия н fl с выхода сумматора 4 и выхода Y натурного объекта управления подаются в блок 5 формирования натурных, данных соответственно по первому, второму, третьему и четвертому входам и измеряются с помощью соответствующих датчиков. Сигналы о текущих базовых значениях управляющего воз" действия Б" контролируемого внешнет%н го воздействия W" и выхода Y на н тт н, турного объекта управления задаются технологическим персоналом с помощью!

509952 соответствующих блоков задания. Эти сигналы поступают на входы семи блоков памяти, в которых осуществляется запись поступающих на них сигналов или воспроизведение записанных сигналов в требуемом масштабе времени. Не- обходимый режим работы блоков записи и воспроизведения задается посредством установки ключа управления записью и воспроизведением на наборном поле 13 пульта управления в соответствующее положение. При этом с первого выхода наборного поля 13 на управляющие входы блоков записи и воспроизведения поступает сигнал о требуе- мом режиме работы этих блоков ° Необходимый режим формирования данных для моделирования задается посредством ключа управления формированием натурных данных в наборном поле 13 в соответствующее положение. При этом . с второго выхода наборного поля на управляющие входы соответствующих переключателей поступает сигнал о тре- 25 . буемом режиме формирования данных. В соответствии с этим сигналом с выходов переключателей поступают либо записанные и воспроизводимые в требуемом масштабе времени сигналы соответ- 3О н

Y, либо оперативно сигналы от соотн ветствующих датчиков и блоков задания.

В блоке 6 формирования натурно-мо35 дельного управляющего воздействия решаются следующие задачи.

1, Формирование сигнала F U" (t) натурного пробного воздействия, подаваемого с первого выхода блока через 4О сумматор 1 на вход исполнительно го органа 2.

При определении текущего значения пробного воздействия учитываются: сигнал 0 (+ 2р„) о желаемой ве- 45 личине натурно-модельного управляющего воздействия, формируемого с помощью специального блока задания текущего значения скорости с упреждением л на время с „запаздывания при реализации управляющих сигналов в исполнительном органе 2; сигнал U" р (t) о рабочем управляюP щем сигнале действующей управляющей системы, поступающий по третьему входу блока 6 формирования натурно-мо55 дельного управляющего воздействия с первого выхода блока 5 формирования натурных данных; сигналы о прогнозируемых на время

Ф „ значениях первого U „ (t + с „ ) и второго Ь (t + ь „ ) модельных управ.м л ляющих воздействиях, поступающих с первого и второго выходов блока 8 моделирования на первый и второй вход блока 6 формирования натурно-модельного управляющего воздействия; сигнал h макс ограничения на абсои лютную величину разности между сигналами о натурном и натурно-модельном или модельном управляющем воздействии, формируемом внутри блока 6; сигнал смак ограничения на абц солютную величину нерабочего изменения (пробного воздействия) управляющего воздействия натурного объекта управления, поступающего с выхода источника постоянного сигнала внутри блока 6 формирования натурно-модельного управляющего воздействия; режимный сигнал с второго выхода наборного поля 13, поступающий в блок 6 по четвертому входу и разрешающий формирование сигнала gU> (t) только в режиме оперативно поступающих сигналов об Up, U,И

«н «н мако

В качестве Ь выбирается одно

О иэ двух ограничений: первое определяет допустимую абсолютную величину разности между сигналом о натурном и натурно-модельном или модельном управляющих воздействиях исходя из требований работоспособности моделей канала регулирования, а второе определяет допустимую абсолютную величину разности между сигналом о натурном и натурно-модельном или модельном управляющем воздействии исходя из тре" бования сопоставимости режимов работы моделируемой и натурной систем управления. Расчет величины сигнала

fU (t) осуществляется следующим 8бр разом: л с упреждением на время с «oöåíH.н л вается величина 3 UÄ (t + cp„ ), чтобы могло быть выполнейо условие

11нм(+ л ) !«м (+

"рn л с упреждением на время pn îöåíèвается величина 311„" (й + 7сpÄ ), чтобы удовлетворить требованиям,предъявляемым к точности моделирования систем управления в блоке 8 моделирования;. с упреждением на время c p„ ðàññ÷èтывается компромиссная оценка

gU"„, (Е + р„) - RU„"р, (t +,„) +

1509952

+ F U„" (t +с р„), 0«8 и 1 которую необходимо реализовать к моменту (t + ь „), чтобы удовлетворить треп бованиям к точности расчета натурномодельных управлений и точности мо5 делирования; л с упреждением на время pn формиРУетсЯ Расчетное значение 31Р "с,сч (t +

+ с си ), учитывающее ограничейие

10 на величину реализуемого пробного воздействия и условия его реализации.

Этот сигнал после задержки на время л с сп поступает на вход регистратора

11 с третьего выхода;

15 формируется сигнал пробного воздействия f U" (t) в масштабе управляюP щего сигнала исполнительного органа ррррр<р> = @р „(vzÄÄ (r +,Ä)) рнм

2. Формирование сигнала U . .(t) натурно-модельного управления.

При определении текущего значения

U () учитываются: ни (t + ) o >zeaaeMoH ae 25 р»м у личине натурно-модельна го управляющего воздействия, формируемого с помощью блока задания текущего значения скорости с упреждением на время g» запаздывания при реализации управляющих сигналов в исполнительном органе 2; сигнал U (t) о действительном значении управляющего воздействия натурного объекта управления, поступающий с второго выхода блока 5 формирова35 ния натурных данных на пятый вход блока 6 формирования натурно-модельного управляющего воздействия; р макс сигнал Ь „ ограничения на абсолютную величину разности между сигналами о натурном и натурно"модельном или модельном управляющем воздействии режимный сиГнал с пятОГО выхода 45 наборного поля 13 пульта управления, поступающий на четвертый вход блока

6 формирования натурно-модельного yriравляющего воздействия и разрешающий

»я р формирование сигнала U "(t + урн).

При выработке сигнала U (t) асунм .50 ществляются следующие операции: формирование сигнала Ь (t); .у,м определение разности (П (t) .«м — С "(t)1 и проверка ее на ограничение макс . 55 по величине h м формирование Ъ" (t) . При этом

0""(й) U (й), если выполняется условие Б» (t) - U (t) 4 А

В противном случае формируется сигнал

U (t)=U (t)+h B1gI1 U (t)

-U (t)J, нм удовлетворяющий ограничению tv (t) — Ь (t) и Ь" . В этом случае сиги нал с второго выхода блока 6 формирования натурно-модельного управляющего воздействия поступает на вход блока 12 индикации пульта управления, включает одно из сигнальных табло, информирующих о недопустимо большом расхождении между П (t) и U™(t) .

Сигнал V""(с) с четвертого выхода блока 6 формирования натурно-модельного управляющего воздействяи поступает на первый вход блока 8 моделирования и одновременно на вход регистратора 11. Сигнал о разности а U (t)=

= U (t) с пятого выхода блока 6 форнм мирования натурно-модельного управляющего воздействия подается на первый вход блока 9 расчета натурно-модельного выхода.

В блоке 7 формирования натурно-модельного контролируемого внешнего воздействяи решаются следующие задачи: р .Н

1, Формирование сигнала р7 3i (), подаваемого на вход второго исполнительно го ор гана 3.

При формировании текущего значенияР 6U () учитыв ают ся: сигнал V™(t + р. „) о желаемой величине натурно-модельного внешнего воздействия, формируемого с помощью специального блока задания с упреждением на время с» запаздывания при реализации пробных воздействий во втором исполнительном органе Э; сигнал tJ" () о текущем натурном значении контролируемого внешнего воздействия натурного объекта управления, поступающий на третий вход блока 7 формирования натурно-модель" ного контролируемого внешнего воздействия с четвертого. выхода блока 5 формирования натурных данных; сигнал b, „ „ограничения на абсомюкс лютную величину разности между сигналами о натурном и натурно-модельном контролируемом внешнем воздействии,,формируемый внутри блока 7; сигнал о™ С ограничения на велии чину нерабочего изменения (прабнога воздействия), налагаемого на контролируемое внешнее воздействие натур1509952

12 ного объекта управления, поступающий 1 с выхода источника постоянного сигнала внутри блока 7 формирования натурно-модельного контролируемого внешне5

ГО вОздействия 1 режимные сигналы с второго выхода наборного поля 13 пульта управления о режиме формирования натурных данных и с его четвертого выхода, ес- lð ли необходимо обеспечить выполенние

1„1«м() = W è"P(В качестве Ам выбирается минимакс

lj мальное иэ двух ограничений, первое из которых определяет допустиму а абсолютную величину разности между сигналами о натурном и натурно-модепьном внешнем воздействии, исходя из требований работоспособности моделей канала преобразования внешних воздействий, а второе определяет до-. пустимую абсолютную величину. разнос. ти между сигналами о натурном и натурно-модельном внешнем воздействии, исходя из требования сопоставимости режимов работы моделируемой и натурной систем управления.

Расчет величины сигнала о 1))" (t) осуществляется следующим образом:

1. 1. осуществляется экстраполяция сигнала W i (t) на время (.рн запаэдыН() л вания второго исполнительного органа; л

1.2. с упреждением на в.ремя (кг и формируется сигнал ()П, ((. + (рак) с

pàñ учетом реализации режима оперативно

35 поступающих сигналов и необходимости формирования натурно-модельных реализаций контролируемого внешнего воздействия;

1 3 фОрмируется сигнал прОбнОГО 40 воздействия, подаваемого на вход второго исполнительного органа по первому выходу блока 7 формирования натурно-модельного контролируемого внешнего воздействия

lw,(t) =5 Я р"...(е+ср.)) н

1,4. Формируется сигнал () 11 асц(е) .

Этот сигнйл с второго выхода блока 7 формирования натурно-модельного контролируемого внешнего воздействия поступает на вход регистратора ll, !.5. Формируется сигнал

W (Е) — W (t) ДW,„ (t), 55 поступающий на вход экстраполятора п.l.l.

2. Формирование сигнала W" (t) натурнотмодельного внешнего воздействия,,1

При определении текущего значения

Ъ1""(t) учитываются: сигнал W (t +t>„) о желаемой ве-, личине натурно-модельного контроли руемого возмущения, формируемого с помощью блока задания с упреждением на время c,рщ запаздывания при реали" зации пробных воздействий во втором исполнительном органе; сигнал W (t) о текущем натурном н значении контролируемого внешнего

ВО З ДЕЙ СТ ВИЯ сигнал Ь ограничения на абсомакс ц лютную величину разности между сигналами о натурном и натурно-модельном контролируемом внешнем воздействии; режимный сигнал с четвертого выхода наборного поля 13, если необходимо обеспечить выполнение условия

W ì(t) - W«Ð()

Нри выработке сигнала W (С) осу,нм ществляются следукнцие операции: формирование сигнала W"" й); определение разности fW (t)

- W (t)| и проверка ее на ограничемакс, ние по величине Ь);,( формирование W"" (t) .

ПРи этом И""(t) = W (t) если вы полняется условие /(W("(t) — W" ())/а

В противном случае формируется сигнал (t) - w (t) iь"„eign(w "(t)н („) нм удовлетворяющий ограничению ! (t) —

WH(t)(» yKc

В этом случае сигнал с третьего выхода блока 7 формирования натурномодельного контролируемого внешнего воздействия поступает на третий вход блока 8 моделирования и на вход регистратора ll; формирование сигнала g W (t)

= W""() — W (t), который по четвертому выходу поступает на второй вход блока 9 расчета натурно-модельного выхода.

В блоке 10 Оценивания натурного неконтролируемого внешнего воздействия расчетным путем оценивается возмущение. При этом учитываются: сигнал U"(t), .поступающий с вто-. рого выхода блока 5 формирования натурных данных; сигнал 0 (й), поступающий с четвертого выхода блока 5 формирования натурных данных;

13

14

1509952 сигнал W (t), поступающий с третьего выхода блока 5 формирования натурных данных; сигнал И (С), поступающий с пято«н

ro выхода блока 5 формирования натур5 ных данных; сигнал Y (1), поступающий с седь и мого выхода блока 5 формирования натурных данных; !

О сигнал Ъ" (t), поступающий с шестого выхода блока 5 формирования натурных данных.

1«н

При выработке сигнала ч (t) осуществляются следующие операции: 5 ,й расчет модуля отклонения /Г ()

U "(t)! и проверка условия U"(Т)

11""(t)/ g " " . При невыполнении этого условия с первого выхода блока

10 оценивания натурного неконтролируемого внешнего воздействия на вход блока 12 индикации пульта управления поступает сигнал, включающий табло, информирующее о нарушении условия работоспособности модели канала регулирования; ,н расчет модуля отклонения /11 (t) — W "(t)t и проверка условия /W (t) — W H(t)/(h, „ . При невыполнении этого условия с второго выхода блока

10 оценивания натурного неконтроли-! руемого внешнего воздействия на вход блока 12 индикации поступает сигнал, включающий табло, информирующее о нарушении условия работоспособности модели канала преобразования контро-. лируемого внешнего воздействия; расчет.! (t) путем исключения изменения, обусловленного изменениями величин U (t) и W"(t) по отношению к базовым значениям П" (t) и W" (t),,«н,«н 40 осуществляющийся по выражению

1"() = () — () — W,. (1) ()— е " (e)) - ф„; (ч" (t) — н " (Д).

Сигнал 1 (t) поступает на четвертый вход блока 9 расчета натурно-модельного выхода.

В блоке 9 расчета натурно-модельного выхода осуществляется расчет

Y"" (t) соответствующего И (t),U (t} и желаемому значению приведенного возмущения.

Грн определении текущего значения;

Y"" (t) учитываются: 55 сигнал Y (t), поступающий с седьмого выхода блока 5 формирования натурных данных; сигнал о U (t) поступающий с пятого выхода блока б формирования натурно-модельного управляющего воздействия; м сигнал о W (), поступающий с четвертого выхода блока 7 формирования натурно-модельного контролируемоro внешнего воздействия; сигнал ч (t), поступающий с выхо1н да блока 10 оценивания неконтролируемого внешнего воздействия; режимный сигнал с пятого выхода наборного поля 13 пульта управления.

При выработке сигнала Y" (t) осуществляются следующие операции: расчет разности U " (t) — U"(t) и преобразование ее в соответствии с моделью канала регулирования; расчет разности W (t) — W (й) и преобразование ее в соответствии с моделью канала преобразования контролируемого внешнего воздействия;

«-н расчет разности 1 формирование 1 (t) в соответствии с выражением".

Y { ) = Y (t) + Рц (U (t) — П" (г)) +Ф„pW" {t) — И"(t}) +

+(1 «н (,) "н (,)5

Сигнал Y" (t) поступает на второй вход блока 8 моделирования н одновременно на вход регистратора 11.

Блок 8 моделирования состоит из двух модельных контуров регулирования и осуществляет формирование сигналов первого модельного выхода

Y (t) и второго модельного выхода

М

Y"(t). При этом учитываются:

2 «и модельный сигнал задания 7 (t), формируемьш с помощью эадатчика в блоке 8 моделирования; сигнал натурно-модельного управления U"" (С), поступающий с четвертого выхода блока 6 формирования натурномодельного управляющего воздействия; сигнал натурно-модельного контролируемого внешнего воздействия, поступающий с третьего вьссода блока 7 формирования натурно-модельноГо контролируемого внешнего воздействия; сигнал натурно-модельного выхода нм

7 (с), поступающий с выхода блока 9 расчета натурно-модельного выхода.

При выработке сигнала Y",(t) осу.ществляются следующие операции: формирование сигнала управляющего м воздействия 1),(г.), как реакцию на модельный сигнал задания 7 "(t) на вы15

1509952 ходную переменную объекта управления, на выходной сигнал Y> (t) первого модельного контура и на изменение сиг1 нала о натурно-модельном контролируемом внешнем воздействии. Сигнал U",(t) поступает на вход регистратора ll; формирование сигнала.U, (t + („ ), прогнозируемого на время (запаздыр() вания в первом исполнительном органе значения модельного управляющего воздействия первого модельного контура.

Этот сигнал поступает на первый вход блока 6 формирования натурно-модельного управляющего воздействия; расчет модупя отклонения /У (й) — Ug (t)/ и проверка условия / U™(t) — У",((t)/>Ä „. При выполнении этого условия на вход блока 12 индикации сигнал, включающий световое табло, которое информирует о нарушении ус- . ловия работоспособности модели канала регулирования; формирование сигнала модельного выхода Y (t) первого модельного коим тура У, (t) — 7 () ф„ l U () — U, (t), который поступает на вход регистратора 11.

При выработке сигнала Y" (t) осуществляются следующие операции: формирование сигнала управления

U (t) второго модельного контура в ,м соответствии с выражением () (t) - U,(е) -Э,„((т",(с)— — Y",()), w"" ())), который поступает на вход регистратора l l; формирование сигнала U<(t + (pÄ ), поступающего на второй вход блока 6 формирования натурно-модельного уп- равляющего воздействия; расчет модуля отклонения / П (г.)— — U (t)I и проверка условия I U™(t)— — U (t)/ A „„. При выполнении этого условия на вход блока 12 индикации поступает сигнал, включающий световое табло, которое, информирует, что нарушено условие работоспособности модели канала регулирования; формирование сигнала модельного выхода Y<(t) второго модельного коим тура по выражению

,() = ™() -У„ f U""()— — Uì l который поступает на вход регистратора 11, 5

1О

Процедура идентификации натурного объекта управления, реализуемая с помощью блока 14 анализа пробных воздействий, экстраполятора 15 и блока

16 расчета коэффициента передачи объекта, позволяет повысить точность работы устройства для моделирования систем управления в случае дрейфа коэффициента передачи натурного объекта управления и ориентирована на способ формирования экспериментальных данных, основанный на прогнозировании эффектов рабочего управления на выходе объекта и выделении его реакции на пробные воздействия как разности между изменениями выхода натурного объекта управления под суммарным влиянием рабочего управления и пробных воздействий и прогнозированных значений эффектов рабочего управления .

В блоке 14 анализа пробных воздействий осуществляется текущий анализ значений натурного пробного воздейн ствия о U, сформированного в блоке

6 формирования натурно-модельного управляющего воздействия, с целью распознавания и вьщеления тех его участков, которые близки по форме к ступенчатым воздействиям длительностью, равной интервалу Т эффективной работы прогнозатора, осуществляющего прогноз изменения значений сигналов о действительном выходе Y" натурного управления при условии отсутствия пробных воздействий h U и где перед их началом имеет место пауза (сигнал

/lU О) длительностью не менее длительности переходного процесса объекта управления, приближенно равной

3Т (фиг. 3). Величина Т характеризует такой интервал прогноза значен ний Y в течение которого точность прогнозирования удовлетворяет заданным требованиям эффективной работы устройства для моделирования систем управления в смысле выбранного критерия точности моделирования. Ее численное значение выбирается в каждом конкретном случае в результате предварительных исследований.

Выходным сигналом блока анализа пробных воздействий является сигнал Ь™, а выходными: сигнал S с выхода элемента 23, характеризующий появление сигнала о1, отличного от нуля, после паузы н длйтельностью не менее ЗТ ;

17

18

1509952

40 сигнал 8, фиксирующий, что длительность подачи пробных воздействий, осуществляющейся непрерывно, равна интервалу времени Т н э 5

Сигнал gU< с первого выхода блока 6 формирования натурно-модельного управляющего воздействия поступает на вход элемента 17 определения модуля, с выхода которОго подается сигнал 10 на управляющий вход нормально замкнутого ключа 18. Если о Ь™ О, то ключ 18 замыкается и пропускает единичный сигнал от источника 25 постоянного напряжения на вход интегратора 19, который включает с предварительным обнулением. Таким образом, на выходе интегратора 19 формируется сигнал, пропорциональный длительности паузы по каналу передачи сигнала 2< в н

ОU, который поступает на первый вход компаратора 21, где сравнивается с сигналом ЗТ,, поступающим от источника 24 постоянного напряжения на второй вход компаратора 21, Сигнал 25 на выходе компаратора 21 появляется только в случае, когда длительность паузы у не меньше длительности переходного процесса регулирующего канала натурного объекта управления, равной ЗТд и подается на первый вход элемента И 23. На второй вход элемента И 23 поступает сигнал с выхода элемента определения модуля . Сигнал на выходе элемента И 23 появляется только тогда, когда на оба его входа

35 подаются сигналы, отличные от нуля.

Это в свою очередь означает, что в канале передачи сигнала о U после паузы длительностью не меньше ЗТ появляется в момент времени t сигГ» нал, отличный от нуля. Выходной сигнал S <(t ) элемента 18 поступает одновременно на входы второго интегратора 20, элементов 27 и 28 задержки.

Сигнал 8 1(t<), поступая на вход интегратора 20, включает его с одновременным обнулением, что позволяет сформировать на выходе сигнал, пропорциональный длительности импульса

31, который, поступая на первый вход второго компаратора 22, сравнивается в нем с сигналом, пропорциональным интервалу эффективной работы прогнозатора Т, формируемой с помощью третьего источника 26 постоянного напря55 жения. Сигнал S íà высоде компаратора 22 появляется только в том случае и в тот момент времени t tg +

+ Т, когда текущая длительность импульса а U равна значению Т>. Выход" ной сигнал S, (t< + ) элемента 27 задержки запаздывает по отношению к своему входному сигналу S (tg) на ин1 тервал времени, равный времни запаздывания в канале регулирования натурного объекта управления и характеризует момент начала реакции íà его выходе в ответ на появление пробного воздействия 3 L О.

В блоке 15 экстраполяции осуществляется прогнозирование на интервал времени Т> изменений сигнала

Y (t) под влиянием рабочих управлен ний и внешних контролируемых возмущений при отсутствии пробных воздействий (Ю = О) .на основе информации о предистории Y"(t). При формировании сигнала о прогноэируемом значении Y(t) выхода натурного объекта управления учитываются: сигнал 1. (t) о натурных значениях выхода объекта управления, поступающий с седьмого выхода блока 5 формирования натурных данных; сигнал S<(t + с ), поступающий с выхода элемента 27 задержки и харак-. теризующий момент начала реакции на выходе натурного объекта управления в ответ на появление пробного воздействия (U (t) О.

Формирование сигнала Y(t) осуществляется следующим образом.

Сигнал Y"(t) с седьмого выхода блока 5 формирования натурных данных поступает на вход фильтра 34 нижних частот, выходной сигнал которого, представляющий собой низкочастотную составляющую (тенденцию) изменений сигнала У"(), поступает на первый вход первого элемента памяти и одновременно на вход днфференциатора 31, выходной сигнал которого, отображающий скорость изменения тенденции сигнала 7 "(t)» поступает на первый вход элемента 30 памяти. Спустя интервал времени, равный времени запаздывания в регулирующем канале натурного объекта управления с, после начала нанесения пробного воздействия н (Б (t) ф О), на вторые входы элементов 29 и 30 памяти поступает сигнал

S1 (tg + ьо ), в результате чего в элементе 29 памяти запоминания и поддерживается постоянным на выходе сигнал, характеризующий последнее сглаженное значение сигнала Y в момент времени

1509952

20 (t + ь ), а в элементе 30 памяти saпоминается и поддерживается постоянным на своем выходе сигнал, соответствующий последнему значению оценки скорости изменения тенденции сигнала

Y""(tp + ь, ) . Сигнал с выхода элемента 29 памяти поступает на вход сумматора 28, в то время как сигнал с ,выхода элемента 30 памяти поступает на первый вход первого элемента 35 умножения. Одновременно с этим сигнал S (t г+ c,o), поступая на вход интегратора 33, включает его с предва рительным обнулением, так что на его выходе, начиная с момента времени (ty + С,), формируется сигнал текущего времени 9, который подается на второй вход элемента 35 умножения и на вход экспоненциального преобразователя 32, формируя на выходе послед," него сигнал, равный е ", поступающий на второй вход элемента 36 умножения, на первый вход которого поступает сигнал с выхода элемента 35 умножения, равный произведению оценки скорости изменения тенденции выходного сигнала натурного управления на текущее время 0 .. Таким образом, выходной сигнал элемента 36 умножения равен произведению V .6 е-"e, pe Ч вЂ” оценка скорости изменения тенденции сигнала Y и йодается на второй вход сумматора 28.

Выходной сигнал сумматора 28 является выходным сигналом Y(t „„+ 9) блока 15 экстраполяции, значение которого формируется в соответствии с формулой

Y(t„n +9) = Р(t ) + V(t„„) 8»

» е @

06 Т,; t tg+б,.

Блок 15 расчета коэффициента передачи каналов регулирования формирует сигнал k, равный значению оценки

o коэффициента передачи регулирующего канала натурного объекта управления на момент времени, соответствукнций концу очередного цикла идентификации, связанного с моментом появления сиг" нала $ (t>). При формировании сигнала k< учитываются: сигнал Y(t „„+ 9 ) о прогнозируемом значении выхода натурного объекта управления, поступающий с выхода сумматора 28; сигнал Y (t) о действительном значении выхода натурного объекта управлення, поступающий с седьмого выхода блока 5 формирования натурных данных; н сигнал (u>(t) о пробных воздейст5 виях, поступающий с первого выхода блока 6 формирования натурно-модельного управляющего воздействия; сигнал S (р), поступающий с выхода элемента И 23; сигнал 81(t g + ь„), поступающий с выхода первого элемента 27 задержки; сигнал $ (1 ), поступающий с выхода компаратора 22 и характеризующий конец очередного (i-го) цикла идентификации.

Формирование сигнала 1: осуществляется следующим образом. Сигнал

Y(t „+ B), изменяющийся в интервале нп времени Ptqn ten + Т 1 и характериЭ зующий прогнозируемые значения выхода натурного объекта управления при условии 8 V (t) = О, поступает с вын

Р хода сумматора 28 на первый вход элемента 37 сравнения, на второй вход н которого поступает сигнал Y (t), характеризующий суммарную реакцию объекта управления на изменения входных (в том числе и пробных $U (t) н воздействий) . Выходной сигнал элемента 37 сравнения, равный разности

У (1) — Y(t » + 9 ), поступает на первый вход второго интегратора 43, Одновременно сигнал S,(tg + c )

= S, (tzn) с выхода элемента 27 задержки поступает на вход элемента 40 задержки, выходной сигнал S<(t н +

+ ЗТ ) которого, задержанный на время Т и характеризующий начало усо

1 тановившегося состояния канала регу40 JIHpQBBHHH HB pHo Го объекта управле ния в ответ на нанесение пробного воздействия 3U (tg), поступает на второй вход второго интегратора 43 и обнуляет его . Начиная с момента времени Сн„+ 3TО выходной сигнал Е интегратора 43 отображает интегральную реакцию натурного объекта по регулирующему каналу в установившемся сос» тоянии в ответ на нанесение пробного

50 воздействия Б U (t8,), т. е. Е,1 (t) Р (е) — Y(tÄÄ + e) ee, поступа,ет Йа второй вход делителя 44. Сигнал 8 U" 1;t) с первого выхода блока 6 формирования натурно-модельного упР равляющего воздействия поступает на второй вход первого интегратора 42.

Сигнал S (), поступая на вход эле1 мента 38 задержки с выхода элемента

21

22

1509952

И 23, задерживается на время, равное

3Т формируя на выходе элемента 38 задержки сигнал S<(t g + ЗТ ), который, поступая на первый вход интегратора 42, обнуляет его. Таким обра5 зом, начиная с момента времени tg +

+ ЗТ,, на выходе первого интегратора

42 формируется сигнал I, равный .1 (t) g L " (1)dI, который постуI о пае% на вход элемента 41 задержки.

Выходной сигнал I<(t + С ) элемента

41 задержки задерживается по сравнению с его входом I (t) на время sa2 паэдывания регулирующего канала натурного объекта, становится согласованным по времени с сигналом Ip(t) и поступает на первый вход делителя

44 ° Выходной сигнал делителя 44, рав- 20 ный отношению I (t)/I„ (t),поступает на вход первого масштабирующего элемента 47, где он умножается на постоянный коэффициент а . Сигнал с выхода масштабирующего элемента 47, 25 равный произведению à 1 Ie{t)I,(t) поступает на первый вход сумматора

46, сигнал с выхода которого поступает на второй вход элемента 45 памяти. В момент времени t = tä + Т, 30 характеризующий окончание эффективной работы блока 15 экстраполяции на

i-м цикле идентификации, на первый вход элемента. 45 памяти поступает сигнал Б (). При этом сигнал, поступающий на второй вход элемента 45 памяти на момент времени t>, запоминается и его зафиксированное значение поступает с выхода элемента 45 на вход второго масштабирующего элемен- 40 та 48, умножается там на коэффициент а и далее с выхода элемента 48 поступает на второй вход сумматора 46.

Такая процедура формирования сигнала .соответствует экспоненциальному сгла- 45 живанию, если выбрать значение коэфI фициента а = 1 — а,, т.е. Реализует выражение вида

k> (i) = à, k (i) + a ° k {i-1), ф,Ф 50 где k — сглаженная оценка коэффициеНТа k 1 — номер цикла идентификации, связанный с дискретным моментом вРемени з поступле82(9)

Экспоненциальное сглаживание сигнала, равное оценке коэффициента передачи канала регулирования, получен«: ной íà i-м цикле идентификации, позволяет устранить его возможные от цикла к циклу колебания, вызванные ошибками оценивания.

Сигнал k (i), снимаемый с выхода элемента 45 памяти, поступает по четвертому входу блока 8 моделирования и по шестому входу блока 9 расчета натурно-модельного выхода на вторые входы первого, второго, третьего и четвертого блоков моделирования каналов регулирования, осуществляя периодическую корректировку коэффициента передачи.

Результаты проверки эффективности предлагаемого устройства по сравнению с известным устройством па основе моделирования показывают повышение точности моделирования в среднем на 207. Так, например, при среднем уровне значений выхода объекта равного единице и изменении скачком значения его коэффициента также на единицу (Ц; = 1), ошибка оценивания выхода объекта, выраженная через дисперсию отклонений моделируемого выхода по отношению к eFQ действительным изменениям, с помощью основного устройства (без процедуры идентификации) составила 100Х, в то время как с по мощью предлагаемого устройства (с учетом идентификации) 207 . формулаизобретения

Устройство для моделирования систем управления по авт. св. Р 116763), о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности sa счет учета дрейфа характеристик каналов регулирования, ° оно содержит блок анализа пробных воздействий, состоящий из первого и второго интеграторов, первого и второго .компараторов, элемента определения модуля, первого, второго и третьего источников напряжения, элемента И, ключа и элемента задержки, блок экстраполяции, состоящий из фильтра нижних частот, первого и второго элементов памяти, сумматора, первого и второго элементов умножения, дифференциатора, экспоненциального преобразователя и интегратора, блок расчета коэффициента передачи каналов регулирования, состоящий из первого и второго интеграто—

pos, элемента сравнения, элемента памяти, делителя, первого и второго

1509952

24 масштабирующих элементов, первого, второго, третьего и четвертого элементов задержки и сумматора, а в каждый из четырех блоков моделирования каналов регулирования дополнительно введен элемент .умножения, один из входов которого является входом, а другой - дополнительным входом. блока моделирования канала регулирования, причем вход элемента определения модуля блока анализа пробных воздействий и информационный вход интегратора блока расчета коэффициента передачи каналов регулирования подключены к выходу блока моделирования первого исполнительного органа без запаздывания, первый вход элемента сравнения блока расчета коэффициента передачи каналов регулирования и вход фильтра нижних частот блока экстраполяции подключены к выходу первого переключателя блока формирования натурных данных, выход элемента определения модуля блока анализа пробных воз- 25 действий соединен с управляющим вхо— дом ключа и первым входом элемента И того же блока, второй вход элемента

И подключен к выходу первого компаратора этого блока, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу первого интегратора и первого источника напряжения блока анализа пробных воздействий, вход первого интегратора соединен с выходом ключа того же блока, информацион35 ныл вход которого присоединен к выходу второго источника напряжения этого. же блока, выход элемента И блока ана— лиза пробных воздействий соединен с

40 входами второго интегратора и элемента задержки того же блока и входом первого элемента задержки блока расчета, коэффициента передачи каналов регулирования, выход второго интегра. тора блока анализа пробных воздействий соединен с первым входом второго компаратора этого же блока, второй вход которого подключен к выходу третьего источника напряжения этого же блока, а выход - к входу второго эле50 мента задержки блока расчета коэффициента передачи каналов регулирования, выход элемента задержки блока анализа пробных воздействий соединен с входами управления записью первого

55 и второго элементов памяти блока экстраполяции, входом интегратора того же блока и входом третьего элемента задержки блока расчета коэффициента передачи каналов регулирования, информационный вход первого элемента памяти и вход дифференциатора блока экстраполяции подключены к вы-, ходу фильтра нижних частов того же блока, выход дифференциатора соединен с информационным входом второго элемента памяти блока экстраполяции, выход которого подключен к первому входу первого элемента умножения того же блока, выход которого подключен к первому входу второго элемента умножения этого же блока, выход которого подключен к первому входу сумматора блока экстраполяции, второй вход которого соединен с выходом первого элемента памяти того же блока, выход сумматора соединен с вторым входом элемента сравнения блока расчета коэффициента передачи .каналов регулирования второй вход второго элемен1 та умножения блока экстраполяции подключен к выходу экспоненциального преобразователя того же блока, вход которого объединен с вторым входом первого элемента умножения блока экстраполяции и соединен с выходом интегратора того же блока, выход элемента сравнения блока расчета коэффициента передачи каналов регулирования соединен с информационным входом второго интегратора того же блока, вход сброса которого подключен к выходу третьего элемента задержки того же. блока, выход второго интегратора соединен с первым входом делителя блока расчета коэффициента передачи каналов регулирования, .второй вход которого через четвертый элемент задержки соединен с выходом первого интегратора того же блока, вход сброса которого подключен к выходу первого элемента задержки блока расчета коэффициента передачи каналов регулирования, выход делителя этого же блока подключен к входу первого масштабирующего элемента блока расчета коэффициента передачи каналов регулирования, выход которого подключен к первому входу сумматора того же блока, к второму входу которого подключен. выход второго масштабирующего элемента этого же блока, выход сумматора блока расчета коэффициента передачи каналов регулирования соединен с информационными входом элемента памяти того же блока, вход записи которого

2б 1509952 соединен с выходом второго элемента эадержки блока расчета коэффициента передачи каналов регулирования, выход элемента памяти подключен к выходу второго масштабирующего элемента того же блока и к дополнительным входам первого, второго, третьего и четвертоro блоков моделирования ка5 налов регулирования.

1509952 йр"

Составитель П.Борицкий

Редактор В.Бугренкова Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Заказ 5816/49 Тираж 668 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101