Адаптивная система управления потенциально опасным объектом

 

Изобретение относится к автоматическому управлению и защите потенциально опасных объектов, работающих в условиях неконтролируемых возмущений, и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение надежности и точности системы в условиях действия на объект неконтролируемых возмущений. Система содержит основной контур 5 управления, блок 10 защиты, блок 18 оценки статистических параметров регулируемой величины, блок 19 оценки статистических параметров случайной и периодической составляющих, вычислительный блок 20, блок 26 коррекции порогового заданного значения по постоянной составляющей, блок 34 коррекции динамических свойств системы, сумматоры 22, 35, оптимизатор 6. В системе компенсируются запаздывание и инерционность в основном контуре управления, корректируется заданное значение регулируемой координаты и точно оценивается вероятность безаварийной работы, что повышает надежность и эффективность работы системы. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (И) (51) 4 G 05 В l l/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ъ 1 (21) 4349125/24-24 (22) 05.11.87 (46) 07.10 89. Бюл. h" 37 (71) Одесский технологический институт пищевой промышленности им. M.Â.Ëoìoíîñoâà (72) В.А.Хобин, В.М.Левинский и С.А.Воинова (53) 62 ° 50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР Г 1291926, кл. G 05 В 11/01, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 1423977, кл. G 05 B 11/01, 1987.

2 (54) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

ПОТЕНЦИАЛ6НО ОПАСНЫМ ОБЪЕКТОМ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению и защите потенциально опасных объектов, работающих

s условиях неконтролируемых возмущений, и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение надежности и точности системы в условиях действия на объект неконтролируемых возмущений. Система содержит основной кон151

3 тур 5 управления, блок 10 защиты, блок lU оценки статистических параметров регулируемой величины, блок 19 оценки статистических параметров случайной и периодической составляющих, вычислительный блок 20, блок 26 коррекции порогового заданного значения по постоянной составляющей, блок

34 коррекции динамических свойств

3416 4 системы, сумматоры 22, 35, оптимизатор 6. В системе компенсируются запаздывание и инерционность в основном контуре управления, корректируется заданное значение регулируемой координаты и точно оценивается вероятность безаварийной работы, что повышает надежность и эффективность работы системы. 2 э.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к автоматическому управлению и защите потенциально опасных объектов, оаботающих в условиях неконтролируемых возмущений, и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение надежности и точности системы в условиях действия на объект неконтролируемых возмущений.

На чертеже представлена блок-схема системы.

Система включает первый измеритель

1 рассогласования, формирователь 2 сигнала управления, объект 3 управления, датчик 4 регулируемой величины, которые составляют основной контур 5 управления, оптимизатор 6 (заданного значения регулируемой величины), блок 7 ограничения скорости, второй 8 измеритель рассогласования и ключ 9„ которые составляют блок 10 защиты, первый 11, второй 12, третий

13 фильтрь| низкой частоты, третий

14 измеритель рассогласования, дифференциатор 15, первый 16 и второй

17 квадраторы, которые составляют блок 18 оценки статистических параметров регулируемой величины, блок

19 оценки статистических параметров случайной и периодических составляющих, вычислительный блок 20, блок 21 коррекции порогового заданного значения по гармонической составляющей, первый сумматор 22, сумматор 23,, фильтр 24 низких частот и измеритель

25 рассогласования, которые составляют бло< 26 коррекции порогового заданного значения по постоянной составляющей, модель 27 общего запаздывания, измеритель 28 рассогласования, модель 29 регулятора (без запаздывания), модель 30 объекта (без запаздывания), модель 31 датчика (без запаздывания), измеритель 32 рассогласо15

ЗО

55 вания, фильтр 33 высоких частот, составляющие блок 34 коррекции динамических свойств системы, второй сумматор

Система работает следующим образом.

В основном контуре 5 управления формирователь 2 сигнала управления вырабатывает управляющий сигнал на объект 3 так, что рассогласование на выходе первого измерителя 1 рассогласования Е = Х з — Х минимальное, где Х вЂ” заданное значение регули„з руемой величины, т.е. основной КоН тур 5 управления отрабатывает изменение сигнала задания регулятору

X и изменение значений внешних возмуз щений р по зависимости

Х(р) = И,(p) X + W (p). (р), (1) где М „(р) и «;(p) — передаточные функции основного контура 5 управления по каналу задания и возмущения.

Оптимизатор 6 заданного значения регулируемой величины по значениям регулируемой величины Х с компенз сацией запаздывания и инерционности, поступающей с измерителя 32 рассогласования, и по значениям внешних параметров r,...,q определяет оптимальное заданное значение регулируемой величины Х, соответствующее экстремуму функции цели Е = f(Х, r, q), т.е.

Х„ = argextr Е(Х, r,..., q) ° (2)

Рассчитанная величина сигнала оптимального заданного значения Х по-о ступает в блок 10 защиты, а именно на вход блока 7 ограничения скорости изменения заданного значения регулируемой величины, на другие входы которого поступают сигналы регулируемой величины Х с компенсацией запаздыЭ вания и инерционности с выхода иэме(6) (7) (8) (3) 5 15134 рителя 32 рассогласования, форсированного заданного значения Х регулируемой величины X с выхода сумматора 35 и порогового заданного значения

X„ регулируемой величины с выхода сумматора 22.

Ограничение скорости изменения оптимального заданного значения Х, на определенном расчетном уровне Х < необходимо для того, чтобы, учитывая инерционность объекта 3 управления, ограничить скорость приближения регулируемой величины ОХ к пороговому значению Х„ и тем самым не допустить таких выходов Х за Х „, которые превысили бы аварийное значение Х . Блок

7 может осуществлять эту функцию, например, по зависимостям хо при Чз Чо О; 20 (Х„при Ч вЂ” V, О;

v = к(х„- х);

Vo Хо Хэ>

x„= v„+ x„, 25 где К вЂ” коэффициент пропорциональности. так как оптимизатор 6 заданного значения регулируемой величины определяет оптимальное заданное значение ЗО

Хо по (2) без учета ограничения X(t)(<Х то заданное значение Х регулируемой величины необходимо ограничивать на пороговом значении Х„, причем иэ-за наличия неконтролируемых внеш- 35 них возмущений и инерционности основного контура 5 управления Х „ должно быть меньше Х.. По знаку разности

Х д — Хо, которая вычисляется на измерителе 8 рассогласования и посту- 4О пает на управляющий вход ключа 9, последний переключает свой выход на один из входов, нуда поступают скорректированный сигнал Х „ = Х„ + 4 m „ с выхода блока 26 и сигнал с выхода 45 блока 7, т.е. реализует зависимость (Хр при Хо Хр + О

Изменения интенсивности, спектрального состава неконтролируемых внешних возмущений р и параметров объекта 3 управления во времени вызывают изменения статистических характеристик случайного процесса X(t), что требует и соответствующей настройки порогового заданного значения Х„" по формуле X„= Х„-6> 21п(5 /2Ã6„1ï(1/P„ <(<)) +

+а С+дш, (5) 16 6 где Р„ (<) — допустимая вероятност ь безаварийной работы на интервале Т;

С вЂ” вклад периодической составляющей в определение

X nii

Рассматривая С как функцию С =

f(; б„, А, W, Р„ р(f) ь) в (21 получена конкретизация уравнения регрессии, аппроксимирующей эту функциональную зависимость для диапазонов измерений аргумента, которые охватывают значительную часть встречающихся на практике объектов управления и условий их функционирования.

Определив оценки параметров случайного процесса Х на скользящем интервале по зависимостям

6 = bx — А / 2;

- 1 ,=л 1 ((I )

ЗЬсс ) — Рх 2 А

И (9) з(Ц ) - p „A, где р», р - оценки четвертых центральных моментов регулируемой величины X(t) и ее производной X(t) на интервале с;

A . = Я .ш — амплитуда производной гармонического колебания, можно установить такое пороговое заданное значение Х„ которое обеспечит необходимую надежность работы потенциально опасного объекта при наличии в изменениях регулируемой величины, кроме случайной, гармонической составляющей.

Реализацию указанных зависимостей выполняют блок 18 оценки статистических параметров регулируемой величины, блок 10 оценки статистических параметров случайной и периодической составляющих, вычислительный блок 20, блок 21 коррекции порогового заданно,"

ro значения по гармонической состав- . ляющей, блок 26 коррекции порогового заданного значения по постоянной составляющей 26.

Блок 18 на скользящем интервале времени О оценивает статистические параметры прогнозируемого значения

Х „ регулируемо" величины X(t), поступающего с выхода измерителя 32 рассогласования на вход фильтра 11 низкой частоты, который усредняет их на интервале Т .

15134

"змеритель 14 рассогласования оп- наделяет центрированный относительно

g(t» Г) случайный процесс Х у(с) как аэность сигналов X(t) с выхода дат- 5 ика 4 и X(t,".) с выхода фильтра 11 иэкой частоты, т.е.

Ху(13) X(t) X(t )» (10)

f ini

1 г t (>) = — - ) ехр(- — )Х(с- )Jt

Б1 ж

Q X(t = О) (11)

Сигнал X (t) с выхода измерителя

1 4 рассогласования возводится в квадат квадратором 16 и усредняется по (11) на фильтре 12 низкой частоты, сигнал с выхода которого является оценкой дисперсии регулируемой вели». ины 6„ на интервале .

Этот же сигнал Ху() поступает на ход дифференциатора 15, который опеделяет его производную Ху(), а вадратор 17 и фильтр 13 низкой час,оты определяют оценку дисперсии производной регулируемой величины 6„. на интервале (!.

Сигналы Х у(t)» 6<» 6j и Xy(t) по ступают соответственно на входы блока 19 оценки статистических параметров случайной и периодической составляющих.

Блок 19 на скользящем интервале

Д по зависимостям (6).-(9) определяФт оценки статистических параметров случайной n(t) и периодической s(t)

Составляющих регулируемой величины

k(t) .

С выходов блока 19 сигналы 6 и

1. и равные оценке дисперсии и оценке исперсии производной случайной составляющей n(.t) на скользящем интерва- 40 . е, поступают на входы вычислительНого блока 20, который при заданных

Вварийнои значении регулируемой величины Х, времени осреднения и допустимой вероятности безаварийной 4 работы P „г () по зависимости

К», Ха 1 к (х х (Фьбр( (12) где Х вЂ” аварийное значение Регули". руемой величины; „, 5 „ - среднеквадратические значения регулируемой величины

X(t) и ее производной X(t), оцененные на скользящем интервале времени Г» вычисляют вклад случайной составляюЩей Р дбр в определении порогового . значения Х „по (5) .

16

Сигналы А 5 — оценки амплитуды гармонической составляющей s(t) на скользящем интервале 8, C. „2, б „2, ы - оценка частоты гармонической . составляющей s(t) на интервале ° с выходов блока 19 поступают на входы блока 21 коррекции порогового заданного значения по гармонической составляющей, который при заданных значениях времени осреднения 2 и допустимой вероятности безаварийной работы

P„ () по зависимости

А 3з© 2н

С=Ъ +b +Ъ вЂ” — +Ъ вЂ” -

0»Q@ 2g 3 <,)

»1п(1/ Рд»р (С))» (13) которая представляет собой аппроксимацию функциональной зависимости С =

К(6» 6» А5» g Рдбр (с )» 7)» вы числяет вклад йериодической составляющей s(t) в определение порогового заданного значения Х „ по (5).

Окончательное формирование порогового заданного значения Х„ выполняет сумматор 22 блока коррекции порогового заданного значения по,постоянной составляющей, на котором происходит алгебраическое сложение выходных сигналов из блоков 20 и 21. .Сигнал Х„ поступает на вход фильтра 24 низких частот, который вычисляет значение ш „ - математического ожидания заданного значения регулируемой величины Х. Измеритель 25 рассогласования вычитает из сигнала п, и

m > сигнал m „, поступающий с выхода фильтра 17 низких частот, и разность подается на вход сумматора 23, где

n . и разность аш„= т „, — ш „суммируется с сигналом Х „ в том случае, если

ХЗ = Х „ При отсутствии этого равенства суммирование не происходит и и сигнал дm „используется только для формирования допуска сигналу Х, На выходе блока 26 при вводе коррекции

Qm „ появляется сигнал Х „ = X „ + атн„.

Таким образом, блок 26 осуществляет корректировку. порогового заданного значения Х„ постоянной составляющей на величину и m

Сигнал Х с выхода блока 10 защиты поступает на вход блока 34 коррекции динамических свойств системы, где происходит компенсация инерционности и запаздывания основного контура управления. С этой целью сигнал Х> происходит через модель основного контура регулирования, представляющую собой последовательно соединенные

1513416

1. Адаптивная система управления потенциально опасным объектом, содержащая первый измеритель рассогласования, выход которого через последова-. тельно соединенные формирователь сигнала управления, объект управления, датчик регулируемой величины соединен с первым входом первого измерителя рассогласования, второй вход которого подключен к выходу ключа, управляющий вход которого соединен с выходом второго измерителя рассогласования, первый вход которого соединен с первым информационным входом ключа и с выходом блока ограничения скорости, первый вход которого подключен к второму входу второго измерителя рассогласования и к выходу первого сумматора, первый вход которого подключен к выходу блока коррекции порогового заданного значения по гармонической составляющей, первый, второй, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока оценки статистических параметров случайной и пе-. риодических составляющих, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами вычислительного блока, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, второй вход блока or раничения скорости соединен с выходом оптимизатора, подключенного входом к третьему входу блока ограничения скорости, к первому входу третьего измерителя рассогласования и к входу первого фильтра низкой частоты, выход которого соединен с вторым вхо" дом третьего измерителя рассогласования, подключенного выходом к входу первого квадратора, к входу дифференциатора. и к первому входу блока оцен-. ки статистических параметров случайной и периодических составляющих, второй, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходам второго фильтра низкой частоты, третьего фильтра низкой частоты и дифференциатора, выход дифференциатора соединен с входом второго квадратора, подключенного выходом к входу модели регулятора 29, объекта 30 и датчика 31 без запаздывания и модель

27 суммарного запаздывания, которые замкнуты цепью отрицательной обратной

5 связи, На выходе сумматора формируется сигнал Х„, равный сумме сигнала прогноза приращения из-за изменения Х з на время запаздывания вперед и сигнала регулируемой величины Х с выхода 1ð основного контура управления °

На вход модели основного контура, кроме сигнала Х поступает сигнал с выхода фильтра 33 высоких частот, обеспечивающий реальное ускорение протекания переходных процессов в объекте. Сигнал с выхода фильтра 33 высоких частот также поступает на вход сумматора 35, формирующего форсированное заданное значение Х, пос- 20

Ф тупающее на вход блока 7 ограничения скорости изменения, вход основного контура управления.

Таким образом, блок 34 устраняет вредное влияние запаздывания прогно- 25 зирующей коррекцией и влияние инерционности за счет введения форсирующего звена, ускоряющего протекание переходных процессов в объекте.

В начальный момент времени при 30 включении объекта 3 управления в работу пороговое заданное значение регулируемой величины Х „устанавливается на безопасном уровне, исключающем возникновение аварийной ситуации при наихудших из реально возможных внешних возмущений путем установки начальных условий фильтров 12 и 13 низкой частоты. При накоплении информации о случайном процесс X(t) в тече- 40 ние скользящего интервала значение

Х корректируется блоками 20 и 21 с учетом вероятностных свойств данного случайного процесса.

На входы блока 34 подаются началь- 45 ные условия с выхода датчика 4, объекта 3 и регулятора 2, которые обеспечивают плавный выход регулируемой координаты при включении объекта управления на заданное значение.

Система управления потенциально опасным объектом позволяет скомпенсировать запаздывание и инерционность в основном контуре управления, что повышает эффективность управления, а

55 также скорректировать заданное значение регулируемой координаты и точно оценить вероятность безаварийной работы адаптивной системы управления, что увеличивает надежность и эффек-. тивность работы системы.

Формула и зобретения

l2 матор „измеритель рассогласования, фильтр низкой частоты, причем первый вход блока соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с выходом блока,. первый вход блока соединен через фильтр низкой частоты с первым входом измерителя рассогласования, второй вход которого. связан с вторым входом блока, а выход соединен с вторым входом сумматора.

Составитель ЕаВласов

Техред И. Верес Корректор СаЧерни

Редактор И.Шулла

Заказ б 078/47 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 8-35, Раушская наб., д. 4/5

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

ll 151341 третьего фильтра низкой частоты, выход

Aepaoro квадратора соединен с входом второго фильтра низкой частоты, о т л и а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности и точности сис5

Темы в условиях действия на объект

Иеконтропируених вознущений, в нее ведены блок корреквии порогового аданного значения по постоянной сос- ð авляющей, блок Коррекции динамичесих свойств системы и второй суммаор, причем выход первого сумматора оединен с первым входом блока корекции порогового заданного значеия по постоянной составляющей, втоой вход и выход. которого соединены оответственно с выходом фильтра низой частоты и с вторым информационным ходом ключа, выход которого подклю- 2О ен к первому входу блока коррекции инамических свойств системы и к ервому входу второго сумматора, выход оторого соединен с четвертым входом лока ограничения скорости, третий вход 25 которого подключен к первому выходу лока коррекции динамических свойств истемы, второй выход которого соеди,нен с вторым входом второго сумма- ., тора и с третьим входом первого измерителя рассогласования, первый ход которого соединен с вторым вхо- . дом блока коррекции динамических свойств системы.

2. Система по.1., о т л и ч а ю—

Щ а я с я тем, что.блок коррекции йорогового заданного значения по постоянной составляющей содержит сум3. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок коррекции динамических свойств системы содержит фильтр высокой частоты, два измерителя рассогласования, модель регулятора, модель объекта, модель датчика и модель общего запаздывания, прчем первый вход блока соединен с первым входом первого измерителя рассогласования и с входом фильтра высокой частоты, выход которого соединен с вторым выходом блока и с вторым входом первого измерителя рассогласования, выход которого через последовательно соединенные. модель регулятора, модель объекта и модель датчика соединен с первым входом второго измерителя рассогласования и с входом модели общего запаздывания, выход которой соединен с третьим входом первого измерителя рассогласования и с вторым входом второго измерителя рассогласования, выход.и третий вход которого соединены соответствен-. но с первым выходом и вторым входом блока.