Система автоматического управления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик ф

// --. аФ;"

«» °

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 390381 (23 ) 3259202/18-24

Р )М Кд з

G 05 В 13/04 с присоединением заявки НоГосударственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 82-50 (088.8) Опубликовано070782. Бюллетень М 25

Дата опубликования описания

В.A. Березовский, Н. В. Карпов, С.Т. Кузьмин, Б.И. Невзлин, Ф.А. Овсепян, В. П. Пушкарев, Н.С. Райбман, В.М. Слободкин, В.A.Tðàïåçíèêîâ и В.М.Чадеев (72) Авторы изобретения

Ордена Ленина институт проблем управления (71) Заявитель (5 4 ) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области автоматического управления и может быть применено для управления технологическими процессами, например, в нефтехимии и нефтепереработке, в ко- торых требуется поддержание заданного значения одного или нескольких параметров регулируемого технологического процесса или функции нескольких его параметров.

Изобретение относится к системам управления производственными процессами, у которых требуется длительное поддержание определенного значения выходного параметра в условиях., когда изменяются входные параметры и некоторые свойства управляемого технологического процесса. Система может быть использована в технологических . процессах, в которых циклически повторяются определенные операции (производство большого количества одинаковых изделий . прокатка труб, отливка шин) или для непрерывных технологических процессов (полимериэация, ректификация, крекинг).

Известна система автоматического управления, содержащая объект управления, датчик и регулятор регулирующе .о параметра и датчик выходного параметра (11 .

Недостаток этой системы - низкая дийамическая точность и большая длительность переходных процессов, особенно при регулировании инерционных объектов и объектов с запаэдЫванием, когда имеются большие и частые возмущения на входе.

Наиболее близкой цо технической сущности к предлагаемой, является система автоматического управления, содержащая объект управления, блок датчиков входных неуправляемых параметров, регулятор и.датчик регулирующего параметра, датчик выходного параметра и первый вычислитель -выходного параметра, первый вход которого соединен с блоком датчиков входных неуправляемых параметров, первый прерыватель, первый блок сравнения, управляющий таймер и формирователь сигнала управления, причем выход формирователя сигнала управления соединен с непосредственным входом первого прерывателя, выход которого соединен с первым входом регулятора, второй вход которого соединен с дат õîì регулирующего параметра, а выход соединен .со входом объекта управ941931 ления, ко входу формироватепя сигнала управления подключен также вход первого блока сравнения, выход которого соединен с входом управляющего таймера, первый выход которого соединен с управляемым входом первого прерывателя $2J .

Недостаток известной системы состоит в низкой .статической точности иэ-за того, что используемый в ней формирователь сигнала управления вырабатывает эти сигналы с погрешностью> поскольку в свою очередь работает с вычислителем выходного параметра, который осуществляет свою функцию с погрешностью. Статическая точность еще более понижается в условиях больших возмущений на входе и при изменениях свойств управляемого объекта.

Точность регулирования при применении могла быть повышена за счет использования бЬлее сложного вычисли-2О теля выходной величины, использующе-. го более сложную .зависимость выходной величины, включающей большее ко" личество входных неуправляемых параметров. Однако, кроме усложнения сис-25 темы удлиняется время, необходимое для формирования сигналов управления, что в свою очередь, затягивает процесс управления и снижает его точность. 3О

Этот недостаток становится особенно очевидным, если учесть, что используемая упомянутая зависимость может и даже должна быть адаптивной.

Как известно, объем информации и вре-35 мя, необходимое для корректировки адаптивной зависимости, растут значительно быстрее, чем растет число учтенных в зависимости параметров.

В такой же степени возрастает слож- 40 ность элементов, системы и общая стоимост ь

Цель изобретения — повышение точности управления. поставленная цель достигается тем, 45 что система содержит второй вычислитель выходного параметра, первый вход которого соединен с блоком датчиков входных неуправляемых параметров, второй, третий и четвертый прерыватели, переключатель, второй, третий и четвертый блоки сравнения, причем выход переключателя соединен с входом упомянутого формирователя сигнала управления, входы переключателя соединены с выходами первого и второго вычислителей выходного параметра, а управляющий вход переключателя через четвертый прерыватель соединен с выходом четвертого блока сравнения, входы которого соединены 60 с выходами второго и третьего блоков сравнения, первые входы которых соединены с датчиком выходного параметра, второй выход управляющего таймера соединен с управляемым входом 65 четвертого прерывателя, второй вход второго блока сравнения соединен с выходом первого вычислителя выходно-. го параметра, а второй вход третьего блока сравнений соединен с выходом второго вычислителя выходного параметра, вторые входы первого и второго вычислителей соединены с выходом формирователя сигнала .Управлеиия через второй и третий прерыватели соответственно,управляемые входы которых соединены с третьим выходом управляющего таймера.

Таким образом, в связи с введением дополнительного (или дополнительных) вычислителя определение ожидаемых значений выходной величины осуществляют по различным зависимостям выходной величины от разных комбина- ций входных неуправляемых и управляющих параметров и учитывающим разные нелинейности в управляемом процессе, периодически в .блоках сравнения определяют рассогласование ожидаемых значений выходной величины с действительным ее значением на выходе процесса и выделяют из ожидаемых значений выходной величины то, рассогласование которой с действительным значением оказалось наименьшим и с .помощью переключателя, соединяя формирователь с вычислителем выходного параметра, дающим большую точность прогнозирования, формирование сйгнала управления осуществляют по выделенному ожидаемому значению выходного параметра.

Управление осуществляется не по одной модели, описывающей сложный технологический процесс по всей пространственно-временной области, а используется дополнительная (или дополнительные) модель, причем каждая иэ моделей адекватно описывает управ-. ляемый технологический процесс в своей части пространственно-временной области. Управление по таким коротким моделям сокращает время на формирование управляющего воздействия и улучшает тем самым точность характеристики технологического динамического процесса. Эффективность этого способа управления еще больше воэ— растает, когда необходимо проводить адаптацию упомянутых моделей,так как адаптировать несколько коротких моделей несравненно легче и быстрее, чем одну длинную модель.

Определение ожидаемых значений выходной величины по различным зависимостям выходной величины от разных комбинаций, входных неуправляемых и управляющих параметров,и учитывающим разные нелинейности в управляемом процессе, позволяет осуществлять выбор из всех комбинаций наиболее подходящей (обеспечивающей наивысшую точность) на данном этапе управления.

941931

В то же время каждая отдельная комбинация входных параметров, может оставатся достаточно простой и корот.кой, допуская реализацию на специализированных малых вычислительных устройствах, обеспечивая, тем самым, уменьшение стоимости и повышение жи,вучести системы.

Таким образом, применение набора разных зввисимостей позволяет использовать при управлении сложным произ- 0 водстненным процессом более точные сведения о статических и динамических характеристиках объекта в конкретной области изменений входных параметров. 15

На чертеже схематично изображена предложенная система.

Система содержит объект 1 управления, регулятор 2 регулирующего параметра, первый и второй вычислители

3 и 4 выходного параметра, формирователь 5 сигнала управления, первый, второй, третий и четнерый блоки 6, 7, 8, и 9 сравнения, переключатель

10, управляющий таймер 11, первый, второй, третий и четвертый прерывате- 5 ли 12,13,14 и 15, датчик 16 регулирующего параметра, датчик 17 выходного параметра, блок 18 датчиков входных неуправляемых параметров.

Неуправляемые входные параметры 30 и регулирующий параметр поступают на нходы объекта 1. Выход датчика 16 регулирующего параметра соединен с первым входом регулятора 2. Выход блока 18 датчиков входных неуправляе-35 мых параметров соединен со нторым входом первого вычислителя 3 выходного параметра, а первый вход этого вычислителя через второй прерыватель

13 соединен с выходом формирователя 4()

5 сигнала управления. Этот же выход формирователя 5 сигнала. управления через первый прерыватель 12 соединен со вторым входом регулятора 2, а через третий прерыватель 14 соединен с перным входом второго вычислителя выходного параметра 4. Выходы вычислителей 3 и 4 подсоединены ко входам переключателя 10, выход которого соединен со входами формирователя 5 сиг-5 нала управления и первого блока 6 сравнения. Выход блока 6 соединен с входом управляющего таймера 11. Таймер

11 имеет три выхода: первый выход соединен с управляющим входом первого прерывателя 12,. второй — с управляющим входом четвертого прерывателя 15,третий — с управляющими входами второго и третьего прерывателей 13 и 14 .,Выход датчика 17. выходного параметра соединен с первыми входами второго и 60 третьего блоков 7 и 8 сравнения.Ко второму входу второго блока 7 сравнения подключен выход перного вычислителя 3 выходного параметра, а ко второму входу третьего блока 8 срВВНВ» 65 ния подключен выход второго вычислителя 4 выходного параметра. Выходы второго и третьего блоков 7 и 8 сравнения соединены с входами четвертого блока 9 сравнения, выход которого соединен со входом четвертого прерывателя 15..

Блоки системы реализованы следующим образом.

Регулятор 2 регулирующего парамет- ра и формирователь 5 сигнала управле" ния — обычные пневматические ПИ-регуляторы типа ПРЗ.31; первый и четвертый блоки 6 и 9 сравнения — обычные пневматические двухпозИционные регуляторы типа ПР 1.5, выход. которых равен

О, если переменная больше .задания и

1, если наоборот; второй и третий блоки 7 и 8 сравнения — сумматоры,например типа. ПФ1.1, или интеграторы рассогласованияу прерыватели 12, 13, 14 и 15 обычные запорные клапаны с мембранами приводами. Переключатель

10 — управляемый трехходоной кран, который при- поступлении на его управляющий вход сигнала 1 сообщает с первым каналом второй, а при снятии сигнала — третий. Управляющий таймер

11 — командный прибор с несколькими выходами и может быть выполнен в виде КЭПП-12У с той разницей, что вместо ручного электровыключателя, в него встроена пневмоэлектрокнопка со. схемой самоподхната для пуска прибора, и контакт, который отключает сам таймер после каждого цикла и, наконец, вычислители выходного параметра. 3 и

4 — объединение блоков суммирования, умножения на постоянный коэффициент и перемножения сигналов в сочетании со звеньями задержки, конкретная структура и параметры которого предопределены выбранным видом управления для моделирования объекта.

В тех случаях, когда задача управления состоит не в стабилизации выходного параметра на заданном уровне, а в оптимизации управляемого объекта, формирователь 5 сигнала управления может быть выполнен н виде экстремального регулятора (возможно, многоканального) или в виде микроЭВМ, реализующий один из известных алгоритмов поиска оптимума (градиентный спуск, симплекс — метод и т.д.). В этом случае переключатель 10 и первый блок

6 сравнения также удобно выполнить в виде микропроцессоров. Управляющий таймер 11 также не обязательно выполнять н виде КЭПП-12У вЂ” это может быть любой циклически работающий прибор, замыкающий различные контакты через заданные интервалы времени.

Система работает следующим образом.

Начнем рассмотрение в тот момент, когда перный и четвертый прерыватели

12 и 15 - закрыты,. а второй и тре941931 тий прерыватели 13 и 14 - открыты.

Пусть при этом переключатель 10 сооб-. щает вход формирователя 5 сигнала управления с выходом второго вычислителя 4 выходного параметра, а управляющий таймер.11 - выключен аэто означает, что на входе первого блока

6 сравнения имеется рассогласование больше порогового, а на выходенуль). Формирователь 5 сигнала управления изменяет свой выход до тех пор,1О пока выход второго вычислителя 4 выходного параметра не .сравняется с заданием системы. В этот момент сигнал на выходе первого блока 6 сравнения становится единицей и включается 15 управляемый таймер 11. Управляемый таймер 11 на короткое время открывает первый прерыватель 12 и регулятор 2 регулирующего параметра получает новое задание, которое далее сохраняет-ъ0 ся и отрабатывается, а потом управляе мый таймер 11 закрывает первый прерыватель 12. Немедт енно вслед за этим закрываются второй и третий прерынатели 13 и 14, и через некоторое время 5 на короткое время открывается четвертый прерыватель 15, который пропускает на управляющий вход переключателя 10 значение выходного сигнала четвертого блока 9 сравнения, имевшееся там в это нремя и немедленно вслед за (этим снова открывает нторой и третий прерыватели 13 и 14 и выключается управляемый таймер 11. Блок 9 сравнения имеет на выходе но время коротко-

ro открывания четнертого прерывателя

l5 нуль или единицу в зависимости от того, выход какого иэ блоков 7 и 8 сравнения больше, т.е. в зависимости от того, выход какого из двух вычислителей 3 и 4 выходного параметра окажется точнее. Переключатель 10 подключает на вход формирователя 5 сигнала Управления именно этот блок (т.е. один из двух — 3 или 4).Открывается замкнутый контур, например 45 вычислитель 3 выходного параметра,йа входы которого поступают те же входы, что и на объект, формирователь 5 сигнала упранления и совершается процесс подбора нужного значения выхода ФОр 50 мирователя 5 сигнала управления, т.е. уставки регулятора регулирующего параметра. Как только он закончится, первый блок 6 сравнения снова включит управляемый таймер ll и т.д. Я

Таким образом, введение дополнительных элементов позволяет повысить, точность управления. Как показал опыт, использование моделей для нахождения заданий регуляторам регули- 60 рующих параметров процессов нефтепереработки позволит получить экономический эффект в размере 600 тыс.руб. н год на комбинированной установке переработки нефти, а fIo всей отрасли 65 ожидаемый экономический эффект превышает 1 млн.руб. н год.

Формула изобретения

Система автоматического управления содержащая объект управления, блок датчиков входных неуправляемых параметров, регулятор и датчик регулирующего параметра; датчик выходного параметра и первый вычислитель .выходного параметра, первый. вход которого соединен с блоком датчиков входных неуправляемых параметров, первый прерыватель, первый блок сравнения, управляющий таймер и формирователь сигнала управления, причем выход формирователя сигнала управления соединен с непосредствейным входом первого прерывателя, выход которого соединен с первым входом регулятора, нторой вход которого соединен с датчиком регулирующего параметра, а выход соединен с входом объекта управления, к входу формирователя сигнала управления подключен также вход. первого блока сравнения, выход которого" соединен с входом управляющего таймера, первый выход которого соединен с упранляемым входом первого прерывателя, о т л ичающая с я тем, что, с целью повышения точности управления, система содержит второй вычислитель выходного параметра, первый вход которого соединен с блоком датчиков входных неуправляемых параметрон, второй, третий и четнертый прерыватели, переключатель, второй,третий и четвертый блоки сравнения,причем выход переключателя соединен со входом упомянутого формирователя сигнала управления, входы переключателя соединены с выходами первого и второго вычислителей выходного параметра, а управляющий вход переключателя через четвертый прерыватель соединен с выходом четнертого блока сравнения, входы которого соединены с выходамй второго и третьего блоков сравнения, первые входы которых соединены с датчиком выходного параметра, второй выход управляющего таймера соединен с управляемым входом четвертого прерывателя, второй вход второго блока сравнения соединен с выходом

nepsoro вычислителя выходного параметра, а второй вход третьего блока сравнения соединен с выходом второго вычислителя выходного параметра,вторые входы первого и второго вычислйтелей соединены с выходом формирователя сигнала управления через второй и третий прерыватели соответственно, .управляемые входы которых соединены .с третьим выходом управляющего таймера.

941931

Составитель А.Лащев

Редактор Г.Волкова Техред К.Мыцьо Корректор М.Шарохин

Заказ 4836/35 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1.13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал IIIIII Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Мееров М.В., Михайлов Ю.Н. и

Фридман В.Г. Основы автоматического управления. М.,"Недра", 1972, с. 10, рис. 1. 4. и с. 17, рис. 1126.

2.Авторское свидетельство СССР

9. 382076, кл. G. 05 D 127/ОО у 1973

5 (прототип) .