SU1164660A1 - Автоматическая система управления для объектов с запаздыванием - Google Patents

Description

Изобретение относится к системам автоматического управления для объектов с запаздыванием и может быть использовано, в частности, для автоматического управления теплоэнергети- $ ческими процессами теплоэлектростанций в широком диапазоне изменения нагрузки теплоэнергетических агрегатов, когда значительно изменяются основные параметры объекта, которыми являются щ время запаздывания и коэффициент усиления объекта.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия при отработке внешних возмущений, приложенных к вы-,₅ ходу объекта управления и расширение области применения.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемой автоматической системы управления; на фиг. 2 - ₂₀

функциональная схема блока подстройки.

Система содержит задатчик 1, суммирующий элемент 2, регулятор 3, объект 4 управления, состоящий из ₂₅ опережающего 5 и инерционного 6 звеньев, элемента 7 сравнения, элемента 8 задержки, первой 9 и второй 10 неполных моделей, блока 11 подстройки, корректирующее устройство 12 и датчик₃θ 13 нагрузки.

Блок 11 подстройки состоит из узла 14 компарации;· логического узла 15, блока. 16 усилителей, блока 17 реле и набора 18 резисторов.

Узел 14 компарации состоит из ή ³⁵ компараторов 19₁, 19^,..., 19_п. Логический узел 15 содержит п-1 элементов НЕ 20^, 20₂, ..., 20_п_1 и п-1 элементов И 2Ц, 21₂,..., 21_п--1 . Блок 17 реле состоит из п групп реле 22.,,· ⁴⁰ 22₂ ,. . ., 22„, каждая из которых состоит из к параллельно включенных реле 23^23 2,,..,23(.. Набор 18 резисторов состоит из η резисторных групп 24₁,24₇,..., 24_п из к резисторов каждый .

Регулятор 3 реализует пропорционально-интегральный закон регулирования .

50

Корректирующее устройство 12 предназначено для форсированной отработки сигнала рассогласования с выхода элемента 7 сравнения, который возникает либо при неадекватности полной 55 модели инерционного звена (последовательно соединенные элемент 8 задержки и первая неполная модель 9 объекта) и инерционного звена 6 объекта 4, либо при возмущении нагрузкой ί_ζ .

Его первый (информационный) вход подключен к выходу элемента 7 сравнения, второй вход (настроечный) - к четвертому выходу блока 11 подстройки, а выход - к третьему входу суммирующего элемента 2. Корректирующее устройство 12 может быть выполнено, например, как дифференциатор ДО1 ГСП "Каскад” .

На фиг. 1 схематически изображены также регулирующее воздействие х^,-, задающее воздействие х_9д, промежуточная х₃ и основная х регулируемые величины, сигнал х_ос основной обратной связи, соответственно возмущения на входе £₁ и выходе ΐ* опережающего звена 5 и на выходе £^ инерционного звена 6 объекта.

В основу построения автоматической системы управления для объектов с запаздыванием положен принцип упреждения запаздывания и компенсации инерционности при изменении задания и внутренних возмущениях £₁ путем . оптимизации настройки динамических параметров регулятора и двух неполных модулей объекта соответственно в контурах компенсации и учреждения в широком диапазоне изменения нагрузки с помощью беспоисков,ого алгоритма и формирования сйгнала рассогласования между выходом объекта и модели, обусловленного внешними возмущениями £₂ или неадекватностью модели и объекта.

Изображения сигналов основной обратной связи х_ос, контура компенсации инерционности Х_0С1 и контура

упреждения запаздывания хос	соответ
ственно равны ,·
^ос хрег(р)^оп ^ин ι.	0Ι.
Х0С1 х рег (Р )*оп -ι	; (И - — Ζ
хос2 (Р)^Рег(р)^0П

где М_Оп, И_ин - соответственно передаточные функции опережающего и инерционного звена объекта 4.

Изображения сигналов опережающего и инерционного звеньев 5 и 6 имеют вид Мр1*^хрег(р)™<,„ ·. О)

«(Р/еДР/Л,· (О

Компенсация инерционности имеет

место при равенстве (1) и (2), что

возможно при условии

1164660

Μ

ин

νν

ин.

Ί ' (6)

а упреждение запаздывания с минимальной среднеквадратичнойпогрешностью имеет место при

' ' ^1,1

где М обозначает модель·объекта.

Выражения (6) и (7) являются условиями настройки элемента 8 задержки первой и нторой неполных моделей 9 и 10 объекта.

Если условия (6) и (7). выполняются, то передаточную функцию регулятора 3 можно выбрать так, как если бы процесс не имел запаздывания. Фактически реакция системы будет в этом случае "задержанной’' версией реакции системы без запаздывания. Система будет работать с максимальной скорое- 20 тью и иметь лучшую реакции} (при этом же регуляторе) чем в случае, когда сигналы обратной связи учреждения , запаздывания и компенсации инерционности не используются.

Обозначим через з^и передаточные функции замкнутой системы по основной регулируемой величине X соответственно при возмущении заданием и нагрузкой 1₂ . После преобра-30 зований несложно получить следующие выражения:

10

15

25

V/,

%ег^№ол ^к«н

'‘"рег*»*

ОП НК

(в,

35

^Кин -Гр *

рег ’-оп "ин

^рег^оп _ο~Ζρ

40

(9)

ин

ί+νν «/ К регопмк

Для полной инвариантности необхо-. димо, чтобы выполнялось условие

(ю)

45

Λ Ξ0

или

Отсюда

ΚΧ·

г ______ 1

νί .. " ,

ЭА

-1.

(11,

(12,

50

При использовании в качестве корректирующего устройства дифференциа- 95 тора передаточная функция следующая :

V/

ку

(13,

Автоматическая система управления для объектов с запаздыванием работает следующим образом.

В установившемся режиме имеет место компенсация инерционности и учреждение-запаздывания. Ошибка регулирования с выхода суммирующего элемента 2:Е=0. Сигнал рассогласования с выхода элемента 7 сравнения находится в пределах.зоны нечувствительности корректирующего устройства 12. Регулируемая величина χ находится в пределах допустимой зоны регулирования.

При изменении х_зд с задатчиками 1 или £, на выходе суммирующего элемента 2 появляется ошибка регулирования, которая отрабатывается регулятором 3 через вторую неполную модель 10 объекта. Через время запаздывания сигнал с выхода первой неполной модели 9 будет иметь одинаковые значения с выходным сигналом объекта 4. Эти сигналы взаимно компенсируются в суммирующем элементе 2. Сигнал на выходе элемента 7 сравнения равен нулю.

Второй режим работы системы, связанный с изменением £₂, является более тяжелым, так как при изменении нагрузки объекта 4 сразу изменяет выходную регулируемую величину х. Изменение нагрузки приводит также к изменению параметров объекта (коэффициента усиления, времени разгона и времени запаздывания), которые изменяются примерно обратно пропорционально нагрузке, увеличиваясь с ее уменьшением. При изменении нагрузки датчик 13 вырабатывает соответствующий сигнал в блок 11 подстройки, который по жесткой программе перестраивает параметры регулятора 3, элемента 8 задержки, первой и второй неполных моделей 9 и 10 и корректирующего устройства 12.

Корректирующее устройство тем временем форсирует работу системы, формируя соответствующий сигнал, например, пропорциональный первой производной сигнала рассогласования с выхода элемента 7 сравнения, что способствует повышению точности и быстродействия при отработке ί₂. Качество работы системы улучшается примерно в 2 раза.

хЛ

1164660

Фиг.1

Фиг. 2

От датчика 12 нагрузки

Claims (1)

1. АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ, содержащая последовательно соединенные' задатчик, суммирующий элемент и регулятор, подключенный выходом к входу объекта управления, состоящего из последовательно соединенных опережающего звена и инерционного звена, выход инерционного звена подключен к первому входу элемента сравнения, выход опережающего звена объекта через последовательно соединенные элемент задержки и первую неполную' модель объекта подключен к второму входу элемента сравнения и через вторую неполную модель объекта - к второму входу суммирующего элемента, первый выход блока подстройки соединен с вторыми входами первой и второй неполных моделей объекта, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия при отработке внешних возмущений, приложенных к выходу объекта, и расширения области применения, она дополнительно снабжена корректирующим устройством и датчиком нагрузки, причем выход элемента сравнения через корректирующее устройство подключен к третье· му входу суммирующего элемента, четвертый и пятый входа которого соединены соответственно с выходами инерционного звена объекта и первой неполной модели объекта, а выход датчика нагрузки подключен к входу блока подстройки, второй, третий и четвертый выходы которого соединены со·⁴ ответственно с вторыми входами регулятора, элемента задержки й корректирующего устройства.

   $и,„ 1164660

   ι 1164660 2