Супервизорный изодромный пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор

Авторы патента:

Предлагаемое техническое решение относится к автоматическому регулированию, а именно к супервизорным изодромным пропорционально- интегрально- дифференциальным устройствам управления, и может быть использовано при автоматизации различных технологических процессов. Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении качества регулирования (за счет реализации супервизорного режима) и расширении функциональных возможностей при настройке регулятора. Простыми средствами решается задача отработки (одновременно) с высоким качеством и задающего и возмущающего воздействий, а также повышается удобство настройки регулятора:

- возможна независимая настройка каждой составляющей закона регулирования (пропорциональной, интегральной и дифференциальной),

- а также отдельная настройка общего коэффициента передачи регулятора, а, значит, и коэффициента передачи всей системы регулирования.

Супервизорный изодромный пропорционально- интегрально- дифференциальный регулятор содержит первое, второе и третье динамические звенья, параллельно соединенные усилитель, интегратор и дифференциатор, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого является выходным каналом регулятора, входы усилителя, интегратора и дифференциатора подключены к выходам соответственно первого, второго и третьего элементов сравнения, первые плюсовые входы которых подключены к каналу задания соответственно через первое, второе и третье динамические звенья, также дополнительно масштабирующий усилитель и четвертый элемент сравнения, выход которого через масштабирующий усилитель соединен со вторыми плюсовыми входами первого, второго и третьего элементов сравнения, плюсовой и минусовой входы четвертого элемента сравнения подключены соответственно к каналу задания и каналу регулируемого параметра. 1 н.п.ф. 1 илл.

Техническое решение относится к автоматическому регулированию, а именно к супервизорным изодромным пропорционально- интегрально-дифференциальным (ПИД) регуляторам, позволяющим одновременно с высоким качеством отрабатывать и задающее и возмущающее воздействия, и может быть использовано при автоматизации различных технологических процессов.

Известны системы связи электронно-вычислительной машины (ЭВМ) с пневматическими регуляторами, содержащие, в частности, регуляторы, аналоговые ячейки памяти (динамические звенья) [авт. свид. СССР 1341617, кл. G05B 15/00, Бюл. изобр. 36, 1987], предназначенные для работы в супервизорном режиме.

Известны устройства регулирования, содержащие, в частности, регулятор и инерционное (динамическое) звено в задающем канале [авт. свид. СССР 1486986, кл. G05B 15/00, Бюл. изобр. 22, 1989], которые могут работать в специальных режимах, в том числе и супервизорном режиме.

Однако такие системы и устройства обладают сложной конструкцией и не обеспечивают коррекцию (а, следовательно, и высокого качества) работы в супервизорном режиме всех составляющих (в частности, интегральной и дифференциальной) закона регулирования, когда задающее воздействие подается от внешнего задатчика (регулятора, ЭВМ и т.п.) и может изменяться произвольным образом, в том числе и скачкообразно.

Известны также широко применяемые на практике пропорционально- интегральный (ПИ) и пропорционально- интегрально- дифференциальный (ПИД) регуляторы с общим коэффициентом передачи K_P для различных составляющих закона регулирования пропорциональной, интегральной и/или дифференциальной со следующими параметрами настройки [книга: Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования: Справочник/ Под ред. А.С. Клюева. - М.: Энерго-атомиздат, 1989, стр. 78, рис. 3.4,б; стр. 80, формула (3.32)]:

T_ИЗ - постоянная времени изодрома или просто время изодрома (параметр настройки интегральной составляющей такого закона регулирования по терминологии заводов-изготовителей);

T_ПВ - постоянная времени предварения или просто время предварения (параметр настройки дифференциальной составляющей такого закона регулирования).

Однако такие известные изодромные ПИ- и ПИД-регуляторы не предназначены для работы в супервизорном режиме, что не позволяет одновременно с высоким качеством отрабатывать и задающее и возмущающее воздействия. Это не позволяет добиться значительного улучшения качества регулирования.

Известен супервизорный пропорционально- интегрально- дифференциальный регулятор, содержащий первое, второе и третье динамические звенья, а также параллельно соединенные усилитель, интегратор и дифференциатор, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого является выходным каналом регулятора, а также первый, второй и третий элементы сравнения, первые плюсовые входы которых подключены к каналу задания соответственно через первое, второе и третье динамические звенья, выходы первого, второго и третьего элементов сравнения соединены с входами соответственно усилителя, интегратора и дифференциатора [патент РФ 2157558, МПК7 G05B 11/36, Бюл. изобр. 28, 2000].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является супервизорный пропорционально- интегрально- дифференциальный регулятор, содержащий первое, второе и третье динамические звенья, параллельно соединенные усилитель, интегратор и дифференциатор, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого является выходным каналом регулятора, входы усилителя, интегратора и дифференциатора подключены к выходам соответственно первого, второго и третьего элементов сравнения, первые плюсовые входы которых подключены к каналу задания соответственно через первое, второе и третье динамические звенья [патент РФ 94004 на полезную модель, МПК8 G05B 11/36. - Опубл.: 10.05.2010 г.].

Однако эти известные супервизорные пропорционально- интегрально- дифференциальные (ПИД) регуляторы не обеспечивают отдельной настройки общего коэффициента передачи регулятора, а, значит, и коэффициента передачи всей системы регулирования, что снижает удобство настройки и применения регуляторов. При необходимости изменения коэффициента передачи всей системы регулирования приходится одновременно изменять все три параметра настройки пропорциональной (П), интегральной (И) и дифференциальной (Д) составляющих закона регулирования.

Настоящее техническое решение решает задачу повышения качества регулирования технологических параметров за счет реализации супервизорного режима и расширения функциональных возможностей при настройке регулятора. Регулятор способен отработать (одновременно) с высоким качеством и задающее и возмущающее воздействия, а также повышает удобство настройки систем регулирования:

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом супервизорном изодромном пропорционально- интегрально- дифференциальном регуляторе, содержащем первое, второе и третье динамические звенья, параллельно соединенные усилитель, интегратор и дифференциатор, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого является выходным каналом регулятора, входы усилителя, интегратора и дифференциатора подключены к выходам соответственно первого, второго и третьего элементов сравнения, первые плюсовые входы которых подключены к каналу задания соответственно через первое, второе и третье динамические звенья, дополнительно введены масштабирующий усилитель и четвертый элемент сравнения, выход которого через масштабирующий усилитель соединен со вторыми плюсовыми входами первого, второго и третьего элементов сравнения, плюсовой и минусовой входы четвертого элемента сравнения подключены соответственно к каналу задания и каналу регулируемого параметра.

На Фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого изодромного ПИД-регулятора с коррекцией всех составляющих закона регулирования по каналу задания.

Супервизорный изодромный пропорционально- интегрально- дифференциальный регулятор содержит параллельно соединенные усилитель 1, интегратор 2, дифференциатор 3, выходы которых соединены с входами сумматора 4, выход которого подключен к выходному каналу регулятора 5, а входы усилителя 1, интегратора 2, дифференциатора 3 подключены к выходам соответственно первого 6, второго 7 и третьего 8 элементов сравнения, первые плюсовые входы которых соединены с выходами соответственно первого 9, второго 10 и третьего 11 динамических звеньев, входы которых подключены к выходу канала задания 13, вторые плюсовые входы первого 6, второго 7 и третьего 8 элементов сравнения подключены к выходу масштабирующего усилителя 15, вход которого соединен с выходом четвертого элемента сравнения 14, плюсовой и минусовой входы которого подключены соответственно к каналу задания 13 и каналу регулируемого параметра 12.

Супервизорный изодромный пропорционально- интегрально- дифференциальный регулятор работает следующим образом.

При подавлении возмущающего воздействия в автоматической системе регулирования задание Y_ЗДН постоянно, и, следовательно, выходные сигналы динамических звеньев 9-11 тоже являются постоянными и не влияют на выходной сигнал U регулятора. При этом изменение выходного сигнала U (чтобы скомпенсировать возмущающее воздействие) зависит только от регулируемого параметра (сигнал Y) и блоков 1-3 с оптимальными настройками (оптимальными для компенсации только возмущающего воздействия в АСР).

При отработке задающего воздействия Y_ЗДН на плюсовой вход каждого элемента сравнения 6-8 поступает скорректированный сигнал задания с выхода соответствующего динамического звена 9, 10 или 11. Параметры корректирующих динамических звеньев 9-11 подбираются таким образом, чтобы исходный (блоки 1-3) ПИД-регулятор (с неоптимальными настройками для отработки задающего воздействия, но с оптимальными - для подавления возмущающего воздействия) качественно отработал и задающее воздействие.

Предлагаемый супервизорный изодромный ПИД-регулятор обеспечивает настройку общего коэффициента передачи K₀ масштабирующего усилителя 15, а, значит, и коэффициента передачи всей системы регулирования, что повышает удобство настройки и применения регуляторов. В известных супервизорных ПИД-регуляторах при необходимости изменения коэффициента передачи всей системы регулирования приходилось одновременно изменять все три параметра настройки П-, И- и Д-составляющих закона регулирования. В то же время при необходимости независимой настройки параметров каждой составляющей закона регулирования (пропорциональной K_Р, интегральной T_ИЗ и дифференциальной T_ПВ) достаточно соответственно изменить параметры звеньев 1, 2 или 3.

По сравнению с известными, предлагаемый супервизорный изодромный регулятор позволяет обеспечить существенное улучшение динамических характеристик систем регулирования технологических параметров при отработке возмущений по различным каналам, а также расширить функциональные возможности автоматических систем регулирования при их настройке. Предлагаемый супервизорный изодромный регулятор имеет простую настройку общего коэффициента передачи и, следовательно, коэффициента передачи всей системы регулирования, что повышает удобство настройки и расширяет область применения этих регуляторов.

Предлагаемый супервизорный изодромный ПИД-регулятор можно выполнить на элементах цифровой и микропроцессорной техники, и даже на элементах и модулях промышленной пневмоавтоматики его реализация не вызывает затруднений.

Супервизорный изодромный пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, содержащий первое, второе и третье динамические звенья, параллельно соединенные усилитель, интегратор и дифференциатор, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого является выходным каналом регулятора, входы усилителя, интегратора и дифференциатора подключены к выходам соответственно первого, второго и третьего элементов сравнения, первые плюсовые входы которых подключены к каналу задания соответственно через первое, второе и третье динамические звенья, отличающийся тем, что в него дополнительно введены масштабирующий усилитель и четвертый элемент сравнения, выход которого через масштабирующий усилитель соединен со вторыми плюсовыми входами первого, второго и третьего элементов сравнения, плюсовой и минусовой входы четвертого элемента сравнения подключены соответственно к каналу задания и каналу регулируемого параметра.

Похожие патенты: