Самонастраивающаяся система автоматического управления нестационарным технологическим объектом

Полезная модель относится к регулируемым и управляющим системам общего назначения, в частности, к самонастраивающимся системам управления сложными технологическими процессами, реализованным на микропроцессорной элементной базе.

Сущность п.м.: система снабжена блоком автоматического управления, двумя дополнительными блоками позиционирования и подключенными последовательно к запрещающему выходу упомянутого элемента сравнения тремя дополнительными элементами сравнения, при этом первые два дополнительных элемента сравнения разрешающими выходами через входы, соответственно, первого и второго блоков позиционирования подключены к блоку принятия решения, который через блок автоматического управления подключен к запрещающему выходу третьего дополнительного элемента сравнения, разрешающим выходом подключенного через второй блок позиционирования к блоку принятия решения.

Полезная модель относится к регулируемым и управляющим системам общего назначения, в частности, к самонастраивающимся системам управления сложными технологическими процессами, реализованным на микропроцессорной элементной базе.

Известна система автоматического управления (САУ) нестационарным объектом n-го порядка, содержащая объект, подключенный входом через усилитель мощности к выходу сумматора, элемент сравнения, подсоединенный одним входом через модель-эталон к задатчику, другим входом к выходу объекта и выходом ко входу интегрального регулятора, два дифференцирующих фильтра и суммирующего усилителя, который подключен к выходом ко второму входу своего дифференцирующего фильтра - патент РФ №2150728, кл. G 05 В 17/00, 2000.

Однако такая САУ может не обеспечить заданную точность управления такими объектами из-за широкого диапазона изменения коэффициента усиления и неустойчивый режим фазификации, а также трудность идентификации значения физической величины при малых значениях функции принадлежности. Кроме того, с помощью существующих программных и схемотехнических средств режимы с малыми значениями функций принадлежности трудны в реализации.

Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранная в качестве прототипа самонастраивающаяся система автоматического управления нестационарным технологическим объектом, содержащая задатчик рабочих команд, подсоединенный к элементу сравнения, который вырабатывает сигнал рассогласования, равный разнице задающего сигнала и текущего значения задающей величины, и блок позиционирования, подключенный входом к разрешающему выходу элемента сравнения, а выходом - к блоку принятия решения граничного значения алгоритма фазификации, образующие

канал автоматического управления в режиме граничного состояния - см., например, патент РФ №2230450, кл. G 05 В 13/00, опубл. 10.06.2004.

К недостаткам такой системы следует отнести недостаточную точность срабатывания системы в пограничных режимах регулирования, сложность и ее инерционность.

Сущность заявляемой полезной модели выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого предлагаемой полезной моделью технического результата.

Техническим результатом от использования предложенной полезной модели является повышение точности, технологичности и устойчивости, в том числе и переходного процесса в системах автоматического регулирования.

Указанный технический результат достигается тем, что самонастраивающаяся система автоматического управления нестационарным технологическим объектом, содержащая задатчик рабочих команд, подсоединенный к элементу сравнения, который вырабатывает сигнал рассогласования, равный разнице задающего сигнала и текущего значения задающей величины, и блок позиционирования, подключенный входом к разрешающему выходу элемента сравнения, а выходом - к блоку принятия решения граничного значения алгоритма фазификации, образующие канал автоматического управления в режиме граничного состояния, снабжена блоком автоматического управления, двумя дополнительными блоками позиционирования и подключенными последовательно к запрещающему выходу упомянутого элемента сравнения тремя дополнительными элементами сравнения, при этом первые два дополнительных элемента сравнения разрешающими выходами через входы, соответственно, первого и второго дополнительных блоков позиционирования подключены к блоку принятия решения, который через блок автоматического управления подключен к запрещающему выходу третьего дополнительного элемента сравнения, разрешающим выходом подключенного через второй дополнительный блок позиционирования к блоку принятия решения.

Заявленная совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи к достигаемому результату.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники.

Предложенное устройство является промышленно применимым, т.к. может быть реализовано существующими техническими средствами.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности полезной модели.

Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.

На чертеже представлена функционально-логическая блок-схема предложенной САУ. повышения точности, устойчивости и технологичности регулирования.

САУ на примере газового реактора функционально содержит четыре оператора 2, 3, 4, 5 условного перехода и шесть задатчиков-операторов 1, 6, 7, 8, 9, 10 рабочих команд, причем оператор 2 (элемент сравнения) предназначен для сравнения с помощью жесткого неравенства числового значения функции принадлежности терма «Нижний уровень давления» (Р_нижн ) лингвистической переменной Р «Давление газа в реакторе» с числовым значением функции принадлежности терма «Номинальный уровень давления» (Р _ном) той же лингвистической переменной.

Оператор 2 (элемент сравнения) подключен к выходу оператора 1 рабочих команд (задатчика рабочих команд) и своим запрещающим выходом подключен к оператору 3 (первому дополнительному элементу сравнения) и к входу оператора 6 (блока позиционирования).

Оператор 3 (первый дополнительный элемент сравнения) предназначен для сравнения с помощью жесткого неравенства числового значения функции принадлежности терма «Верхний уровень давления» (Р_верхн ) лингвистической переменной Р «Давление

газа в реакторе» с числовым значением функции принадлежности терма «Номинальный уровень давления» (Р _ном) той же лингвистической переменной.

Оператор 3 (первый дополнительный элемент сравнения) установлен на запрещающем выходе «Нет» оператора 2 (упомянутого элемента сравнения) и на входе операторов 4 (второго дополнительного элемента сравнения) и 7 (первый дополнительный блок позиционирования).

Оператор 4 (второй дополнительный элемент сравнения) предназначен для сравнения с помощью мягкого неравенства числового значения функции принадлежности терма «Номинальный уровень давления» (Р _ном) лингвистической переменной Р «Давление газа в реакторе» с числовым значением функции принадлежности терма «Нижний уровень давления» (Р_нижн ) той же лингвистической переменной.

Оператор 4 (второй дополнительный элемент сравнения) установлен на запрещающем выходе «Нет» оператора 3 (первого дополнительного элемента сравнения) и на входе операторов 5 (третьего дополнительного элемента сравнения) и 8 (второго дополнительного блока позиционирования).

Оператор 5 (третий дополнительный элемент сравнения) предназначен для сравнения с помощью мягкого неравенства числового значения функции принадлежности терма «Номинальный уровень давления» (Р _ном) лингвистической переменной Р «Давление газа в реакторе» с числовым значением функции принадлежности терма «Верхний уровень давления» (Р_верхн ) той же лингвистической переменной.

Оператор 5 (третий дополнительный элемент сравнения) установлен на запрещающем выходе «Нет» оператора 4 (второго дополнительного элемента сравнения) и на входе операторов 8 (второго дополнительного блока позиционирования) и 9 (блок автоматического управления).

Операторы 1 (задатчик рабочих команд) и 10 (блок принятия решения) представляют собой операторы рабочих команд «Начало» и «Окончание» алгоритма фазификации, оператор 6 (блок позиционирования) - «Идентифицировать четкое текущее значение давления Р термом Р_нижн », оператор 7 (первый дополнительный блок позиционирования) - «Идентифицировать четкое текущее значение давления Р термом Р _верхн», оператор 8 (второй дополнительный блок позиционирования) - «Идентифицировать четкое текущее значение давления Р термом Р_ном», оператор 9 (блок автоматического управления) - «Блокировать управление».

Предлагаемая САУ работает следующим образом.

По рабочей команде оператора 1 инициируется поиск терма с наибольшим значением функции принадлежности, соответствующей текущему четкому значению физической величины. С помощью оператора 2 определяется, что больше: или .

Если , то по разрешающей ветви «Да» управление передается оператору 6, который текущее четкое значение физической величины Р преобразует (фазифицирует) в терм Р_нижн лингвистической переменной Р, после чего управление передается оператору 10 на окончание процесса фазификации.

В случае оператор 2 по запрещающей ветви «Нет» управление передает оператору 3, который определяет, что больше: или .

Если , то по разрешающей ветви «Да» управление передается оператору 7, который текущее четкое значение физической величины Р преобразует (фазифицирует) в терм Р_верхн лингвистической переменной Р, после чего управление передается оператору 10 на окончание процесса фазификации.

В случае оператор 3 по запрещающей ветви «Нет» управление передает оператору 4, который, в свою очередь, определяет, что больше: или , a также анализирует эти величины на равенство.

Если , то по ветви «Да» управление передается оператору 8, который текущее четкое значение физической величины Р преобразует (фазифицирует) в терм Р_ном лингвистической переменной Р, после чего управление передается оператору 10 на окончание процесса фазификации.

В случае оператор 4 по запрещающей ветви «Нет» управление передает оператору 5, который, в свою очередь, определяет, что больше: или , a также анализирует эти величины на равенство.

Если , то по разрешающей ветви «Да» управление передается оператору 8, который текущее четкое значение физической величины Р преобразует (фазифицирует) в терм Р_ном лингвистической переменной Р, после чего управление передается оператору 10 на окончание процесса фазификации.

В случае оператор 5 по запрещающей ветви «Нет» управление передает оператору 9, который из-за выхода физической величины за пределы допустимых значений блокирует процесс фаззификации и включает аварийную сигнализацию, после чего управление передается оператору 10 на окончание процесса фаззификации.

Использование данной САУ позволяет повысить точность и устойчивость нечетких систем автоматического регулирования, используемых для управления сложными технологическими объектами, процессы в которых описываются нелинейными интегро-дифференциальными уравнениями высокого порядка.

Такие системы управления находят все большее применение в машиностроении (станкостроение, авиастроение, робототехника, космическая и автомобильная отрасли), пищевой, нефтяной и газовой промышленности в тех случаях, когда объект управления не имеет приемлемой классической математической модели.

Таким образом, предложенная САУ обеспечивает повышение точности, устойчивости и технологичности регулирования.

Самонастраивающаяся система автоматического управления нестационарным технологическим объектом, содержащая задатчик рабочих команд, подсоединенный к элементу сравнения, который вырабатывает сигнал рассогласования, равный разнице задающего сигнала и текущего значения задающей величины, и блок позиционирования, подключенный входом к разрешающему выходу элемента сравнения, а выходом - к блоку принятия решения граничного значения алгоритма фазификации, образующие канал автоматического управления в режиме граничного состояния, отличающаяся тем, что система снабжена блоком автоматического управления, двумя дополнительными блоками позиционирования и подключенными последовательно к запрещающему выходу упомянутого элемента сравнения тремя дополнительными элементами сравнения, при этом первые два дополнительных элемента сравнения разрешающими выходами через входы, соответственно, дополнительных первого и второго блоков позиционирования подключены к блоку принятия решения, который через блок автоматического управления подключен к запрещающему выходу третьего дополнительного элемента сравнения, разрешающим выходом подключенного через второй дополнительный блок позиционирования к блоку принятия решения.