Самонастраивающаяся система автоматического управления нестационарным технологическим объектом

Авторы патента:

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.: самонастраивающаяся система автоматического управления технологическим объектом снабжена компенсатором транспортного запаздывания, подключенным входом к элементу сравнения, а выходом - к регулятору автоматического управления, причем компенсатор транспортного запаздывания состоит из трех включенных последовательно усилительных блоков, подключенных к элементу суммирования, дополнительного элемента сравнения, включенного между первым и вторым усилительными блоками, и двух интегрирующих блоков, первый из которых своим входом подключен к выходу второго усилительного блока, и выходом - к дополнительному элементу сравнения, а второй интегрирующий блок своим входом подключен к выходу элемента суммирования, и выходом - к элементу сравнения.

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 к 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, регулятор

автоматического управления, подключенный через объект управления к элементу суммирования, выходом подключенному к элементу сравнения с образованием канала обратной связи и автоматического управления в режиме граничного состояния (см., например, патент РФ на ПМ №51242, кл. G 05 В 13/02, опубл. 27.01.2006).

К недостаткам такой системы следует отнести ее инерционность и технологическое запаздывания выполнения команд, а также недостаточную точность срабатывания системы в пограничных режимах регулирования и сложность.

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 за счет исключения времени транспортного запаздывания срабатывания, технологичности и устойчивости, в том числе и динамического 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, регулятор автоматического управления, подключенный через объект управления к элементу суммирования, выходом подключенному к элементу сравнения с образованием канала обратной связи и автоматического управления в режиме граничного состояния, снабжена компенсатором транспортного запаздывания, подключенным входом к элементу сравнения, а выходом - к регулятору автоматического управления, причем компенсатор транспортного запаздывания состоит из трех включенных последовательно усилительных блоков, подключенных к элементу суммирования, дополнительного элемента сравнения, включенного между первым и вторым усилительными блоками, и двух интегрирующих блоков, первый из которых своим

входом подключен к выходу второго усилительного блока, и выходом - к дополнительному элементу сравнения, а второй интегрирующий блок своим входом подключен к выходу элемента суммирования, и выходом - к элементу сравнения.

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 фиг.1 представлена структурно-блочная схема предложенной системы автоматического управления, на фиг.2 - структурно-блочная схема компенсатора транспортного запаздывания.

Предложенная самонастраивающаяся система автоматического управления нестационарным технологическим объектом содержит задатчик рабочих команд (не показан), подсоединенный к элементу сравнения 1, который вырабатывает сигнал рассогласования, равный разнице задающего сигнала и текущего значения задающей величины, регулятор 2 автоматического управления, подключенный через объект управления 3 к элементу суммирования 4, выходом подключенному к элементу сравнения 1 с образованием канала обратной связи и автоматического управления в режиме граничного состояния.

Предложенная самонастраивающаяся система снабжена компенсатором 5 транспортного запаздывания, входом подключенным к выходу элемента сравнения 1, а выходом - к регулятору 2 автоматического управления, причем компенсатор 5 транспортного запаздывания

состоит из подключенных к элементу сравнения 1 трех подключенных последовательно усилительных блоков 6, 7, 8, подключенных к элементу сравнения 1, дополнительного элемента сравнения 9, включенного между первым и вторым усилительными блоками 6 и 7, и двух интегрирующих блоков 10 и 11, первый из которых своим входом подключен к выходу второго усилительного блока 7, и выходом - к дополнительному элементу сравнения 9, а второй интегрирующий блок 11 своим входом подключен к выходу элемента суммирования 4, и выходом - к элементу сравнения 1.

Условно обозначены: y(t) - задающее воздействие, x(t) - управляемая величина, (t) - рассогласование, z(t) - выходной сигнал компенсатора, u(t) - управляющее воздействие, (t) - нагрузка (возмущающее воздействие).

Предлагаемая САУ работает следующим образом.

Сигнал (t) рассогласования поступает на элемент сравнения 1, где из него вычитается выходной сигнал z(t), прошедший перед этим через второй интегрирующий блок 11. Выходной сигнал элемента сравнения 1 поступает на первый усилительный блок 6, выходной сигнал которого поступает на дополнительный элемент сравнения 9, где из него вычитается выходной сигнал первого интегрирующего блока 10.

Выходной сигнал дополнительного элемента сравнения 9 поступает на второй усилительный блок 7, далее - на третий усилительный блок 8, а затем на элемент суммирования 4, после которого выходной сигнал z(t) компенсатора 5 транспортного запаздывания поступает на регулятор 2 автоматического управления.

Компенсатор транспортного запаздывания предполагается к использованию в действующих системах автоматического управления с различными регулирующими приборами. Практически во всех серийных регулирующих приборах доступен сигнал (t) и имеются дополнительные входы для подачи стандартных сигналов z(t). Однако, поскольку сигнал (t) уже поступает в регулирующий прибор, то подключаемый компенсатор не должен его дублировать.

Следует отметить, что подключение компенсатора может потребовать перенастройку регулирующего прибора ввиду некоторого изменения динамических свойств контура управления, так как используется физически реализуемый компенсатор.

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 за счет исключения времени транспортного запаздывания срабатывания, 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, регулятор автоматического управления, подключенный через объект управления к элементу суммирования, выходом подключенному к элементу сравнения с образованием канала обратной связи и автоматического управления в режиме граничного состояния, отличающаяся тем, что система снабжена компенсатором транспортного запаздывания, подключенным входом к элементу сравнения, а выходом - к регулятору автоматического управления, причем компенсатор транспортного запаздывания состоит из трех включенных последовательно усилительных блоков, подключенных к элементу суммирования, дополнительного элемента сравнения, включенного между первым и вторым усилительными блоками, и двух интегрирующих блоков, первый из которых своим входом подключен к выходу второго усилительного блока, и выходом - к дополнительному элементу сравнения, а второй интегрирующий блок своим входом подключен к выходу элемента суммирования, и выходом - к элементу сравнения.