Система управления нелинейным объектом
Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано в химической, строительной и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение качества регулирования . Система содержит .последовательно соединенные блок (8) изменения пропорциональной составляющей, блок (5) пропорционального регулирования, сумматор (4), исполнительный блок (2), обьект (1) управления, блок (3) сравнения, выход которого соединен с входами блока (11) дифференцирования, блока (5) пропорционального регулирования и блока (6) интегрального регулирования, второй вход которого соединен с выходом блока (9) изменения интегральной составляющей. Система также содержит блок (12) анализа знака ошибки и последовательно соединенные блок (13) анализа знака производной ошибки, блок (10) изменения дифференциальной составляющей и блок (7) дифференциального регулирования, связанный выходом с одним из входов сумматора (4) и входом - с выходом блока (11) дифференцирования и входом блока (13) анализа знака производной ошибки, а блок (12) анализа знака ошибки связан входом с блоком (3) сравнения и выходом - с входами блока (8) изменения пропорциональной составляющей и блока (9) изменения интегральной составляющей . 1 ил., 1 табл.
COIO3 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 G 05 В 11/36
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4918696/24 (22) 30.01.91 (46) 15.08.93. Бюл. № 30 (71) Воронежское опытно-конструкторское бюро автоматики Научно-производственного объединения "Химавтоматика" (72) В.P. Тучинский и В.М, Кожаев (56) Авторское свидетельство СССР
¹970319,,кл. G 05 В 13/02, 1981.
Авторское свидетельство СССР
¹705417,,кл,,G 05 В 11/00, 1977. (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙ
НЫМ ОБЪЕКТОМ (57) Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано в химической, строительной и других отраслях промышленности. Цель изобретения — повышение качества регулирования, Система содержит последовательно соединенные блок (8) изменения пропорциональной составляющей, блок (5) пропорционального регулирования, суммаИзобретение относится к системам ав- томатического управления и может быть использовано для технологических процессов в химической, строительной и других отраслях промышленности, Целью изобретения является повышение качества регулирования.
На чертеже представлена блок-схема системы управления.
Система содержит объект 1 управления, исполнительный блок 2, блок 3 сравнения, сумматор 4; блоки: 5 пропорционального, 6 интегрального и 7 дифференциального регулирования; блоки изменения: 8 пропорцио,. Ж„„1833834 Al тор (4), исполнительный блок (2), объект (1) управления, блок (3) сравнения, выход которого соединен с входами блока (11) дифференцирования, блока (5) пропорционального регулирования и блока (6) интегрального регулирования, второй вход которого соединен с выходом блока (9) изменения интегральной составляющей. Система также содержит блок (12) анализа знака ошибки и последовательно соединенные блок (13) анализа знака производной ошибки, блок (10) изменения дифференциальной составляющей и блок (7) дифференциального регулирования, связанный выходом с одним из входов сумматора (4) и входом — с выходом блока (11) дифференцирования и входом блока (13) анализа знака производной ошибки, а блок (12) анализа знака ошибки связан входом с блоком (3) сравнения и выходом — с входами блока (8) изменения пропорциональной составляющей и блока (9) изменения интегральной составляющей, 1 ил., 1 табл. нальной, 9 интегральной и 10 дифференциальной составляющей; блок дифференцирования 11 и блоки анализа знака: 12 ошибки и 13 производной ошибки, Система работает следующим образом.
В блоке 3 сравнения определяется отклонение текущего значения регулируемой переменной х от заданного значения хзад., т. е. ошибка регулирования:
Е= хзад (1)
По сигналу ошибки формируются три составляющие управляющего сигнала:
1) Ui = K< K пропорциональная, формируемая блоком 5;
1833834 (2) (3) (4) (5) 50
t
2) U2 = f Кг е б1 — интегральная, формиto руемая блоком 6:
3) 0з = Кз е- дифференциальная, формируемая блоком 7 по сигналу производной ошибки от блока 11, После определения в сумматоре 6 управляющий сигнал подается на объект 1 управления через исполнительный блок 2, Блок 12 осуществляет анализ знака ошибки и передает соответствующий сигнал блокам 8 и 9.
Блок 8 корректирует значение коэффициента пропорциональной составляющей следующим образом:
К1, если e)0
К1=
К1 если е <О
Блок 9 аналогично корректирует значение коэффициента интегральной составляющей:
Кг, если е >О
Кг=
Кг, если е <О
Блок 13 осуществляет анализ производной знака ошибки и передает соответствующий сигнал блоку 10.
Блок 10 корректирует значение коэффициента дифференциальной составляющей следующим образом;
К, если е ) 0
Кз=
Кз, если к<0
Использование предлагаемой системы эффективно для объектов, у которых коэффициент усиления в значительной степени зависит от направления изменения (знака производной) управляющего воздействия, Пусть;
Коб, ЕСли U >О
Коб =
Коб, если 0 < О
Примем для определенности, что, Для этого случая имеют место следующие соотношения коэффициентов из выражений (2), (3), (4):
К1 <К1:К2 <К2;Кз <Кз (6)
Предлагаемый выбор коэффициентов регулирования обеспечивает более интенсивное воздействие на объект при е < О, е < О, т. е. когда объект менее чувствителен к управляющему воздействию. И наоборот, 5
45 при e > О, e > О система оказывает менее интенсивное воздействие на обьект.
Для сравнения работы предлагаемой системы и прототипа рассмотрим в качестве объекта управления колонну окисления гудрона кислородом воздуха; целевым продуктом колонны является битум для производства дорожных покрытий. Характерной особенностью процесса является то, что температура в колонне окисления интенсивно растет при увеличении расхода воздуха и медленно снижается — при уменьшении расхода воздуха.
Наиболее характерными показателями качества регулирования температуры в окислительной колонне являются: эффективность отработки нового задания на температуру; максимальное отклонение температуры от задания в режиме стабилизации.
Пусть канал регулирования температуры подачей воздуха описывается передаточной функцией
К,б е
TS+1 где Т = 180 с; т=35с; (1 15 при U) 0 0,68 при и<() (Коб — в относительных единицах по шкале приборов).
Оценка качества регулирования температуры осуществлялась для объекта (7) путем моделирования на ЭВМ.
При скачкообразном изменении задания на температуру в колонне (+15 и -10 от установившегося значения 210 С), достигаются показатели. приведенные в таблице.
Предварительные испытания предлагаемой системы путем моделирования на
ЭВМ и оценка эффективности системы были осуществлены в Воронежском ОКБА, прошли успешно и подтвердили эффективность системы.
Испытания показали, что для нелинейных объектов, характеризующихся существенным изменением коэффициента усиления в зависимости от знака производной управляющего воздействия, предлагаемое техническое решение позволяет значительно повысить, по сравнению с прототипом и базовым объектом, качество регулирования: уменьшается почти в 2 раза время регулирования и в 1,6 — 1,8 раза — максимальная амплитуда перерегулирования, обеспечивается высокая степень стабилизации заданного режима.
1833834
Значения показателей при скачкообразном изменении звания на темпе ат
Наименование показателей
П ототип
П е лагаемая система
Возм . + 15
Возм . — 10
Возмущ. — 10
Возм . + 15
Максимальная амплитуда переходного процесса (по модулю)
Время регулирования (до вхождения температуры в зону "-2 )
Настроечные коэффициенты:
П-составляющая
5,7
4,3
3,1
3,6о
396 сек
645 сек
412 сек
270 сек
К12 = 6,9
Ki = 11,8
Kz = 0,077
Кг = 0,147
Кз = 52.2
Кз =88
Кп =3,8
Кп=5,1
Ки = 0,036
Ки = 0,065
И-составляющая н
Д-составляющая
Составитель В.Тучинский
Техред М.Моргентал Корректор О.Мандзич
Редактор
Заказ 2685 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Применительно к установкам получения битума система позволяет выдерживать необходимый температурный режим окисления гудрона, что исключает брак и гарантирует требуемое качество битума. В конечном итоге, обеспечивается экономия сырья (гудрона) в количестве не менее 1015, что для установки мощностью 16000 тонн в год даст экономию:
Э = Р х С х Цс х А = 1,25 х 0,1 х 35 х х16000 = 70000 руб, где Рс — расходная норма по сырью, т/т;
Сс — снижение расходной нормы по сырью;
Цс — цена сырья, руб/т;
А — производительность установки.
Формула изобретения
Система управления нелинейным объектом, содержащая последовательно соединенные блок изменения пропорциональной составляющей, блок пропорционального регулирования, сумматор, исполнительный блок, объект управления, блок сравнения, выход которого соединен с входами блока дифференцирования, блоков пропорционального и интегрального регулирования, 5 второй вход последнего иэ которых соединен с выходом блока изменения интегральной составляющей, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности системы, в нее введены блок ана10 лиза знака ошибки и последовательно соединенные блок анализа знака производной ошибки, блок изменения дифференциальной составляющей и блок дифференциального регулирования, связанный выходом с
15 третьим входом сумматора и входом с выходом блока дифференцирования и входом блока анализа знака производной ошибки, а блок анализа знака ошибки связан с входом блоком сравнения и выходом — с входа20 ми блока изменения пропорциональной составляющей и блока изменения интегральной составляющей.
