Система экстремального управления для объекта с запаздыванием

Союз Советских

Социалистических

Ресл!облик (и)993206 (5I ) Дополнительное к авт. свих-ву(22) Заявлено 10. 08. 81 (21) 3326639/18-24 с прнсоеанненнеи заявки J% (23) Приоритет

Опубликовано 30.01,83. Бюллетень М 4

Дата опубликования описания 30.0 1.83 (51}М. Кл.

G 05 В 13/02

Гвсуаарстхеввых каиктвт

СССР (53} УДК 62-50 (088.8) ае аелаи кзобретеккк и втхрытик а

Э

Н.А.фомин, Н.А.Калиногорский, В,Й,Цымбал :, 6.П.ЕлЪцов, К.И.Изаак, E.Ô.Õoðoøàâèí и А.И.Прок!репьев с (72) Авторы изобретении

Сибирский ордена Трудового Красного --Знамени металлургический институт им. Орджоникидзе . (71) Заявитель (54) СИСТЕМА ЭКСТРЕМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ДЛЯ ОБЪЕКТА С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ

Изобретение относится к автомати ческому экстремальному управлению объектами с запаздыванием, имеющими контролируемые управляющее и внешнее воздействия, ненаблюдаемое внешнее воздействие, наблюдаемую и регулируемую выходные переменные и может быть использовано в металлургической промышленности, в частности, в системе управления плавкой стали в мартеновской печи.

Известна система автоматического управления, содержащая объект управления, а также последовательно соединенные первый блок сравнения, второй блок сравнения, регулятор, модель объекта, блок задержки, третий блок сравнения, выход которого соединен с вторым входом второго блока сравнения. Выход регулятора соединен с входом объекта управления, выход которого подключен к входу первого блока сравнения, а выход моде2 ли объекта соединен с вторым входом третьего блока сравнения Е1 7.

Недостатком системы автоматического управления являетс!т неудовлетворительнвя точность управления, обу5 словленная отсутствием учета действия на объект управления контролируемых возмущений.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система экстремального управления для объектов с запаздыванием, содержащая блок синхронизации, последовательно соединенные блок задания начальных условий, первый ключ, !

5 первую модель, второй ключ, блок управления, блок согласования и после» довательно соединенные первый экстраполятор и третий ключ, соединенный выходом с вторым входом первой модели, вторым входом - с вторым выходом блока задания начальных ус" ловий, а третьим входом - с вторым входом первого ключа и первым

3 993206 выходом блока синхронизации, подклю ченного вторым выходом к второму входу второго ключа, а третьим выходом - к второму входу блока согла— сования, первый вход которого сое- 5 динен с третьим входом первого ключа, а выход — с первым входом объекта и с первым входом блока задания начальных условий, второй вход которого подключен к второму входу объекта и входу первого экстраполятора (2 ).

К недостаткам этой системы автоматического управления относится низкая точность управления, обусловленная отсутствием учета действия на объект управления ненаблюдаемых возмущений.

Цель изобретения — повышение точности системы.

Z (Ъ

2 (t) (t)

2И

Z {t) 1Н9

Т и

Система автоматического управления работает следующим образом.

На входы объекта 1 и второй модели 11 поступают сигналы об управляющем воздействии Vit) и о контролируемом возмущении Z<(t), Вторая модель объекта 11 предназначена для определения реакции объ— екта 1 управления по наблюдаемой выходной переменной Х (t) на действие контролируемого возмущения Z<(t) и управляющего воздействия V() и работает в реальном масштабе времени.

С выхода второй модели объекта

11 на первый вход сравнивающего элемента 12 подается сигнал с модельном значении наблюдаемой выходной переменной объекта управления Х, (t).

Сравнивающий элемент 12 путем вычитания сигнала из сигнала о фактическом значении регулируемой выходной переменной X<(t), поступающего с выхода объекта 1 управления формируется сигнал о приведенном к наблюдаемому выходу объекта ненаблюдаемого возмущении Z (t), н

Сигнал 7 (t) с выхода сравниваю и щего элемейта 12 поступает на вход третьей модели объекта 13, где сигнал 221,(t ) пересчитывается в оценку

Поставленная цель достигается тем, что она содержит последовательно соединенные вторую модель, сравнивающий элемент, третью модель, второй экстраполятор и четвертый ключ, второй вход 25 которого подключен ко второму выходу е горого экстраполятора, третий вход к выходу блока синхронизации, а выход — к третьему входу первой модели, первый вход второй модели подключен к первому входу объекта, а второй вход — к второму входу объекта, выход которого соединен с вторым входом сравнивающего элемента.

На чертеже представлена блок-схе35 ма системы управления

Система управления содержит объект 1, первую модель 2, блок 3 задания начальных условий, первый экстраполятор 4, блок управления, блок

6 согласования, блок 7 синхронизации, первый ключ 8, второй ключ 9, третий ключ 1О, вторую модель 11, сравнивающий элемент 12, третью модель 13, второй экстраполятор 14, четвертый ключ 1э, В схеме приняты следующие обозначения:

Ч(t ) — управляющее воздействие;

Z (t) - контролируемое возмущение;

Z>(t) — ненаблюдаемое возмущение, X<(t) - регулируемая выходная переменная объекта управления; 2.

Х (t) - наблюдаемая выходная переменная объекта управления, 0 (t ) - сжатая предыстория управ55 т ляющего воздействия; (t )- сжатая предыстория контроМ лируемого возмущения, ) — сжатая траектория прогнозируемых значений контролируемого возмущения; значение ненаблюдаемого возмущения приведенного к регулируемому выходу; значение ненаблюдаемого возмущения, приведенного к наблюдаемому выходу объект а, прогнозируемые значения ненаблюдаемого возмущения, приведенного к регулируемому выходу объекта, ) — сжатая траектория прогноэируемых значений ненаблюдаемого возмущения приведенного к регулируемому выходу объекта;

); сжатая траектория 1-го варианта управляющего воздействия; †-масштаб времени (5М 1); время переходных процессов в объекте; текущее время, время запаздывания объекта по возмущению.

Сигнал о контролируемом возмущении 2 (t) поступает на вход первоК го экст раполятора 4, ко1орый осуществляет прогноз сжатой во времени в масштабе S траектории изменения контролируемого возмущения Л ( на интервале времени (t +Тя ) . Сигнал с выхода первого экстраполятора

4 поступает на первый информационный вход третьего. ключа 10.

Рабо1а остальной части схемы происходит циклически. Формирование цикла осуществляе1 блок 7 синхронизации, путем пода и управляющих сигналов на управляющие входы согласующего устройства 6 и ключей 8, 9, 45 влияния того же ненаблюдаемого возмущения на регулируемый выход объекта угравления ? (t). Сигнал с выхолн да третьей модели 13 объекта поступает на вход второго экстраполято- 5 ра 14, который прогнозирует траекторию изменения ненаблюдаемого возмущения приведенного >к регулируемому выходу объекта на интервале времени (t+5, 1+Г+тп) .

Второй экстраполятор 14 имеет два выхода. С первого выхода второго экстраполятора 14 на первый информационный вход четвертого ключа

l5 подается сигнал о прогнозируемом значении ненаблюдаемого возмущения Z (t) на момент времени t+ C, щ1 9

С второго выхода на второй информа" ционный вход того же ключа поступает сигнал о прогнозе сжатой во яре- 20 мени в масштабе 5 траектории изменения ненаблюдаемого возмущения

Z (1 ) на интервале времени (с+ 7, лнэ -, t T ).

Сигналы о контролируемом возмуще- 25 нии Z (t) и об управляющем воздействии поступают также на вход блока задания начальных условий 3, который осуществляет запоминание и выдачу сжатых во времени, в масштабе S тра- 3о екторий.изменения этих сигналов.

С первого выхода блока задания начальных условий 3 на первый информационный вход первого ключа 8 подается сигнал сжатой во времени в мас-З5 штабе S траектории изменения управляющего воздействия Vz(t ), а с в орого выхода на второй информационныи вход третьего ключа 1 0 подаешь ся сигнал о сжатой во времени (в масштабе S) траектории изменения контролируемого возмущения 2 (с ) . !

10 и 15. Каждый цикл состоит из двух интервалов времени длительностью

Т 5 интервала задания начальных

h условий и интервала прогноза.

На первом интервале времени проис" ходит задание начальных условий. При этом сигналами с выхода блока 7 синхронизации ключи 8, 9, 10 и 15 устанав ливаются s следующие позиции. Второй ключ 9 разомкнут.

Первый ключ 8 соединяет первый выход блока 3 задания начальных условий с первым входом первой модели

2 объекта, четвер ый ключ 1 соединяет первый выход второго экстраполятора 14 с 1ретьим входом первой модели объекта. а"

При этом на входы первой модели объекта 2 с выходов блока задания начальных условий 3 поступают сигналы о сжатой предыстории изменения управляющего воздействия Чт(й-) и контролируемого возмущения 2 (t+), а акже, в о личие от прототипа, на третий вход первой модели объекта 2 с первого выхода второго экстраполятора 14 через четвер1ый ключ 15 пос угает сигнал о прогнозируемом на текущий момент времени значении ненаблюдаемого возмущения Z > (t).

Первая модель объекта 2 работает в ускоренном масш1абе времени и предназначена для определения реакции объекта 1 управления по регулируемой переменной на действие входных воздействий. B конце первого интервала вре" мени на выходе первой модели объекта

2 устанавливаются искомые начальные условия. При этом обеспечивается boлее точная установка начальных условий по отношению к про †оти за счет дополнительного учета влияния на объект 1 управления ненаблюдаемых возмущений, путем использования информации о наблюдаемой выходной переменой X (t) .

На втором интервале времени осуществляется расчет оптимального варианта управления на ближайший цикл работы системы.При этом сигналами с выхода блока 7 синхронизации ключи

8, 9, 10 и 1э устанавливаются в следующие позиции. Второй ключ 9 замкнут.

Первый ключ 8 соединяет выход блока

5 управления с первым входом первой модели объекта 2 третий ключ 10 соединяет выход первого экстраполятора с вторым входом первой модели объекта 2, четвертый ключ 1 соединяет

993206 второй Bl!> TQра )1! с третьим входо> первой модепи объекта 2. Блок 5 ге-ерируе-; варианты сжатых Во времени траекторий управления Ч„(1: ) на интервале вре>лени

t+T>. Каждый вариан : уг >равления

1/ (r. > подае>сл чере":, гервый ключ (Я на первый вход первсй мсдели об=екта 2, на остальные входы «оторой через г<лючи 10 и I 4 ; ог y !,a, BT ГООтВЕтСтВЕННО СИГНаПЫ 0 Сжатьк ВО ВрЕ1Pa-".i< I г>РИЯХ КОН и н е н ". б л ю д а е- . м 0

> На то>Л ж и >!—

".+T,, 1 ..". ПомоГ ъ г-. к т а 2 . 0 а гб О) г бе д —:„, е— кция объе><та мени прогнозируемых тролируемого ?„g»; I го вс>змущений 2 „,,(( тервале времени (г, щЬЮ ПЕРВОЙ МОде-,,И 0 тающей в ускоренном ни определяется реа управления пО регулируемому BLIходу

/ объекта;ia аоздейс гвия ! 7 л>>з< Б

В О!лици 0> oj ого: : .а на третий вход первой модели объект 2 = второго выхода второгo экстр поля;Ора

1ч через четвертый клю - 1">::-,îeòупает сигнал о прогно-.» c>xa !ok ."o времени траектории изм(. ения ненаблю-даемого возмущения,, >t, i Э>о пo0{ зволяет осуществить более то ный

П Р 0 Г Н 0 3 Р Е а К Ц И И 00 ЪЕ К Т .=. У П Р а ВЛ г. Н И Я

1 за счет дополнительногQ »- I(:. га в.гкляния этого возмущения. В блоке 5 управле лия осущестBI!R " ется расчет задан :»го чества управления для анта управления )/,>(> минание вариан>a, сЯе движение в направлени экстремального значен

<ритерия какаждого варивыбор и запосп-=чиваощего д(.с-ижения ия этого критерия.

:.о

Описанные действия повторяются до тех пор, пока не будет найден оптимальный вариант управления, экстремизирующий заданный критерий.

Этот вариант через согласующее устройство 6 подается на объект 1 управления.

Техническая реализация моделей объекта 2 и 11, 13 определяется свойствами конкретного объекта и может быть наполнена, например, в виде цепей, собранных íà RC-цепочках., операционных усилителях и блоках задержки. Экстраполяторы 4 и 1>> могут быть реализованы на основе форсирующих

55 звеньев и ячейках памяти. В качестве элементной базы блока 3 задания начальных условий могут быть использованы ячейки памяти и ключи.

Блок управ вЂ,Bír«B может быть реализ-ован -Iа ",à a генераторов функций, интr.l parоров, квадраторов, блоков сравнения,. ячеЙках памяти. Ключи мо гут быть выполнены на основе реле, Таким образом, в от.пичие от про:0 ипа введение в систему автоматического управпения второй модели объекга 11, сравнивающего элемента 12, третьей модели объекта 13, второго экс=.païorëòopa 1(и четвертого клЮча

1г позволяет при определении оптимальных режимов функционирования объекта управления учесть влияние не тОлькО KQHr рОлируемых, как в прото

T ""iг;е, !0 и ненаблюдаемых возмущений за с -; ет испол ь зова ни я и нформа ции обизмерении наолюдаемой выходной переменной и как следствие этого повы: ить точность управления.

При использовании пpepno>xer-Iной системы для управг,ения периодом до«одки мар!RBQBñ«îé плавки стали с пеприменением метода имитационного моделирования в качестве наблюдаемых выходных переменных можно принять информаци;о о >емпературе насадок, своДаг ДаВЛЕНИИ ПОД СВОДОМ, При этом по сравнению с прототипом система позволяет г>овысить часто;у опаданий в заданную область зна-,-енлй гio содержанию углерода и тем0="ðaã.»ре метапла в период дсводки маргеновской пгавки на 4», Это приводит к у.еньшению числа плавок с корректирующими операция>ли по устранению огкло-.ений факти еских значений выходных переменных г т заданных и, вследствие этого, к сокращению средней продолжительности плавки на 6,56 мин и повышению производительности агрегата на 0., 97», а т акже к снижению удельного расхода руды и мазута на

0,10(> кг/т и 0,328 кг/т, соответственно, формула изобретения

Висте>ла экстремального управления для объекта с запаздыванием, содержащая блок синхронизации, последовательно соединенные блок задания начальных условий, первый ключ, первую-модель, второй ключ, блок управления, блок согласования и последовательно соедиi-iBííI.IB первый экстраполятор и третий ключ, соединенный выходом с вторым

B><0P0t4 пеРвоЙ мОДели, BTOPblM вхоДОм

ВНИИПИ Заказ 455/63 Тираж 872 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород,.ул. Проектная, 4 с вторым выходом блока задания начальных условий, а третьим входом - с вторым входом первого ключа и первым выходом блока синхронизации, подключенного вторым выходом к второму входу второго ключа, а третьим выходом - к второму входу блока согласования, первый вход которого соединен с третьим входом первого ключа, а выход - с первым входом объекта и первым входом блока задания начальных условий, второй вход которого подключен к второму входу объекта и.входу первого экстраполятора, отличающаяся тем,что, с целью повышения точности системы, она содержит последовательно соединенные вторую модель, сравнивающий элемент, третью модель, второй экстраполятор и четвертый ключ, второй вход которого подключен к второМу выходу второго экстраполятора, третий вход - к выходу блока синхронизации, а выход — к третьему входу первой модели, первый вход второй модели подключен к первому входу обьекта, а второй вход - к второму вмо" ду обьекта, выход которого соединен с вторым входом сравнивающего элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гурецкий Х. Анализ и синтез систем управления с запаздыванием.

M. "Машиностроение", 1974, с. 214.

2. Авторское свидетельство СССР

371562, кл. G 05 B 17/00, 1970 (прототип).