Регулятор з динамічним коректором для об’єктів з часовою затримкою

Реферат: UA 107383 U UA 107383 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до використання в системах автоматизації інерційних об'єктів з часовою затримкою, динамічні властивості яких характеризуються нелінійністю і нестабільністю динамічних характеристик. Такі об'єкти характерні для енергетичної, хімічної, металургійної, нафтопереробної, будівельної, харчової та інших галузей промисловості. Відомий пропорційно-інтегрально-диференційний (ПІД) регулятор, який містить паралельно з'єднані пропорційну ланку, інтегральну ланку та диференційну ланку. ПІД-регулятор подає вихідний сигнал, що є сумою трьох складових: пропорційного регулювання, регулювання по інтегралу і регулювання по похідній. Перша ланка пропорційна помилці вихідної величини, друга ланка - інтегралу по часу помилки вихідної величини, а третя ланка - похідній помилки. Недоліком цього способу є те, що на промислових об'єктах використання диференційної ланки ускладнюється тим, що інформаційні сигнали носять стохастичний характер і є спотвореними електромагнітними завадами. Для усунення цих проблем використовують фільтри, при цьому застосування диференційної ланки стає неефективним та обмежує якість регулювання [1]. Найбільш близьким аналогом є "Спосіб автоматичного регулювання параметрів інерційних об'єктів із запізнюванням". Цей спосіб включає регулювання параметрів на початковій стадії перехідного процесу за стандартним пропорційно-інтегральним (ПІ) законом і додатково включає корекцію надлишкового керуючого впливу регулювання на завершальній стадії перехідного процесу [2]. Недоліком цього способу є те, що він реалізований на базі лінійної теорії автоматичного управління, тоді як багато промислових технологічних установок в дійсності з точки зору теорії автоматичного управління є нелінійними і нестаціонарними об'єктами. Крім того, закони регулювання на базі лінійної теорії автоматичного управління не задовольняють вимогам якості регулювання в широкому діапазоні режимів роботи об'єктів. Для застосування більш складних алгоритмів керування часто не вистачає інформації про об'єкт керування і його надійного математичного опису. Цим пояснюється той факт, що деякі складні технологічні установки, такі як парові котлоагрегати великої потужності, керуються досвідченим оператором в ручному режимі. Задачею корисної моделі є забезпечення потрібного запасу стійкості функціонування нелінійних інерційних об'єктів з часовою затримкою, а також підтримання високої якості перехідних процесів у всьому діапазоні режимів роботи обладнання в умовах нестабільності динамічних характеристик регульованих об'єктів. Поставлена задача вирішується регулятором з динамічним коректором для об'єктів з часовою затримкою, що містить блок вхідних сигналів, фільтр вхідних сигналів, ПІ-регулятор, блок динамічної корекції вихідного сигналу, блок часової затримки, широтно-імпульсний модулятор. Згідно з корисною моделлю, блок динамічної корекції містить блок фазування вхідних сигналів, базу правил, блок прийняття логічного рішення і блок дефазування вихідних сигналів. За допомогою цих блоків корегувальний сигнал формується на базі нечіткої логіки. Запропонована корисна модель розширює алгоритмічні можливості способу регулювання інерційних параметрів з використанням нечіткої логіки, що дає можливість програмно реалізувати алгоритм керування, близький до алгоритму керування оператора. Регулятор може бути здійснений за допомогою системи автоматичного керування, блоксхема якої зображена на кресленні. Регулятор містить пристрій введення вхідних сигналів 1, де: X - значення параметра технологічного процесу; ˆ X - відфільтроване значення X ; ˆ  - сигнал неузгодженості між X та завданням X зд . 50 55 Вхідні сигнали перетворюються в аналогово-цифровому перетворювачі (на схемі не показано) в цифрові еквіваленти. Фільтр Φ призначений для усунення електромагнітних завад, недостовірних даних та попередньої обробки даних. В блоці керування 2 реалізована двоканальна схема регулювання з ПІ-регулятором і каналом динамічної корекції (КДК) на базі нечіткої логіки. Регулятор працює наступним чином. При відхиленні регульованого параметра X від заданого значення X зд на виході суматора 3 з'являється сигнал неузгодженості  , який надходить на ПІ-регулятор. Паралельно на КДК через ланку часової затримки (ЛЧЗ) надходять також сигнали за значенням технологічного ˆ параметра X і завдання X зд . 1 UA 107383 U 5 Першим починає працювати швидкодіючий каналз ПІ-регулятором. ПІ-регулятор формує вихідний сигнал, який модулюється широтно-імпульсним модуляторм (ШІМ) і надходить на виконавчий механізм (ВМ), що переміщує регулювальний орган технологічного об'єкта управління (ТОУ) на величину, достатню для компенсації впливу збурення. КДК починає працювати після проходження часу затримки ЛЧЗ. В блоці фазування (БФ) лінгвістичні змінні ˆ  , X , X зд 10 15 20 25 якісно характеризуються терм-множинами за допомогою функцій приналежності (ФП). ФП визначають ступінь приналежності того чи іншого елемента терм-множині на інтервалі від 0 до 1. Вихідний сигнал КДК в суматорі 4 частково компенсує сигнал від ПІ-регулятора, тим самим запобігає перерегулюванню і збільшує запас стійкості системи. Таке структурування алгоритму управління допомагає вирішити проблему технічного протиріччя, пов'язану з швидкодією і стійкістю системи автоматичного регулювання. Розмежування в часі дії каналів ПІ-регулятора і КДК дозволяє забезпечити оптимальну швидкодію регулятора в початковій фазі, таким чином мінімізуючи відхилення регульованого параметра, а також зберегти стійкість системи, своєчасно обмеживши чутливий швидкодіючий канал. Реалізація КДК на базі нечіткої логіки дозволяє описати більшу кількість можливих ситуацій, а тому можна чітко передбачити поведінку системи в тому чи іншому випадку. Запропонований регулятор може бути використаний для підвищення якості перехідних процесів для побудови систем автоматичного регулювання широкого спектра об'єктів, які характеризуються нестабільністю динамічних характеристик, великою акумулюючою здатністю, інерційністю і часовим запізненням. Джерела інформації: 1. Дорф Р. Современные системы управления/ Р. Дорф, Р. Бишоп. Пер. с англ. Б.И. Копылова. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. - 832 с. 2. Пат. 67725 UA. Спосіб автоматичного регулювання параметрів інерційних об'єктів із запізнюванням/ Ю.М. Ковриго, М.А. Коновалов, А.С. Бунке. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Регулятор з динамічним коректором для об'єктів з часовою затримкою, що містить блок вхідних сигналів, фільтр вхідних сигналів, пропорційно-інтегральний регулятор, блок динамічної корекції вихідного сигналу, блок часової затримки, широтно-імпульсний модулятор, який відрізняється тим, що блок динамічної корекції містить блок фазування вхідних сигналів, базу правил, блок прийняття логічного рішення і блок дефазування вихідних сигналів, формуючи таким чином корегувальний сигнал на базі нечіткої логіки. 2 UA 107383 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3