Спосіб автоматичного регулювання параметрів інерційних об’єктів із запізнюванням

Реферат: Спосіб автоматичного регулювання параметрів інерційних об'єктів із запізнюванням, що полягає у формуванні керуючого сигналу за пропорційно-інтегральним законом регулювання мікропроцесорним контролером, причому керуючий сигнал формують у мікропроцесорному контролері за двоканальною структурою, при цьому швидкодію регулятора забезпечують виробленням форсуючого керуючого сигналу першим каналом, після чого, для забезпечення стійкості системи керування, із заданим запізнюванням додають компенсаційний сигнал другого каналу, що корегує сигнал першого каналу. UA 67725 U (12) UA 67725 U UA 67725 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Пропонований спосіб регулювання призначений переважно для використання в системах автоматизації інерційних об'єктів в енергетичній, хімічній, металургійній, нафтопереробній, будівельної, харчової та інших галузях промисловості, динамічні властивості яких характеризуються нестабільністю динамічних характеристик. Відомий спосіб регулювання інерційних об'єктів із запізнюванням, що полягає у використанні "пульсуючого" (ковзаючого) режиму, який характеризується частими короткочасними включеннями регулятора на протязі всього часу протікання перехідного процесу. Через небезпеку перерегулювання в пульсуючому режимі зазвичай використовують мінімальну тривалість включень регулятора, що призводить до збільшення динамічного відхилення параметра і затягування тривалості процесу регулювання. Пульсуючий режим є основним режимом роботи стандартних промислових пропорційноінтегральних (ПІ) регуляторів різних систем і детально описаний в різних літературних джерелах (див. книгу М.А. Коновалов "Проблеми автоматизації інерційних теплоенергетичних об'єктів" К.: вид. Фенікс, 2009. - С. 100). Відомо також, що у будь-яких систем авторегулювання є кілька найважливіших показників, що характеризують ступінь їх досконалості, серед них: швидкодія регулятора і запас стійкості системи. В класичних системах існує "технічне протиріччя" між цими показниками якості: при збільшенні швидкодії регулятору запас стійкості системи автоматичного регулювання зменшується. Перевага віддається тим системам, де між цими показниками не існує технічного протиріччя. Усунути технічне протиріччя у відомому способі шляхом компромісного вибору параметрів налаштування одноканального алгоритму управління регулюючого мікропроцесорного контролера технічно не представляється можливим. Компроміс - це завжди вибір між прагненням поліпшити один показник за рахунок погіршення іншого. У відомому способі поліпшити показник стійкості можливо тільки за рахунок зниження швидкодії регулятора, що автоматично веде до збільшення динамічної похибки та зниження якості регулювання. Задачею корисної моделі є забезпечення стійкості параметрів інерційних об'єктів із запізнюванням, та підтримання високої якості перехідних процесів в умовах нестабільності динамічних характеристик регульованих об'єктів. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб автоматичного регулювання параметрів інерційних об'єктів із запізнюванням полягає у формуванні керуючого сигналу за пропорційноінтегральним законом регулювання мікропроцесорним контролером, згідно з корисною моделлю, керуючий сигнал формують у мікропроцесорному контролері за двоканальною структурою, при цьому швидкодію регулятора забезпечують виробленням форсуючого керуючого сигналу першим каналом згідно з функцією:  1 ,  W1p  K1  1   T p  i   де K1 - коефіцієнт підсилення форсуючого каналу регулятора, Т1 - стала часу інтегрування форсуючого каналу регулятора, р - диференційний оператор Лапласа, після чого, для забезпечення стійкості системи керування, із заданим запізнюванням додають компенсаційний сигнал другого каналу, що корегує сигнал першого каналу згідно з функцією: W2 p   e  p  45 50 55 1 1 1   ...  K , T1  p  1 T2  p  1 Tn  p  1 2 де K2 - коефіцієнт налаштування пропорційної частини коректора, e  2,718 - основа натурального логарифму,  , T1 , T2 … Tn - сталі часу затримки корегуючого сигналу, р - диференційний оператор Лапласа. Суть запропонованого способу полягає в тому, що шляхом структурування, тобто поділу недостатньо досконалого одноканального алгоритму управління, застосованого у відомих мікропроцесорних контролерах, передбачається формування двох незалежних каналів керуючого сигналу. Кожен з каналів вирішує свою логічно завершену задачу по швидкодії системи регулювання та забезпеченню її стійкості. Спосіб може бути здійснений за допомогою системи автоматичного керування, блок-схема якої зображена на кресленні. Контролер містить пристрій введення 1 вхідних сигналів Х1….Хзд, які перетворюються в аналогово-цифровому перетворювачі в їх цифрові еквіваленти. Суматор 2 обчислює загальну неузгодженість ε, що потім обробляється фільтром 3. 1 UA 67725 U 5 10 15 20 25 30 35 Цифровий обчислювальний пристрій містить мікропроцесор, оперативний і постійний запам'ятовуючі пристрої, бібліотеку функціональних блоків для формування структур ФС1 4, ФС2 5, а також елементи для передачі та обробки інформації (на схемі не показані). Вихідні сигнали ФС1 і ФС2 подаються на суматор 6, широтно-імпульсний модулятор 7, що здійснює управління виконавчим механізмом 8, який впливає на об'єкт керування 9. Система автоматичного регулювання, що реалізує запропонований спосіб, працює наступним чином: при відхиленні регульованого параметра X 1…Хn від заданого значення Хзд на виході суматора 2 з'являється сигнал неузгодженості . Оброблений фільтром 3, сигнал ε паралельно надходить в керуючий швидкодіючий канал ФС1 та інерційний корегуючий канал ФС2. Першим вступає в роботу швидкодіючий ФС1 канал, вихідний сигнал якого модулюється ШІМ і надходить на виконавчий механізм ВМ, що переміщає регулюючий орган об'єкта керування ОБ на величину, достатню для компенсації впливу збурення. Канал ФС2 вступає в роботу після проходження часу затримки, його вихідний сигнал частково компенсує сигнал від ФС1 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 ФС1 і ФС2 дозволяє забезпечити оптимальну швидкодію контролера в початковій фазі, таким чином мінімізуючи відхилення регульованого параметра, а також зберегти стійкість системи своєчасно обмеживши чутливий швидкодіючий канал. Швидкодія системи забезпечується параметрами налаштування стандартного ПІД-регулятора каналу ФС1. Запас стійкості системи забезпечується параметрами налаштування додаткового корегуючого інерційного каналу ФС2: Kк, , Т1, Т2 Можливість незалежного налаштування кожного з каналів дозволяє вирішити протиріччя між швидкодією і запасом стійкості системи, тим самим усунути недоліки відомого способу регулювання, де налаштування системи вибираються, виходячи з компромісу між цими найважливішими характеристиками системи. Запропонований новий спосіб регулювання параметрів інерційних об'єктів може бути використаний з метою підвищення якості перехідних процесів для побудови систем автоматичного регулювання широкого спектра об'єктів, які характеризуються нестабільністю динамічних характеристик, акумулюючою здатністю, інерційністю і транспортним запізненням. Новизна запропонованого способу регулювання полягає в удосконаленні логічної послідовності операцій, закладених в обчислювальному пристрої мікропроцесорного контролера, шляхом формування швидкодіючого та додаткового інерційного корегуючого каналів керуючого впливу. Експериментальна перевірка нового способу показала, що стійкість системи авторегулювання зберігається при зміні динамічних характеристик об'єкта регулювання в 1,5…2 рази. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Спосіб автоматичного регулювання параметрів інерційних об'єктів із запізнюванням, що полягає у формуванні керуючого сигналу за пропорційно-інтегральним законом регулювання мікропроцесорним контролером, який відрізняється тим, що керуючий сигнал формують у мікропроцесорному контролері за двоканальною структурою, при цьому швидкодію регулятора забезпечують виробленням форсуючого керуючого сигналу першим каналом згідно з функцією:  1   W1p  K1  1   T p  , i   де K 1 - коефіцієнт підсилення форсуючого каналу регулятора, 50 Ti - стала часу інтегрування форсуючого каналу регулятора, p - диференційний оператор Лапласа, після чого, для забезпечення стійкості системи керування, із заданим запізнюванням додають компенсаційний сигнал другого каналу, що корегує сигнал першого каналу згідно з функцією: W2 p   e  p  55 1  1 T1  p  1 T2  p  1  ...  1 Tn  p  1 K2 , де K 2 - коефіцієнт налаштування пропорційної частини коректора, e  2,718 - основа натурального логарифму, 2 UA 67725 U  , T1 , T2 ... Tn - сталі часу затримки корегуючого сигналу, p - диференційний оператор Лапласа. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3