Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
АДАПТИВНЫЙ КОМПЕНСАТОР КОНТРОЛИРУЕМЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ
АДАПТИВНЫЙ КОМПЕНСАТОР КОНТРОЛИРУЕМЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ

АДАПТИВНЫЙ КОМПЕНСАТОР КОНТРОЛИРУЕМЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к области самонастраивающихся систем управления и может быть использовано в системах управления техническими объектами в контурах компенсации контролируемых возмущений. Изобретение позволяет повысить надежность устройства и уменьшить затраты на управление. Компенсатор содержит блок расчета эквивалентного возмущения, масштабирующие элементы, сумматоры, фильтры низкой частоты, блок экстраполяции, выполненный на реальных форсирующих звеньях, масштабирующие блоки, элементы сравнения, модели канала регулирования без запаздывания, два регулятора, блок адаптации, блок переключения управляющих каналов. Повышение надежности достигается за счет дублирования регулирующих каналов. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2066471
Класс(ы) патента: G05B13/02
Номер заявки: 4858900/09
Дата подачи заявки: 13.08.1990
Дата публикации: 10.09.1996
Заявитель(и): Сибирская Государственная горно-металлургическая академия
Автор(ы): Авдеев В.П.; Кулаков С.М.; Криволапова Л.И.
Патентообладатель(и): Сибирская Государственная горно-металлургическая академия
Описание изобретения: Изобретение относится к области самонастраивающихся систем управления и может быть использовано в системах управления техническими объектами в контурах компенсации контролируемых возмущений.
Известен прогнозирующий регулятор (1) для компенсации контролируемых возмущений, содержащий последовательно включенные первый блок сравнения, первый фильтр низкой частоты, обратную модель объекта без запаздывания, второй блок сравнения, третий блок сравнения, второй фильтр низкой частоты, первый экстраполятор, первый сумматор, исполнительный блок, третий фильтр низкой частоты и первый блок задержки, выход которого подключен ко второму входу второго блока сравнения, последовательно соединенные четвертый фильтр низкой частоты, первый масштабирующий блок, второй блок задержки, подключенный своим выходом к второму входу третьего блока сравнения, последовательно соединенные вторые экстраполяторы, четвертые блоки сравнения, вторые масштабирующие блоки, выходы которых подключены к входам второго сумматора, входы вторых экстраполяторов соединены с выходом второго фильтра низкой частоты, а выход второго сумматора соединен с одним из входов первого сумматора, последовательно соединенные пятый блок сравнения, инерционное звено первого порядка, третий масштабирующий блок выхода которого соединен с одним из входов второго блока суммирования, шестой блок сравнения, подключенный своими входами к выходу третьего фильтра низкой частоты и выходу первого масштабирующего блока, который соединен также с одним из входов первого сумматора, третьи блоки задержки, входы которых соединены с выходом шестого блока сравнения, выход последнего из третьих блоков задержки подключен к входу пятого блока сравнения, выходы остальных к входам четвертых блоков сравнения, за исключением первого из них, вход которого соединен с выходом пятого блока сравнения, второй вход пятого блока сравнения соединен с выходом третьего блока сравнения, последовательно включенные четвертые блоки задержки, седьмые блоки сравнения и первые блоки адаптации, выход первого из которых соединен с дополнительным входом первого экстраполятора, выходы остальных с дополнительными выходами вторых экстраполяторов, вторые входы седьмых блоков сравнения соединены с выходом второго фильтра низкой частоты, вход первого из четвертых блоков задержки с выходом первого экстраполятора, входы остальных четвертых блоков задержки с выходами вторых экстраполяторов, выход первого блока задержки соединен также через восьмой блок сравнения и второй блок адаптации с дополнительным входом первого масштабирующего блока, второй вход восьмого блока сравнения подключен к выходу втоpого блока сравнения.
Недостатком известного прогнозирующего регулятора является невысокая точность компенсации контролируемых возмущений в условиях нестационарности возмущений и наличия импульсных помех.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является адаптивный прогнозирующий регулятор для компенсации контролируемых возмущений (2), содержащий последовательно соединенные фильтр низкой частоты, обратную модель объекта без запаздывания и первый блок сравнения, последовательно соединенные экстраполятор, блок задержки, второй блок сравнения и блок адаптации, выход которого соединен с первым входом экстраполятора, вторым входом подключенного ко второму входу второго блока сравнения, первые масштабирующие блоки, выходы которых связаны с первыми входами первого сумматора, второй масштабириующий блок, исполнительный блок и последовательно соединенные третий масштабирующий блок и второй сумматор, прямую модель объекта без запаздывания, интегратор с обнулением и блок синхронизации, вход прямой модели без запаздывания связан с выходом первого сумматора, а выход прямой модели без запаздывания связан с информационным входом фильтра низкой частоты, выход которого подключен ко входу третьего масштабирующего блока, вход экстраполятора соединен с выходом первого блока сравнения, а выход экстраполятора соединен со вторым входом второго сумматора, выход которого через последовательно соединенные второй масштабирующий блок и исполнительный блок связан с информационным входом интегратора с обнулением и вторым входом первого сумматора, второй вход первого блока сравнения подключен к выходу интегратора с обнулением, а выход блока синхронизации с управляющими входами фильтра низкой частоты и интегратора с обнулением.
Работает известный адаптивный прогнозирующий регулятор для компенсации контролируемых возмущений следующим образом.
Функционирование объекта представлено в виде последовательности технологических циклов с известной длительностью. В течение текущего технологического цикла сигналы о контролируемых возмущениях поступают на масштабирующие элементы, умножаются на масштабные коэффициенты. Тем самым приводятся к масштабу сигналов об управляющих воздействиях. Далее приведенные сигналы суммируются между собой и с сигналами о фактически реализованных управляющих воздействиях, а затем поступают на вход прямой модели объекта без запаздывания. Выход этой модели характеризует изменение ошибки компенсации контролируемых возмущений. Далее выходной сигнал прямой модели усредняется в рамках текущего технологического цикла. По завершению цикла с помощью обратной модели объекта без запаздывания формируется сигнал о суммарной корректировке управляющего воздействия, который вычитается из суммарного на данном технологическом цикле сигнала о фактически реализованном управлении. В результате с запаздыванием определяется требуемое (идеальное) суммарное управляющее воздействие, своевременная реализация которого в среднем скомпенсировала бы контролируемые возмущения. Найденное идеальное суммарное управляющее воздействие экстраполируется на будущий технологический цикл. Средние на прошедшем технологическом цикле ошибки компенсации контролируемых возмущений подавляются путем прямого пересчета в управляющее воздействие с помощью масштабирующего блока. Обе составляющие управления суммируются, а затем расчленяются на заранее заданное число импульсов управления, реализуемых в пределах будущего технологического цикла.
Недостатком известного адаптивного прогнозирующего регулятора для компенсации контролируемых возмущений является невысокая надежность из-за отсутствия резервного канала регулирования и повышенные затраты на компенсацию контролируемых возмущений, так как в алгоритме формирования компенсирующего воздействия не учитываются затраты на оперативное регулирование.
Задачей изобретения является создание адаптивного компенсатора контролируемых возмущений повышенной надежности, обеспечивающего уменьшение затрат на управление.
Сущность изобретения заключается в том, что в известный адаптивный прогнозирующий регулятор для компенсации контролируемых возмущений, содержащий первые масштабирующие элементы, входы которых соединены с первыми входами устройства, выходы первых масштабирующих элементов подключены к входам первого сумматора, первый фильтр низкой частоты, первый элемент сравнения, второй сумматор, первое звено задержки, второй элемент сравнения, первую модель канала регулирования без запаздывания, введено n последовательно соединенных реальных форсирующих звеньев, (n+1) вторых масштабирующих элементов, первый регулятор, n последовательно соединенных звеньев задержки, (n+1) третьих масштабирующих элементов, третий элемент сравнения, вторую модель канала регулирования без запаздывания, второй регулятор, третий сумматор, второе и третье звенья задержки, первый и второй умножители, второй и третий фильтры низкой частоты, делитель, четвертый элемент сравнения, третий умножитель, четвертый сумматор, последовательно соединенные первый компаратор, первый ключ и пятый сумматор, последовательно соединенные второй ключ, второй коммутатор, первый элемент "НЕ" и третий ключ, второй элемент "НЕ", четвертый ключ, выход первого сумматора, соединен с входом первого фильтра низкой частоты, выход которого подключен ко входу первого из (n+1) вторых масштабирующих элементов, ко входу первого из n реальных форсирующих звеньев, к первому входу первого элемента сравнения, к входу первого из n звеньев задержки, к (n+1)-ому входу последнего из (n+1) третьих масштабирующих элементов, выходы первого, второго, n-го реального форсирующего звена соответственно соединены со входами второго, третьего, (n+1)-го вторых масштабирующих элементов, выходы которых соответственно соединены с первыми (n+1)-ми входами второго сумматора, выход которого через первое звено задержки соединен с первым входом второго элемента сравнения, а также с вторыми входами первого и второго элементов сравнения и с первыми входами второго и четвертого ключей, выход первого элемента сравнения через последовательно соединенные первую модель канала регулирования без запаздывания, первый регулятор подключен к (n+2)-ому входу второго сумматора, выход второго элемента сравнения соединен с входом второго звена задержки и с первым входом третьего умножителя, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, выходы первого, второго, n-го звеньев задержки соответственно соединены со входами n-го, (n-1)-го, первого третьих масштабирующих элементов, выход n-го звена задержки соединен с первым входом третьего элемента сравнения, выход которого через последовательно соединенные вторую модель канала регулирования без запаздывания и второй регулятор подключен к (n+2)-ому входу третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента сравнения, с входом третьего звена задержки, с первым входом четвертого элемента сравнения и с вторым входом четвертого сумматора, выходы третьих масштабирующих элементов соответственно соединены с первым, вторым, (n+1)-м входами третьего сумматора, выход второго звена задержки соединен с первым и вторым входами первого умножителя и с первым входами второго умножителя, выход первого умножителя через второй фильтр низкой частоты соединен с первым входом делителя, выход которого соединен с вторым входом третьего умножителя, выход третьего звена задержки соединен с вторым входом четвертого элемента сравнения, выход которого соединен с вторым входом второго умножителя, выход которого через третий фильтр низкой частоты соединен с вторым входом делителя, выход четвертого сумматора подключен к первому входу первого компаратора, а также ко второму входу первого ключа, второй и третий входы первого компаратора являются вторыми входами устройства, выход первого компаратора соединен с входом второго элемента "НЕ", выход которого соединен со вторым входом второго ключа, второй и третий входы второго компаратора являются третьими входами устройства, выход второго компаратора соединен со вторым входом четвертого ключа, выход которого соединен со вторым входом пятого сумматора, выход третьего ключа соединен с третьим входом пятого сумматора, выход которого является выходом устройства, второй вход третьего ключа является четвертым входом устройства.
Предлагаемое устройство позволяет получить надежное устройство, предназначенное для решения задачи экономной компенсации входных контролируемых возмущений инерционных объектов управления, обладающих конечной памятью (например, для доменных печей).
В рассматриваемом случае требующая решения задача формулируется следующим образом.
Дано: 1. Модель инерционного объекта регулирования

где Кo, To, to соответственно коэффициент усиления, постоянная времени, запаздывание в канале регулирования объекта управления;
оценка эквивалентного возмущения, выраженного в масштабе регулирующего воздействия,
l(t), l=1,...,L} контролируемые возмущения,
kol l 1, L} коэффициенты приведения контролируемых возмущений к масштабу регулирующего воздействия;
y(t) отклонение от заданного значения регулируемой переменной объекта управления.
2. Модель измерений возмущений
ωl(t) = ωDl(t)+N(t),
ωl(t) измеренное значение возмущения,
ωDl(t) действительное значение возмущения,
N(t) помехи измерений, при этом отношение дисперсии помехи измерения к дисперсии действительного значения возмущения составляет: 0,2-1,0.
3. Ограничения на диапазон и скорость изменения регулирующих воздействий Umin ≅ U(t) ≅ Umax,
где Umin, Umax соответственно минимальное и максимальное допустимое значение регулирующего воздействия.
Предполагается, что характеристики исполнительного механизма удовлетворяют данным ограничениям и регулирующие воздействия реализуются точно.
4. Критерий Q оптимальности регулирования

где tн, tк начальный и конечный моменты времени на интервале оптимизации.
5. Известны теоретические алгоритмы решения рассматриваемой задачи компенсации возмущений: алгоритмы теории инвариантности (Справочник по теории автоматического управления) под ред. А.А.Красовского. М. Наука, 1987 г. - 712 с.); алгоритмы теории регулирования с упреждающей компенсацией возмущений (Красовский А. А. Буков В.Н. Шендрик В.С. Универсальные алгоритмы оптимального управления непрерывными процессами. М. Наука, 1977. 271 с.); алгоритмы восстановительно-прогнозирующего регулирования (Авдеев В.П. Карташов В. Я. Мышляев Л.П. Ершов А.А. Восстановительно-прогнозирующие системы управления. Кемерово: КГУ, 1984. 89 с.).
Требуется: определить оптимальное регулирующее воздействие U(t) на интервале (tн, tк), соответствующее минимуму критерия и удовлетворяющее заданным ограничениям.
Привлекательной стороной алгоритмов теории инвариантности, обеспечивающих полную или частичную компенсацию, является сравнительная простота их: компенсирующее воздействие рассчитывается лишь по текущей информации о возмущениях и может быть достигнута полная компенсация возмущений, независимо от стоимости этой компенсации. Однако полная или частичная компенсация возмущений может оказаться невозможной в случае, когда условия абсолютной инвариантности нереализуемы или компенсирующее воздействие выходит за пределы ограничений и неприемлемой, когда стоимость управления входит в критерий оптимальности и такого рода компенсация и "стоит" слишком дорого.
Пример решения задачи стабилизации основности шихты доменного процесса. Суть задачи: для нормального протекания доменного процесса (т.е. обеспечения теплового и шлакового режима) необходимо, чтобы на интервале технологического цикла основность шихты, определяемая отношением масс основных и кислых окислов, содержащихся в доменной шихте, была постоянной. В реальных условиях работы доменной печи наблюдается существенный текущий разбаланс основных и кислых окислов, возникающий из-за колебаний химического состава компонент шихты, ошибок дозирования их, достоверно контролируемых. В результате под влиянием возмущений основность в каждой порции шихты, подаваемой в доменную печь, существенно изменяется и эти изменения имеют высокочастотный характер. Для стабилизации основности шихты по алгоритмам теории инвариантности в качестве регулирующего воздействия, которые, следовательно, тоже будут иметь высокочастотный характер, для компенсации отклонений основных окислов необходим известняк, а для компенсации отклонений кислых окислов должен быть использован кварцит, который в практике регулирования доменного процесса в качестве регулирующего воздействия не используется. Таким образом, регулирование по алгоритмам теории инвариантности плохо согласуется с логикой работы опытных технологов, с оправданным стремлением к экономическому ведению доменного процесса с обеспечением практически требуемой, а не идеальной точности. Так как на практике за критерий эффективности реализации заданной основности шихты принимается минимум удельного расхода известняка, необходимого для компенсации только медленно меняющейся составляющей возмущений, вызывающей существенные изменения теплового, шлакового режима доменного процесса. Высокочастотная же составляющая возмущений будет погашена доменной печью, характеризующейся большей инерционностью.
Следовательно, алгоритмы теории инвариантности имеют ограниченные возможности и могут привести даже к худшему решению, с точки зрения экономии ресурсов управления.
Предлагаемое устройство реализует алгоритм компенсации контролируемых возмущений, представляющий собой аппроксимацию известных теоретических алгоритмов эффективной компенсации, описанных в названных и других публикациях. Непосредственная реализация теоретических алгоритмов очень затруднена из-за слабой их помехозащищенности и повышенной сложности.
Алгоритмы теории регулирования с упреждающей компенсацией возмущений и алгоритмы восстановительно-прогнозирующего регулирования построены исходя из предположения о прогнозируемости возмущений. Опираясь на эти алгоритмы, в предлагаемом устройстве удалось осуществить параллельное функционирование двух каналов выработки компенсирующих воздействий. В каждом канале реализуется оптимальный (с точки зрения минимизации затрат на управление и достижение необходимой точности регулирования) алгоритм упреждающей компенсации контролируемых возмущений (А.А.Красовский, Б.Н.Буков, В.С.Шендрик. Универсальные алгоритмы оптимального управления непрерывными процессами. М. Наука, 1977. с. 154-158.). Суть экономной упреждающей компенсации контролируемых возмущений заключается в том, что рассчитанное по рассматриваемому алгоритму оптимальное компенсирующее воздействие для текущего момента времени направлено на компенсацию как текущих контролируемых возмущений, так и будущих контролируемых возмущений. Исходной предпосылкой алгоритма является наличие точных значений будущих контролируемых возмущений на интервале оптимизации, например, на интервале памяти замкнутой системы управления. В алгоритме будущие значения контролируемых возмущений свертываются в виде суммы с весовыми коэффициентами, экспоненциально убывающими в будущее и тем самым учитывающими уменьшающееся влияние контролируемых возмущений, более отдаленных в будущее относительно текущего момента времени. Учет таким образом будущих контролируемых возмущающих воздействий при определении оперативного компенсирующего воздействия способствует уменьшению затрат на управление.
Параллельное функционирование двух каналов выработки компенсирующих воздействий обусловлено тем, что в реальных условиях отсутствует точная информация о будущих значениях контролируемых возмущений. В такой ситуации экономное упреждающее компенсирующее воздействие может быть получено либо, используя в алгоритме оценки эстраполированных значений контролируемых возмущений, либо, экстраполируя полученные ретроспективно-образцовые компенсирующие воздействия. Для этих целей в устройство введены блок экстраполяторов и блок задержек. Первому способу получения экономного компенсирующего воздействия присущи ошибки экстраполяции, второму - запаздывание в определении компенсирующего воздействия. Объединение двух решений в результирующем компенсирующем воздействии уменьшает недостатки, характерные для каждого способа в отдельности.
С целью уменьшения ошибок экстраполяции, тем самым уточняя результирующее компенсирующее воздействие, в устройство введен блок адаптации, в котором адаптируемый коэффициент алгоритма определения результирующего компенсирующего воздействия настраивается, исходя из условия равенства задержанного результирующего компенсирующего воздействия ретроспективно-образцовому компенсирующему воздействию. Оба воздействия приведены к одному и тому же моменту времени.
Надежность устройства повышается за счет "горячего" резервирования одного управляющего канала другим. Для этого в устройстве предусмотрено два канала выработки компенсирующих воздействий. При отсутствии неисправностей (отказов) оба канала функционируют совместно. Причем первый канал является корректирующим, а второй канал (получения и экстраполяции ретроспективно-образцового компенсирующего воздействия) является основным. При отказе одного из каналов выработки компенсирующих воздействий другой продолжает функционировать, правда, с пониженной точностью регулирования. При отказе обоих каналов на выходе устройства формируется сигнал, соответствующий среднему уровню регулирующего воздействия. С помощью блока переключения управляющих каналов, анализирующего на соответствии заданному диапазону регулирующих воздействий выходной сигнал каждого управляющего канала, формируется выходной сигнал адаптивного компенсатора контролируемых возмущений.
На чертеже приведена блок-схема предлагаемого компенсатора.
Адаптивный компенсатор контролируемых возмущений содержит блок 1 расчета эквивалентного возмущения, состоящий из первых масштабирующих элементов 2, 3, первого сумматора 4, первого фильтра 5 низкой частоты, блок 6 экстраполяции, выполненный в виде последовательно соединенных n реальных формирующих звеньев 61oC6n, первый масштабирующий блок, включающий (n+1) вторых масштабирующих элементов 71, 72, 7n+1, второй сумматор 8, первый элемент 9 сравнения, первую модель 10 канала регулирования без учета запаздывания, первый регулятор 11, первое звено 12 задержки, второй элемент 13 сравнения, блок 14 задержки, включающий n звеньев 141, 142, 14n задержки, второй масштабирующий блок 15, включающий (n+1) третьих масштабирующих элементов 151, 152,15n+1, третий сумматор 16, третий элемент 17 сравнения, вторую модель 19 канала регулирования без запаздывания, второй регулятор 19, блок 20 адаптации, включающий второе звено 21 задержки, первый умножитель 22, второй фильтр 23 низкой частоты, делитель 24, третье звено 25 задержки, четвертый элемент 26 сравнения, второй умножитель 27, третий фильтр 28 низкой частоты, третий умножитель 29, четвертый сумматор 30, первые входы 31 устройства, блок 32 переключения каналов выработки компенсирующих воздействий, содержащий первый компаратор 33, второй элемент "НЕ" 34, второй ключ 35, второй компаратор 36, четвертый ключ 37, первый элемент "НЕ" 38, третий ключ 39, пятый сумматор 40, первый ключ 41, вторые входы 42 устройства, третьи входы 43 устройства, четвертый вход 44 устройства, выход устройства 45.
Первый управляющий канал включает блок 6 экстраполяции, первый масштабирующий блок 7, второй сумматор 8, первый элемент 9 сравнения, первую модель 10 канала регулирования без запаздывания, первый регулятор 11.
Второй управляющий канал включает блок 14 задержки, второй масштабирующий блок 15, третий сумматор 16, третий элемент 17 сравнения вторую модель 18 канала регулирования без учета запаздывания, второй регулятор 19.
На чертеже обозначено:
ω1(t), ω2(t) сигналы о контролируемых возмущениях в t-ый момент времени,
uI(t) сигнал о компенсирующем воздействии по первому управляющему каналу,
uII(t) сигнал о компенсирующем воздействии по второму управляющему каналу,
u(t) сигнал о результирующем компенсирующем воздействии,
umin, umax входные напряжения первого и второго компараторов,
uср(t) входное напряжение третьего ключа,
сигнал о эквивалентном возмущении.
Устройство работает следующим образом
На первичные входы 31 устройства, соединенные с входами l-первых (на чертеже l 2) масштабирующих элементов 2, 3 поступают сигналы о контролируемых возмущениях w1(t), ω2(t), далее в масштабирующих элементах сигналы умножаются на заданные масштабные коэффициенты kol и в результате чего приводятся к масштабу сигнала об управляющем воздействии. Значения масштабных коэффициентов, представляющих собой коэффициенты пересчета соответствующего возмущения ω2(t) в равносильное по конечному эффекту изменение регулирующего воздействия, определяются в соответствии с формулой kol= kωl/Ko, в которой kωl коэффициент передачи передачи объекта управления по каналу "ωl(t _→ y(t)"; Кo коэффициент передачи объекта управления по каналу "u(t) _→ y(t)". Выходные сигналы масштабирующих элементов суммируются в первом сумматоре 4, в результате формируется сигнал эквивалентного возмущения, равный который в первом фильтре 5 низкой частоты сглаживается с целью выделения вызывающей существенные изменения регулируемой переменной объекта управления медленно меняющейся составляющей возмущения, которая должна быть скомпенсирована.
Выходной сигнал блока расчета эквивалентного возмущения поступает на входы первого и второго каналов выработки компенсирующих воздействий.
В первом канале сигнал поступает на первый вход первого элемента 9 сравнения, на первый вход первого масштабирующего блока 7, на вход блока 6, состоящего из n последовательно соединенных реальных форсирующих звеньев, каждое из которых реализует передаточную функцию вида

где δt интервал экстраполяции; δф параметр реального форсирующего звена. Число реальных формирующих звеньев n определяется по выражению: n = Tпt.
Входной сигнал каждого реального формирующего звена экстраполируется на интервал времени, равный δt, т.е. на выходе первого реального формирующего звена 61 имеет , на выходе второго реального формирующего звена 62 имеет . на выходе n-го реального формирующего звена 6 имеем сигнал, равный . Таким образом, входной сигнал блока 6 экстраполируется на интервал памяти системы Тп.
Экстраполированные сигналы , , , а также сигнал поступают на входы соответствующих вторых масштабирующих элементов первого масштабирующего блока 7 и умножаются в нем на весовые коэффициенты k7(1), k7(2), k7(n+1), которые зависят от динамической характеристики канала регулирования Тo и в совокупности воспроизводят весовую функцию, экспоненциально убывающую в будущее от текущего момента t до (t+Tп), то есть k7(1) > k7(2) > k7(3) >, > k7(n+1).
Численные значения коэффициентов каждого масштабирующего элемента (71 oC 7n+1) первого масштабирующего блока 7 вычисляются по выражению

где (m+1) порядковый номер масштабирующего элемента первого масштабирующего блока 7; Tп интервал динамической памяти системы, Тп ≈ 2oC3To. Так, например, для масштабирующего элемента 71m принимает значение, равное нулю, а значение коэффициента k7(1) определяется по формуле:

для масштабирующего элемента 72 m=1,

и так далее до масштабирующего элемента 7n+1, для которого m=n и значение коэффициента k7(n+1) вычисляется по формуле:
.
Такая весовая функция позволяет уменьшить искажающее влияние ошибок экстраполяции на компенсирующее воздействие uI(t) первого управляющего канала и минимизировать значение приведенного выше критерия Q.
Первый элемент 9 сравнения формирует сигнал, равный и соответствующий нескомпенсированному эквивалентному возмущению, причем сигнал uI(t) выходной сигнал первого управляющего канала. С выхода элемента 9 сравнения полученный сигнал поступает на вход первой модели 10 канала регулирования без запаздывания, которая представляет собой инерционное звено первого порядка
.
В отличие от заданной в постановке задачи модели объекта управления модель 10 канала регулирования не содержит запаздывание, что позволяет с упреждением по отношению к реакции объекта управления определить ожидаемую ошибку регулирования dy(t) и своевременно скорректировать формируемое в первом управляющем канале компенсирующее воздействие, а, следовательно, и обеспечить требуемую точность регулирования. Далее выходной сигнал модели 10 канала регулирования без запаздывания δy(t) (ошибка регулирования) поступает на вход первого ПИ регулятора 11, выходной сигнал которого формируется в соответствии с алгоритмом
,
где Kn, Tn параметры регулятора.
Выходные сигналы первого масштабирующего блока 7 и первого регулятора 11 поступают на входы второго сумматора 8, на выходе которого формируется сигнал компенсирующего воздействия uI(t) первого управляющего канала.
Во втором канале регулирования выходной сигнал фильтра 5 низкой частоты поступает на вход блока 14 задержки и на (n+1)-ый вход второго масштабирующего блока 15 и умножается в нем на весовой коэффициент.
Блок 14 задержки состоящий из n-последовательно соединенных звеньев задержки, каждое из которых реализует передаточную функцию . Таким образом, входной сигнал задерживается первым звеном 141 задержки на интервал времени, равный dt, вторым звеном 142 задержки на время 2·δt, n-ым звеном 14n задержки на интервал времени, равный n·δt= Tп-памяти системы, Задержанные сигналы с выходов звеньев 141, 142, 14n задержки, соответственно соединенных с n-ым, с (n-1)-ым, с первым входом второго масштабирующего блока 15, поступают на входы соответствующих третьих масштабирующих элементов 15n, 15n-1, 151 и умножаются на весовые коэффициенты k15(1), k15(2), k15(n+1). Значения весовых коэффициентов в совокупности воспроизводят экспоненциально убывающую в будущее весовую функцию и вычисляются по формулам приведенным для расчета весовых коэффициентов k7(1), k7(2), k7(n+1) вторых масштабирующих элементов 71oC7n+1, т.е. k15(1) k7(1), k15(2) k7(2), k15(n+1) k7(n+1). Далее выходные сигналы второго масштабирующего блока 15 поступают на соответствующие (n+1)-ые входы третьего сумматора 16.
Выходной сигнал звена 14n задержки поступает на первый вход третьего элемента 17 сравнения, на второй вход которого поступает выходной сигнал UII(t-Tп) третьего сумматора 16. Выходной сигнал третьего элемента 17 сравнения представляет собой нескомпенсированное эквивалентное возмущение, влияние которого на выходную переменную канала регулирования определяется с помощью модели 18 канала регулирования без запаздывания. Выходной сигнал модели 18 δy(t-Tп) канала регулирования без запаздывания поступает на второй ПИ-регулятор 19 (пропорционально-интегральный), в котором формируется компенсирующее воздействие в соответствии с формулой

С выхода второго ПИ-регулятора 19 сигнал поступает на (n+2)-ой вход третьего сумматора 16. В третьем сумматоре 16 формируется компенсирующее воздействие UII(t-Tn) второго управляющего канала.
Таким образом, по каждому управляющему каналу получено компенсирующее воздействие, которое в случае нарушения функционирования отдельных элементов или блоков того или иного управляющего канала может быть использовано как основное рабочее компенсирующее воздействие и подаваться на исполнительный орган контуров компенсации контролируемых возмущений.
В нормальном (безотказном) режиме основное компенсирующее воздействие u(t) формируется с использованием решений обоих каналов, а именно: восстановленное образцовое компенсирующее воздействие uII(t-Tп) экстраполируется на интервал времени (t-Tп, t) по правилу uII(t):uII(t-Tп) и затем корректируется с учетом приращения δuI(t) = uI(t)-uI(t-Tп) компенсирующих воздействий по первому каналу, косвенно характеризующего изменившиеся свойства контролируемых возмущений, т.е.
u(t) uII(t-Tп) + k(t) [uI(t) uI(t-Tп)]
где k(t) адаптируемый коэффициент, который рассчитывается в блоке 20 адаптации в соответствии с формулой
k(t): k(t-Tп),

Кo, Tп параметры фильтров 23, 28 низкой частоты; Q - переменная интегрирования.
С этой целью с выхода второго сумматора 8 сигнал uI(t) поступает на вход первого звена 12 задержки, в котором задерживается на интервал времени, равный Тп, на второй вход второго элемента 13 сравнения, на второй вход первого элемента 9 сравнения и на первые информационные входы второго 25 и четвертого 37 ключей.
Выходной сигнал третьего сумматора 16 uII(t-Tп) поступает на второй вход третьего элемента 17 сравнения, на вход третьего звена 25 задержки, на первый вход четвертого элемента 26 сравнения, на второй вход четвертого сумматора 30, выход которого соединен с первым входом первого компаратора.
Далее выходной сигнал δuI(t) второго элемента 13 сравнения поступает на первый вход третьего умножителя 29 и на вход второго звена 21 задержки блока 20 адаптации и задерживается на интервал времени, равный Tп. Выходной сигнал звена 21 задержки поступает на первый и второй вход первого умножителя 22, а также на первый вход второго умножителя 27, на второй вход которого поступает выходной сигнал четвертого элемента 26 сравнения δuII(t-Tп), равный разности сигнала uII(t-Tп) и сигнала uII(t-2Tп), поступившего на второй вход четвертого элемента 26 сравнения выходного сигнала третьего звена 25 задержки, т.е. δuII(t-Tп) = uII(t-Tп)-uII(t-2Tп).
Выходные сигналы умножителей 22 и 27 поступают соответственно на входы фильтров 23 и 28 низкой частоты, с выходов которых сглаженные сигналы поступают на соответствующие входы делителя 24. Выходной сигнал 24 представляет собой оценку коэффициента k(t-Tп) и поступает далее на второй вход третьего умножителя 29. С выхода умножителя 29 сигнал поступает на первый вход четвертого сумматора 30, в котором формируется результирующее компенсирующее воздействие u(t). Выходной сигнал четвертого сумматора 30 поступает на первый вход первого компаратора и второй (информационный) вход первого ключа блока 32 переключения. Блок 32 переключения реализует следующий алгоритм формирования выходного сигнала uвых(t) адаптивного компенсатора контролируемых возмущений

где u(t) выходной сигнал четвертого сумматора 30, несущий информацию о результирующем компенсирующем воздействии; uI(t) выходной сигнал второго сумматора, несущий информацию о сформированном в первом канале компенсатора регулирующем воздействии; umin, umax входные напряжения первого и второго компараторов, соответствующие минимальному и максимальному значениям регулирующего воздействия; uср(t) сигнал, несущий информацию о заданном значении регулирующего воздействия, соответствующего середине интервала [umin, umax]
Первый компаратор 33, сравнивая сигнал u(t) с umin и umax, поданными на второй и третий входы 42 первого компаратора, формирует на своем выходе единичный управляющий сигнал при выполнении условия: umin ≅ u(t) ≅ umax или нулевой сигнал, если названное условие не выполняется. В первом случае (условие выполняется) сигнал u(t) через открытый первый ключ 41 поступает на первый вход пятого сумматора 40, на выходе 45 которого формируется выходной сигнал устройства.
Второй ключ 35 открывается при поступлении на его второй управляющий вход выходного сигнала второго элемента "НЕ" 34, на вход которого поступает управляющий сигнал с выхода первого компаратора 33. Второй компаратор 36 сравнивает выходной сигнал открытого второго ключа с сигналами umin, umax, поданными на второй и третий входы 43 второго компаратора 36. Выходной управляющий сигнал второго компаратора 36 поступает на второй управляющий вход четвертого ключа 37 и на вход первого элемента "НЕ" 38, выходной сигнал которого поступает на первый управляющий вход третьего ключа 39, на второй информационный вход 44 которого подается сигнала u(t). Выходные сигналы четвертого 38 и третьего 39 ключей подаются на второй и третий входы пятого сумматора 40 соответственно.
По сравнению с прототипом предлагаемого устройства позволяет снизить затраты на регулирование на 20oC25% за счет упреждающей компенсации контролируемых возмущений, а также достигнуть в 2 раза более высокой надежности за счет дублирования регулирующих каналов. Как показали результаты моделирования применительно к доменному процессу, устройство позволяет снизить удельный расход кокса на 1,0oC1,2 кг на тонну чугуна.
Формула изобретения: Адаптивный компенсатор контролируемых возмущений, содержащий первые масштабирующие элементы, входы которых соединены с входами устройства, а выходы соединены с входами первого сумматора, первый фильтр низкой частоты, первый элемент сравнения, первую модель канала регулирования без запаздывания, второй сумматор, первое звено задержки, второй элемент сравнения, отличающийся тем, что он содержит n последовательно соединенных реальных форсирующих звеньев, (n+1) вторых масштабирующих элементов, первый регулятор, n последовательно соединенных звеньев задержки, (n+1) третьих масштабирующих элементов, третий элемент сравнения, вторую модель канала регулирования без запаздывания, второй регулятор, третий сумматор, второе и третье звенья задержки, первый и второй умножители, второй и третий фильтры низкой частоты, делитель, четвертый элемент сравнения, третий умножитель, четвертый сумматор, последовательно соединенные первый компаратор, первый ключ и пятый сумматор, последовательно соединенные второй ключ, второй компаратор, первый элемент НЕ и третий ключ, второй элемент НЕ, четвертый ключ, выход первого сумматора соединен с входом первого фильтра низкой частоты, выход которого подключен к входу первого из (n+1) вторых масштабирующих элементов, к входу первого из n реальных форсирующих звеньев, к первому входу первого элемента сравнения, к входу первого из n последовательно соединенных звеньев задержки, к (n+1)-му входу последнего из (n+1) третьих масштабирующих элементов, выходы первого, второго, n-го реальных форсирующих звеньев соответственно соединены с входами второго, третьего, (n+1)-го вторых масштабирующих элементов, выходы которых соответственно соединены с первыми (n+1)-ми входами второго сумматора, выход которого через первое звено задержки соединен с первым входом второго элемента сравнения, с вторыми входами первого и второго элементов сравнения и с первыми входами второго и четвертого ключей, выход первого элемента сравнения через последовательно соединенные первую модель канала регулирования без запаздывания и первый регулятор подключен к (n+2)-му входу второго сумматора, выход второго элемента сравнения соединен с входом второго звена задержки и с первым входом третьего умножителя, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, выходы первого, второго, n-го последовательно соединенных звеньев задержки соответственно соединены с входами n-го, (n-1)-го, первого третьих масштабирующих элементов, выход n-го звена задержки соединен с первым входом третьего элемента сравнения, выход которого через последовательно соединенные вторую модель канала регулирования без запаздывания и второй регулятор подключен к (n+2)-му входу третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента сравнения, с входом третьего звена задержки, с первым входом четвертого элемента сравнения и с вторым входом четвертого сумматора, выходы третьих масштабирующих элементов соответственно соединены с первым, вторым, (n+1)-м входами третьего сумматора, выход второго звена задержки соединен с первым и вторым входами первого умножителя и с первым входом второго умножителя, выход первого умножителя через второй фильтр низкой частоты соединен с первым входом делителя, выход которого соединен с вторым входом третьего умножителя, выход третьего звена задержки соединен с вторым входом четвертого элемента сравнения, выход которого соединен с вторым входом второго умножителя, выход которого через третий фильтр низкой частоты соединен с вторым входом делителя, выход четвертого сумматора подключен к первому входу первого компаратора, а также к второму входу первого ключа, второй и третий входы первого компаратора являются соответствующими входами устройства, выход первого компаратора соединен с входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом второго ключа, второй и третий входы второго компаратора являются соответствующими входами устройства, выход второго компаратора соединен с вторым входом четвертого ключа, выход которого соединен с вторым входом пятого сумматора, выход третьего ключа соединен с третьим входом пятого сумматора, выход которого является выходом устройства, второй вход третьего ключа является соответствующим входом устройства.