Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
АДАПТИВНАЯ ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ
АДАПТИВНАЯ ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ

АДАПТИВНАЯ ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к системам автоматического цифрового управления объектами с нестационарными динамическими характеристиками и может найти применение в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Технический результат изобретения - повышение качества цифрового управления объектами с нестационарными динамическими характеристиками. Поставленная задача достигается тем, что в адаптивной цифровой системе управления нестационарными технологическими объектами, содержащей последовательно соединенные элемент сравнения, вырабатывающий сигнал рассогласования, равный разности задающего сигнала и текущего значения регулируемой величины, цифровой регулятор, объект управления, блок текущей идентификации, входы которого соединены с входом, выходом объекта и измеряемыми возмущениями, поступающими на объект, новым является то, что в нее дополнительно введены блок оценки настроек цифрового регулятора, блок оптимизации такта квантования, блок коррекции параметров модели объекта и настроек цифрового регулятора, при этом блок оценки настроек цифрового регулятора своим входом соединен с первым выходом блока текущей идентификации, а выходом - с первым входом блока оптимизации такта квантования, второй вход которого соединен со вторым выходом блока текущей идентификации, а выход - с входом блока коррекции параметров модели объекта и настроек цифрового регулятора, первый выход блока коррекции соединен со вторым входом цифрового регулятора, второй - с входом блока текущей идентификации, а третий - с третьим входом блока оптимизации такта квантования. Предложенная адаптивная цифровая система управления нестационарными технологическими объектами позволяет повысить динамическую точность и уменьшить время установления регулируемой переменной за счет варьирования временного квантования измеряемых входных и управляемых параметров и его оптимизации по выбранному критерию управления в процессе функционирования системы. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

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: 2166788
Класс(ы) патента: G05B13/02, G05B21/00
Номер заявки: 2000105853/09
Дата подачи заявки: 10.03.2000
Дата публикации: 10.05.2001
Заявитель(и): Воронежская государственная технологическая академия
Автор(ы): Ануфриев В.В.; Кудряшов В.С.; Алексеев М.В.; Рязанцев С.В.
Патентообладатель(и): Воронежская государственная технологическая академия
Описание изобретения: Предлагаемое изобретение относится к системам автоматического цифрового управления объектами с нестационарными динамическими характеристиками и может найти применение в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является адаптивная система управления объектами с запаздыванием, содержащая задатчик, элемент сравнения, регулятор, объект управления, блок идентификации параметров математической модели объекта управления, блоки вычисления весовых функций объекта, блок настройки коэффициентов регулятора (см. а.с. СССР N 1297009, М.Кл.3 G 05 B 13/02 от 31.07.85).
В адаптивной системе рассчитываются параметры регулятора в соответствии с новыми параметрами модели объекта с нестационарными динамическими характеристиками, уточняемыми в результате текущей идентификации по измерениям входа, выхода объекта и возмущающему воздействию.
Недостатком этой системы является неудовлетворительное качество управления в условиях значительного изменения динамических характеристик объекта управления с течением длительного времени его работы, а также при скачкообразном их изменении по каналам управления и возмущения вследствие того, что временное квантование измеряемых входных и управляемых параметров остается неизменным, что в значительной мере снижает динамическую точность и увеличивает время установления регулируемой переменной.
Техническая задача предлагаемого изобретения - повышение качества цифрового управления объектами с нестационарными динамическими характеристиками.
Поставленная задача достигается тем, что в адаптивной цифровой системе управления нестационарными технологическими объектами, содержащей последовательно соединенные элемент сравнения, вырабатывающий сигнал рассогласования, равный разности задающего сигнала и текущего значения регулируемой величины, цифровой регулятор, объект управления, блок текущей идентификации, входы которого соединены с входом, выходом объекта и измеряемыми возмущениями, поступающими на объект, новым является то, что в нее дополнительно введены блок оценки настроек цифрового регулятора, блок оптимизации такта квантования, блок коррекции параметров модели объекта и настроек цифрового регулятора, при этом блок оценки настроек цифрового регулятора своим входом соединен с первым выходом блока текущей идентификации, а выходом - с первым входом блока оптимизации такта квантования, второй вход которого соединен со вторым выходом блока текущей идентификации, а выход - с входом блока коррекции параметров модели объекта и настроек цифрового регулятора, первый выход блока коррекции соединен со вторым входом цифрового регулятора, второй - с входом блока текущей идентификации, а третий - с третьим входом блока оптимизации такта квантования.
Технический результат изобретения выражается в том, что повышается динамическая точность и уменьшается время установления регулируемой переменной за счет варьирования временного квантования измеряемых входных и управляемых параметров и его оптимизации по выбранному критерию управления в процессе функционирования системы.
Совокупность новых признаков в сочетании с известными сообщают предлагаемому изобретению новые свойства, обеспечивающие повышение качества управления технологическим объектом в условиях нестационарного поведения, за счет введения оптимизации такта квантования и коррекции настроек цифрового регулятора в соответствии с оптимальным тактом.
На чертеже показана функциональная структурная схема для реализации предлагаемой системы. Схема содержит элемент 1 сравнения, цифровой регулятор 2, объект 3 управления, блок 4 текущей идентификации, блок 5 оценки настроек цифрового регулятора, блок 6 оптимизации такта квантования, блок 7 коррекции.
Адаптивная цифровая система управления работает следующим образом.
Элемент 1 сравнения вырабатывает сигнал рассогласования e на цифровой регулятор 2:
ei=y3i-yi, (1)
где y3i, yi - задающий сигнал и текущее значение регулируемой величины; i - текущий индекс такта квантования.
Квантование осуществляется по времени с длительностью такта Т0.
Цифровой регулятор 2 по сигналу рассогласования e вырабатывает управляющее воздействие u на вход объекта 3 в соответствии с алгоритмом цифрового управления:

где m - порядок цифрового регулятора; ql - настройки цифрового регулятора ().
Блок 4 текущей идентификации по текущим измерениям входа u, выхода у объекта и возмущений f, поступающих на объект, корректирует параметры модели объекта по каналам управления и возмущения. При этом модель объекта представлена в конечно-разностной форме:

где as, bh - параметры модели объекта по каналу управления; cν,r - - параметры модели объекта по каналам возмущения; n,w,p - порядки полиномов конечно-разностного уравнения; fν - возмущения на объект; k - число измеряемых возмущений; d1,d2,ν - числа тактов запаздывания по каналу регулирования и каналам возмущения:

где τ1, τ2,ν - время чистого запаздывания по каналам регулирования и возмущения.
В блоке 4 текущей идентификации коррекция параметров as,bh,cν,r осуществляется рекуррентным методом наименьших квадратов.
С выхода блока 4 текущей идентификации скорректированные параметры модели (3) объекта поступают на вход блока 5 оценки настроек ql цифрового регулятора 2, где осуществляется предварительный расчет настроек при исходном Т0 (например, методом покоординатного спуска), которые должны соответствовать оптимуму комплексного критерия:

где N - число тактов Т0 квантования, определяемое временем установления переходного процесса; Δu - отклонение регулирующей переменной от установившегося значения (Δui = ui - uN), r - весовой коэффициент, учитывающий затраты на управление.
В блоке 6 оптимизации такта Т0 квантования осуществляется пробный шаг ±ΔТ0 в двух направлениях и по информации от блоков 4, 5 производится расчет оценок параметров as,bh,cν,r,d1,d2,ν модели объекта (3) и настроек ql алгоритма цифрового управления (2) при T0 + ΔT0 и Т0 - ΔT0. При этом вычисляются соответствующие значения критерия (5) S(+), S(-) и выполняется шаг по Т0 в направлении убывания критерия S:

где Тj0, Тj-10 - такт квантования на текущей и предыдущей итерациях приближения; Sj(0), Sj(-), Sj(+) - значения критерия (5) в исходной точке и в приращениях.
Величина шага Δ Т0 рассчитывается по алгоритму

где K1, K2 - коэффициенты шага (0 < К1 <1,1 <K>2 < 2).
На первой итерации приближения к оптимуму (j=1) ΔT10 = 0,01·T10.
С выхода блока 6 оптимизации текущие значения оценок параметров модели объекта, настроек алгоритма цифрового управления и рассчитанного такта Тj0 квантования поступают на вход блока 7 коррекции, где осуществляется корректировка параметров as,bh,cν,r,d1,d2,ν,q1 при новом значении Т0. В блоке 7 коррекции производится проверка выполнения условия окончания поиска оптимального такта квантования:
ΔTj0<ε>, (8)
где ε - заданная точность оптимума.
При невыполнении условия (8) скорректированные параметры as,bh,cν,r,d1,d2,ν,q1 с выхода блока 7 коррекции поступают на вход блока 6 оптимизации такта Т0 квантования. При выполнении условия (8) с выхода блока 7 коррекции оптимальное значение такта Т0 квантования и скорректированные настройки ql поступают на второй вход цифрового регулятора 2, в соответствии с которыми реализуется алгоритм (2) цифрового управления. Одновременно с выхода блока 7 значение Т0 и скорректированные параметры as,bh,cν,r,d1,d2,ν поступают на вход блока 4 текущей идентификации модели (3) объекта управления.
Использование изобретения позволяет повысить динамическую точность и уменьшить время установления регулируемой переменной за счет варьирования временного квантования измеряемых входных и управляемых параметров и его оптимизации по выбранному критерию управления в процессе функционирования системы.
Формула изобретения: Адапативная цифровая система управления нестационарными технологическими объектами, содержащая последовательно соединенные элемент сравнения, вырабатывающий сигнал рассогласования, равный разности задающего сигнала и текущего значения регулируемой величины, цифровой регулятор, объект управления, блок текущей идентификации, входы которого соединены с входом, выходом объекта и измеряемыми возмущениями, поступающими на объект, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены блок оценки настроек цифрового регулятора, блок оптимизации такта квантования, блок коррекции параметров модели объекта и настроек цифрового регулятора, при этом блок оценки настроек цифрового регулятора своим входом соединен с первым выходом блока текущей идентификации, а выходом - с первым входом блока оптимизации такта квантования, второй вход которого соединен со вторым выходом блока текущей идентификации, а выход - с входом блока коррекции параметров модели объекта и настроек цифрового регулятора, первый выход блока коррекции соединен со вторым входом цифрового регулятора, второй - с входом блока текущей идентификации, а третий - с третьим входом блока оптимизации такта квантования.