система автоматического регулирования для объектов с запаздыванием

Формула изобретения

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ, содержащая последовательно соединенные первый сумматор, первый вход которого является входом системы, блок обратной модели инерционной части объекта управления, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом блока задержки, вход которого соединен с входом объекта управления, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности регулирования, дополнительно введено корректирующее звено с дробно-рациональной передаточной функцией, причем вход корректирующего звена с дробно-рациональной передаточной функцией соединен с выходом второго сумматора, а выход - с входом объекта управления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области автоматического управления технологическими процессами и может быть использовано для управления процессами, содержащими транспортное запаздывание, преимущественно в объектах управления, содержащих кроме звена транспортного запаздывания инерционное звено высокого порядка, а также в случаях, когда динамическая погрешность измерителя существенно сказывается на качестве регулирования.

Известны регуляторы, использующие знание динамики объекта управления и блок задержки на время транспортного запаздывания, например упредитель Смита [1] , использующий прямую модель объекта без запаздывания и блок задержки. С помощью упредителя Смита удается получить лучшее качество регулирования, чем при использовании типовых промышленных ПИД-регуляторов. Однако такое качество регулирования часто оказывается недостаточным.

Несколько выше точность регулирования можно получить, используя регулятор Ресвика [2] , являющийся наиболее близким к предлагаемому техническому решению. Регулятор Ресвика использует обратную динамическую модель инерционной части объекта управления и блок задержки на время чистого запаздывания. Система автоматического управления с использованием регулятора Ресвика включает последовательно соединенные первый сумматор, блок обратной модели объекта, второй сумматор и объект управления, а также блок задержки, вход которого соединен с входом объекта управления. Однако точность регулирования в такой системе и устойчивость могут сильно снизиться, если объект управления имеет большой порядок инерционности, а измеритель - существенную динамическую погрешность.

Целью изобретения является повышение точности регулирования и устойчивости системы, уменьшение ее восприимчивости к случайной погрешности измерителя.

Цель достигается тем, что в систему автоматического регулирования для объектов с запаздыванием, содержащую последовательно соединенные первый сумматор, блок обратной модели объекта, второй сумматор, а также блок задержки, вход которого соединен с входом объекта управления, а выход - с положительным входом второго сумматора, введен элемент с дробно-рациональной передаточной функцией, вход которого подключен к выходу второго сумматора, а выход - к входам блока задержки и объекта управления.

Элемент с дробно-рациональной передаточной функцией может представлять собой комбинацию типовых звеньев, определяемую характером объекта, входных возмущений и случайной составляющей погрешности измерителя. Такой элемент позволяет наилучшим образом выделить и предсказать полезный сигнал на фоне шума.

Хотя использование элементов с дробно-рациональной передаточной функцией в системах автоматического регулирования известно, однако в системах автоматического управления для объектов, содержащих транспортное запаздывание, такие элементы ранее не применялись. Поэтому предлагаемое техническое решение обладает "Новизной" и "Существенными отличиями" по сравнению с известными.

На чертеже показана блок-схема системы автоматического регулирования для объектов, содержащих транспортное запаздывание.

Она включает последовательно соединенные первый сумматор 1, блок 2 обратной модели инерционной части объекта 5 управления, второй сумматор 3, корректирующее звено 4 с дробно-рациональной передаточной функцией, а также блок 6 задержки на время транспортного запаздывания объекта. Вход блока задержки соединен с выходом корректирующего звена с дробно-рациональной передаточной функцией, а выход - с положительным входом второго сумматора.

Система автоматического регулирования функционирует следующим образом.

В качестве объекта управления взят инерционный объект первого порядка с постоянной времени Т_о = 2 мин и временем чистого запаздывания = 2 мин. На вход объекта подают "белый шум" с интенсивностью S₁₀ = 100. Спектральную плотность случайной погрешности измерителя задают в виде

S₂() = , где S₂₀ = 1, Т₁ = 0,5 мин - константы.

Наилучшая передаточная функция корректирующего звена 4 имеет вид

F(P) = K, где T = - постоянная времени;

K = e^-/T - коэффициент усиления;

При описанных условиях Т = 0,54 мин, К = 0,22. Дисперсия отклонения выходной координаты системы от заданного значения составляет 69,9.

Если использовать при тех же условиях регулятора Ресвика (прототип), то при наилучшей его настройке дисперсия оказывается равной 80,8.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет получить более высокую точность регулирования по сравнению с прототипом, а именно повысить точность на 15% , при этом устойчивость регулирования также возрастает.