каскадная двухканальная самонастраивающаяся система комбинированного управления

Формула изобретения

Каскадная двухканальная самонастраивающаяся система комбинированного управления, содержащая измеритель рассогласования, первый вход которого подключен к входу системы, первый регулятор, являющийся регулятором верхнего уровня, первый и второй сумматоры, объект управления, блок самонастройки, включающий первый логический блок определения момента самонастройки и второй, третий и четвертый логические блоки проверки наступления квазистатического состояния объекта управления, датчик внешнего возмущения, блок деления, управляемый ключ, блок памяти, первый, второй и третий блоки умножения, причем выход второго блока умножения подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного выходом к входу делимого блока деления, выход которого соединен с информационным входом управляемого ключа, подключенного выходом через блок памяти к первому входу второго блока умножения, второй вход которого соединен с входом делителя блока деления и с выходом датчика внешнего возмущения, выход основной регулируемой переменной объекта управления соединен с выходом системы и со вторым инверсным входом измерителя рассогласования, подключенного выходом к первому входу блока самонастройки и к информационному входу первого регулятора, управляющий вход которого соединен с управляющим входом управляемого ключа и с первым выходом блока самонастройки, на который разрешено прохождение управляющего сигнала через первый-четвертый логические блоки в случае, если объект находится в квазистатическом состоянии, первый выход первого регулятора, которому соответствует полный сигнал регулятора, подключен к первому входу первого блока умножения, второй вход которого соединен со вторым входом третьего блока умножения, первым входом второго блока умножения и выходом блока памяти, выход первого блока умножения подключен ко второму входу блока самонастройки и ко второму входу первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй выход первого регулятора, которому соответствует сумма пропорциональной и дифференциальной составляющих полного сигнала регулятора, соединен с первым входом третьего блока умножения, выход которого подключен к инверсному второму входу второго сумматора, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены третий сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого сумматора и первому входу второго сумматора, и входом соединенный с выходом третьего сумматора, а выходом - с первым входом объекта управления, второй регулятор, являющийся регулятором нижнего уровня и охваченный отрицательной обратной связью по одной из промежуточных переменных объекта управления, пятый логический блок проверки условия ограничения модуля отклонения входа первого регулятора от задания системы, шестой логический блок проверки условия ограничения сверху выходного сигнала второго регулятора, последовательно соединенные блок запаздывания, второй управляемый ключ, третий регулятор, являющийся регулятором верхнего уровня, четвертый сумматор и четвертый регулятор, являющийся регулятором нижнего уровня, выход которого подключен ко второму входу объекта управления, выход другой промежуточной переменной которого подключен к инверсному входу четвертого сумматора, управляющий вход пятого логического блока соединен с источником управляющего сигнала, первый информационный вход пятого логического блока подключен ко второму выходу блока самонастройки, первый информационный вход шестого логического блока подключен к выходу второго регулятора, первый информационный вход второго управляемого ключа предназначен для соединения выхода измерителя рассогласования с входом третьего регулятора в случае, если удовлетворительны результаты проверки условий ограничения в пятом и шестом логических блоках, на вторые входы пятого, шестого логических блоков и второго управляемого ключа поступают сигналы соответствующих заданий.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области систем автоматического управления и может быть использовано для управления объектами в химической и других отраслях промышленности.

Существуют объекты управления, характеризуемые нестационарными по коэффициенту передачи каналами управления, высоким уровнем контролируемых и неконтролируемых параметрических и сигнальных возмущений.

Объекты управления такого типа в области химии встречаются достаточно часто. Характерной их особенностью является двухканальность, т.е. наличие в каждом объекте двух каналов воздействия на выходную координату. В системе предусматривается также два соответствующих канала управления, один из которых является резервным. Необходимость резервирования каналов управления объясняется высокой значимостью регулируемых переменных для экономической эффективности либо безопасности технологических процессов. При этом резервные каналы управления могут быть не тождественными основным.

В условиях двухканального объекта управления резервный канал управления должен включаться автоматически при недопустимом снижении качества работы основного канала управления. В области химической технологии данная ситуация может возникнуть, например, в тех случаях, когда приход реагента по основному каналу управления оказывается недостаточным, не соответствующим текущему приходу сырья. Указанная ситуация является достаточно распространенной. Она может иметь место и в случае исправных технических средств основного канала, когда источником ее являются технологические причины.

Примером указанного объекта является, например, узел регулирования концентрации кислорода в газообразном диоксиде углерода на стадии синтеза в производстве карбамида. Переменная нагрузка агрегата карбамида по диоксиду углерода вызывается технологическими соображениями и экономической целесообразностью. Приход диоксида углерода является основным контролируемым возмущением. Выходной регулируемой координатой является содержание кислорода в газообразном диоксиде углерода. Недостаток кислорода в газообразном диоксиде углерода приводит к усиленной коррозии технологического оборудования, избыток - к снижению степени использования рабочего объема технологического оборудования и к повышенной взрывоопасности. Переменные, неизмеряемые концентрации примесей в диоксиде углерода, переменные температуры и давления являются неконтролируемыми возмущениями, влияющими на концентрацию кислорода в диоксиде углерода. Существуют технологические причины, по которым возможны перебои в поступлении кислорода, либо недостаточный его приход, что по соображениям безопасности является недопустимым. Предусмотрен резервный канал подачи кислорода в составе воздуха, который включается только при недостатке кислорода. Использование резервного канала позволяет избежать возникновения коррозионной опасности в оборудовании, но является экономически неэффективным, так как приводит к снижению реакционного объема реактора синтеза карбамида из-за увеличенного поступления с воздухом инертов и горючих газов, и, следовательно, к снижению его производительности. Таким образом, основной канал подачи кислорода в данном работающем объекте должен работать всегда (ввиду экономической эффективности), даже в случае недостаточного поступления кислорода, а включение резервного канала должно производиться в режиме дополнения.

Известна самонастраивающаяся система комбинированного регулирования, содержащая первый блок выделения модуля, последовательно соединенные блок памяти, блок умножения, сумматор, исполнительное устройство, объект, датчик выходной координаты объекта, измеритель рассогласования, регулятор и второй блок выделения модуля, последовательно соединенные датчик внешнего возмущения и блок деления, последовательно соединенные блок дифференцирования и третий блок выделения модуля, причем второй вход объекта соединен с входом датчика внешнего возмущения, выход которого соединен со вторым входом блока умножения, выход измерителя рассогласования соединен с входами первого блока выделения модуля и блока дифференцирования, выход регулятора соединен со вторым входом сумматора, в нее включены также датчик входной координаты объекта, управляемый ключ и последовательно соединенные первый, второй и третий логические блоки, вторые входы которых соединены с выходами соответственно второго, первого и третьего блоков выделения модуля, выход третьего логического блока соединен со вторым входом регулятора и через управляемый ключ - с входом блока памяти, выход исполнительного устройства соединен через датчик входной координаты объекта и блок деления со вторым входом управляемого ключа (SU 1254433, G05В 13/00, 1986).

Наиболее близкой к предложенной является каскадная двухканальная самонастраивающаяся система комбинированного управления, содержащая измеритель рассогласования, первый вход которого подключен к входу системы, регулятор, первый и второй сумматоры, объект управления, блок самонастройки, включающий первый, второй, третий и четвертый логические блоки, датчик внешнего возмущения, блок деления, управляемый ключ, блок памяти, первый, второй и третий блоки умножения, причем выход второго блока умножения подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного выходом к входу делимого блока деления, выход которого соединен с информационным входом управляемого ключа, подключенного выходом через блок памяти к первому входу второго блока умножения, второй вход которого соединен с входом делителя блока деления и с выходом датчика внешнего возмущения, выход объекта управления соединен с выходом системы и со вторым инверсным входом измерителя рассогласования, подключенного выходом к первому входу блока самонастройки и к информационному входу регулятора, управляющий вход которого соединен с управляющим входом управляемого ключа и с выходом блока самонастройки, первый выход регулятора подключен к первому входу первого блока умножения, второй вход которого соединен со вторым входом третьего блока умножения, первым входом второго блока умножения и выходом блока памяти, выход первого блока умножения подключен ко второму входу блока самонастройки и через второй вход первого сумматора и его выход соединен с первыми входами второго и третьего сумматоров, второй выход регулятора соединен с первым входом третьего блока умножения, выход которого подключен к инверсному второму входу второго сумматора (SU 1386957, G05В 13/00, 1988).

Данная известная система построена на основе принципа комбинированного регулирования и включает разомкнутый и замкнутый контуры формирования управляющих воздействий. Разомкнутый контур предназначен для компенсации контролируемых возмущений. Блок самонастройки повышает качество работы замкнутого и разомкнутого контуров управления системы. Цепи стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы повышают качество работы замкнутого контура регулирования при неизменных настройках регулятора и управлении нестационарным по статической характеристике объектом и обеспечивают стабилизацию коэффициента передачи разомкнутого контура в условиях нестационарного объекта.

Однако известное техническое решение не обеспечивает требуемого качества работы и необходимой надежности системы в условиях двухканального объекта управления, когда резервный канал управления должен включаться автоматически при недопустимом снижении качества работы основного канала управления.

Задача, решаемая данным изобретением, - повышение точности и надежности системы управления нестационарным по коэффициенту передачи основного канала двухканальным объектом управления в условиях высокого уровня контролируемых и неконтролируемых возмущений.

Для решения поставленной задачи предложена каскадная двухканальная самонастраивающаяся система комбинированного управления, содержащая измеритель рассогласования, первый вход которого подключен к входу системы, первый регулятор, первый и второй сумматоры, объект управления, блок самонастройки, включающий первый, второй, третий и четвертый логические блоки, датчик внешнего возмущения, блок деления, управляемый ключ, блок памяти, первый, второй и третий блоки умножения, причем выход второго блока умножения подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного выходом к входу делимого блока деления, выход которого соединен с информационным входом управляемого ключа, подключенного выходом через блок памяти к первому входу второго блока умножения, второй вход которого соединен с входом делителя блока деления и с выходом датчика внешнего возмущения, выход объекта управления соединен с выходом системы и со вторым инверсным входом измерителя рассогласования, подключенного выходом к первому входу блока самонастройки и к информационному входу первого регулятора, управляющий вход которого соединен с управляющим входом управляемого ключа и с выходом блока самонастройки, первый выход первого регулятора подключен к первому входу первого блока умножения, второй вход которого соединен со вторым входом третьего блока умножения, первым входом второго блока умножения и выходом блока памяти, выход первого блока умножения подключен ко второму входу блока самонастройки и через второй вход первого сумматора и его выход соединен с первыми входами второго и третьего сумматоров, второй выход первого регулятора соединен с первым входом третьего блока умножения, выход которого подключен к инверсному второму входу второго сумматора, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены третий сумматор и второй регулятор, последовательно соединенные пятый и шестой логические блоки, блок запаздывания, второй управляемый ключ, третий регулятор, четвертый сумматор и четвертый регулятор, выход которого подключен ко второму входу объекта управления, третий выход которого подключен к инверсному входу четвертого сумматора, управляющий вход пятого логического блока соединен с источником управляющего сигнала, первый информационный вход пятого логического блока подключен ко второму выходу блока самонастройки, первый информационный вход шестого логического блока подключен к выходу второго регулятора, первый информационный вход второго управляемого ключа соединен с выходом измерителя рассогласования, на вторые входы пятого, шестого логических блоков и второго управляемого ключа поступают сигналы заданий.

Функциональная структура и структурная схема системы представлены на фиг.1 и 2. На фиг.3 и 4 представлены блок-схемы реализации логических блоков, входящих в состав блока самонастройки и блока включения резервного канала управления. На фиг.5 представлена принципиальная схема пневматического ПИ-регулятора.

Система включает измеритель 1 рассогласования, регулятор 2, блок 3 умножения, сумматор 4, объект управления 5, блок 6 самонастройки, корректирующий фильтр 7, датчик 8 основного внешнего возмущения, сумматор 9, блок 10 умножения, блок 11 выделения модуля, блок 12 дифференцирования, блок 13 выделения модуля, блок 14 дифференцирования, блок 15 выделения модуля, логические блоки 16-19, блок 20 выделения модуля, блок 21 деления, управляемый ключ 22, блок 23 памяти, блок 24 умножения.

Блок-схема реализации логических блоков, входящих в состав блока 6 самонастройки (фиг.3), включает компаратор 25, управляемый ключ 26, компаратор 27, управляемый ключ 28, компаратор 29, управляемый ключ 30, компаратор 31 и управляемый ключ 32.

Принципиальная схема пневматического ПИ-регулятора (фиг.5) включает элемент 33 сравнения, дроссельный сумматор 34, элемент 35 сравнения, усилитель 36 мощности, элемент 37 сравнения, емкость 38, запорный клапан 39 и отключающее реле 40.

Система также включает сумматор 41, регулятор 42, логические блоки 43 и 44, блок 45 запаздывания, двухканальный управляемый ключ 46, регулятор 47, сумматор 48, регулятор 49, блок 50 включения резервного канала управления, блок 51 обобщенного объекта управления.

Блок-схема реализации логических блоков, входящих в состав блока 50 включения резервного канала управления (фиг.4), включает компаратор 52, управляемый ключ 53, компаратор 54, управляемый ключ 55, блок запаздывания 45, двухканальный управляемый ключ 46.

Обобщенный объект управления 51 (фиг.2) включает регуляторы 42 и 49, объект управления 5, сумматоры 41 и 48.

На фиг.1-5 приняты следующие обозначения:

g(t) - задающее воздействие; Y(t) - отклонение выходного сигнала объекта управления от задания; С - управляющий сигнал; С₀ - задание для первого логического блока; C₁ - задание для второго логического блока; C₂ - задание для третьего логического блока; С₃ - задание для четвертого логического блока; С ₄ - задание для пятого логического блока; С ₅ - задание для шестого логического блока; U ₁(t) - выход второго блока умножения; U _пд(t) - выходной сигнал третьего блока умножения; U ₂(t) - выходной сигнал разомкнутого контура; U ₃(t) - выходной сигнал второго регулятора основного канала управления системы; X₁(t) - основное контролируемое возмущение; X(t) - основной вход обобщенного объекта по каналу управления; X_R(t) - резервный вход обобщенного объекта по каналу управления; Y(t) - выход объекта управления; K_ф(t) - выходной сигнал блока памяти; Y₁(t) - выходной сигнал первого блока выделения модуля; Y₂(t) - выходной сигнал второго блока выделения модуля; Y₃(t) - выходной сигнал третьего блока выделения модуля; U_к(t) - выходной сигнал четвертого блока выделения модуля; f(t) - внешнее неконтролируемое возмущение; Р_вх - сигнал, пропорциональный текущему значению регулируемого параметра; Р₃ - сигнал, пропорциональный заданному значению регулируемого параметра; Р_к - командный сигнал; Р _вых - выходной сигнал пневматического регулятора.

Структура системы управления включает основную каскадную управляющую структуру, состоящую из сумматора 1, регулятора 2 верхнего уровня, охваченного отрицательной обратной связью по величине основной регулируемой переменной Y(t), сумматора 41 и регулятора нижнего уровня 42, охваченного отрицательной обратной связью по основной промежуточной переменной Y₁(t).

Структура системы управления включает также резервную каскадную управляющую структуру, состоящую из сумматора 1, регулятора верхнего уровня 47, подключенного входом к выходу сумматора 1 через блок 50 включения резерва и охваченного отрицательной обратной связью по величине основной регулируемой переменной Y(t), а также - из сумматора 48 и регулятора 49 нижнего уровня, охваченного отрицательной обратной связью по резервной промежуточной величине Y ₂(t).

Использование каскадных управляющих структур вместо автономных, системно не связанных контуров управления, как известно, позволяет получить более высокое качество управления.

Замкнутый контур регулирования основной управляющей структуры содержит последовательно соединенные блоки 1, 2, 3, 4, 41, 42 и 5, охваченные отрицательной обратной связью по величине Y(t). Блок умножения 3 используется в цепях самонастройки коэффициента передачи разомкнутой системы по основному каналу объекта управления, а сумматор 4 - для объединения выходных сигналов разомкнутого и замкнутого контуров в совокупный управляющий сигнал X(t), являющийся входным управляющим сигналом обобщенного объекта управления 51.

Замкнутый контур регулирования резервной управляющей структуры содержит последовательно соединенные блоки 1, 11, 50, 47, 48, 49 и 5, охваченные отрицательной обратной связью по величине Y(t).

Блок включения резерва 50 автоматически анализирует заданные условия включения/отключения резервной управляющей структуры и выполняет при соблюдении этих условий соответствующее изменение управляющей структуры системы.

Разомкнутый контур регулирования включает последовательно соединенные блоки 8, 7, 4 и 51.

Управляющими сигналами замкнутого и разомкнутого контуров являются соответственно сигналы U₁(t) и U ₂(t).

Блок 6 самонастройки разомкнутого и замкнутого контуров содержит блоки 11-20. Цепи стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы включают блоки 8, 9, 7, 6, 3, 24 и соответствующие им связи.

Для обоснования достижения поставленных перед системой целей, без снижения при этом общности получаемых результатов рассмотрим работу системы с обобщенным объектом 51.

Система решает задачу управления нестационарным объектом, который в общем виде можно описать уравнением:

где a₁, K ₀(t), d₀(t) - параметры объекта управления;

Y(t) - регулируемая величина;

Y⁽ⁱ⁾ (t) - производная i-го порядка;

- величина запаздывания аргумента;

X(t) - входной сигнал объекта;

X₁(t) - основное внешнее контролируемое возмущение (возмущение по нагрузке);

f(t) - внешнее неконтролируемое возмущение.

Рассматриваются нестационарные объекты следующего вида:

Уравнения (1) и (2) описывают движение объектов, нестационарных по статической характеристике. Задача управления заключается в сведении до заданной величины ошибки регулирования.

где ₁ - некоторая заданная положительная величина.

Система работает следующим образом. Рассмотрим последовательно работу структурных элементов системы управления.

Разомкнутый контур формирует сигнал управления, пропорциональный величине основного контролируемого возмущения X ₁(t). Для этого в блоке 21 формируется сигнал отношения величин, пропорциональных входным переменным, который через управляемый ключ 22 поступает в блок 23 памяти. Сигналы, поступающие на первый и второй входы делителя 21, пропорциональны на практике (применительно, например, к области химической технологии) дозировкам соответственно реагента и сырья. Запись выходного сигнала блока 21 деления в блоке 23 памяти производится только в том случае, когда блок 6 самонастройки выдает управляющий сигнал С на открытие ключа 22. Выходной сигнал К_ф(t) блока 23 памяти поступает в блоки 3 и 24. Умножение в блоке 3 выходных сигналов регулятора 2 и блока 23 позволяет осуществить самонастройку коэффициента передачи разомкнутой системы в условиях нестационарного коэффициента передачи объекта. Умножение сигнала K_ф(t) в блоке 24 на второй выходной сигнал регулятора 2, являющийся ПД-составляющей сигнала управления, позволяет сохранить точность коррекции сигнала X(t) в сумматоре 9 в условиях самонастройки коэффициентов передачи каналов управления. Выходной сигнал блока 23 памяти умножается в блоке 10 на величину сигнала, пропорционального величине основного контролируемого возмущения. Выходной сигнал блока 10, являющийся выходным управляющим сигналом U ₂(t) разомкнутого контура, поступает в сумматор 4 для формирования совокупного управляющего воздействия X(t) основной управляющей структуры.

Таким образом, выходной сигнал датчика 8 умножается в блоке 7 на некоторую величину (коэффициент передачи блока 7), которая между актами самонастройки корректирующего фильтра 7 является величиной постоянной и хранится в блоке 23 памяти. При самонастройке блока 7 коэффициент передачи его изменяется скачкообразно, т.к. при наступлении состояния квазистатики объекта новое отношение входных сигналов делителя 21 (пропорциональное, например, текущему соотношению дозировок реагента и сырья), пропускается через ключ 22 и запоминается в блоке 23 памяти. При работе системы все изменения величины X₁(t) в определенном соотношении, равном коэффициенту передачи блока 7, отслеживаются величиной U₂(t).

Таким образом, корректирующий фильтр 7 представляет собой пропорциональное звено с переменным коэффициентом передачи, имеющим кусочно-постоянный характер.

Блок 6 самонастройки (фиг.2) автоматически определяет моменты времени выполнения условий самонастройки, в которые он выдает распорядительные воздействия. Блок самонастройки работает следующим образом.

Блок 16 служит для определения момента самонастройки. В блоках 17-19 проверяются условия квазистатики объекта управления. Операции, выполняемые в блоках 16-19, описываются соответственно формулами (3)-(6).

Сигнал U₁(t) представляет собой реакцию замкнутого контура на действие всех видов возмущений, изменяющих выход объекта. Если модуль указанной величины, получаемой в блоке 20, превышает некоторую заданную величину С ₀ (формула 3), и при этом объект находится в состоянии квазистатики, т.е. выполняются условия (формулы (4)-(6)), то управляющий сигнал проходит первый 16, второй 17, третий 18, четвертый 19 логические блоки и поступает на управляющий вход ключа 22. Одновременно сигнал С поступает через второй вход в регулятор 2, где обнуляет интегральную составляющую сигнала U ₁(t). Пусть регулятор 2 реализует ПИД - закон регулирования, тогда

где B₁, В ₂, В₃ - настраиваемые параметры регулятора.

В результате акта самонастройки корректирующего фильтра 7 величина U₁(t) определяется формулой

Переход системы управления на новое значение корректирующего фильтра не вызывает возмущения входного сигнала X(t) объекта 5. Действительно, при выполнении условий, проверяемых в блоках 16-19 системы, сигнал С открывает ключ 22, в результате чего сигнал X(t) после вычитания из него в сумматоре 9 величины U_пд(t) проходит блок 21 деления, ключ 22, записывается в блоке 23 памяти, проходит блок 24 умножения и в виде сигнала U₂(t) поступает на второй вход первого сумматора 4. Операция обнуления И-составляющей приводит к тому, что условие, проверяемое в первом логическом блоке 16. не выполняется. В результате чего сигнал С не проходит логические блоки 16-19 и управляемый ключ 22 закрывается. Таким образом, в блоке 23 памяти записано новое значение коэффициента передачи корректирующего фильтра 7. При этом первый выходной сигнал регулятора 2 уменьшен, а выходной сигнал разомкнутого контура увеличен на величину И-составляющей выхода регулятора, имевшей место в составе выхода регулятора перед моментом самонастройки. Второй выход регулятора 2 определяется выражением (8), т.е. представляет собой ПД-составляющую сигнала U₁(t), умноженную на величину k_ф(t). Вычитание сигнала U _пд(t) в сумматоре 9 из сигнала X(t) исключает двойное суммирование ПД-составляющей выхода регулятора 2 в сумматоре 4 и, следовательно, возмущение входа объекта.

Цепь, связывающая второй выход регулятора 2 с вторым входом сумматора 9, позволяет повысить точность работы системы за счет исключения возмущения входа объекта при адаптации фильтра 7, когда ПД-составляющая величины U ₁(t) отлична от нуля. При дальнейшей работе системы величина U₁(t) как реакция замкнутого контура на отклонение величины Y(t) от задания изменяется. Когда модуль указанного сигнала превысит заданное значение С ₀, при наступлении квазистатического состояния объекта выполняется следующий акт адаптации фильтра 7. Величины С ₀, C₁, С₂, С₃ являются априорно настраиваемыми параметрами блока 6. Изменение величины выхода регулятора 2 с течением времени характеризует изменение динамических характеристик канала управления и (или) внешних условий функционирования системы. Величина модуля сигнала U₁(t) в состоянии квазистатики объекта 5 характеризует степень несоответствия управляющего сигнала X(t) величине основного контролируемого возмущения X ₁(t) в текущих условиях функционирования системы. Акт самонастройки фильтра 7 повышает качество компенсации на входе объекта возмущения X₁(t) и, следовательно, качество работы всей системы в целом, т.к. часть возмущений, которая проходила через объект, увеличивала дисперсию выходного параметра и нагружала обратную связь, будет скомпенсирована на входе его.

Задача стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы рассматривается как часть задачи, сформулированной выше (формулы (1) и (2)).

Пусть К₀(t) - статическая характеристика объекта 5 управления (нестационарный коэффициент передачи); k _рег - коэффициент передачи регулятора 2; k _pc(t) - коэффициент передачи разомкнутой системы. Блок 3 умножения представим в виде усилителя, переменный коэффициент усиления которого k_ф(t) заменяет умножение на второй входной сигнал блока 3. Задача стабилизации k _pc(t) может быть сформулирована:

Требуется обеспечить k₂-k ₁< ₂,

где K_min , К_max - предельные значения величины K ₀(t); k₁, k₂ - предельные значения величины k_pc(t); ₂ - некоторое заданное малое положительное число.

Цепи самонастройки величины K_pc (t), использованные в составе системы, позволяют решить указанную задачу.

Пусть t_i (i=1, 2, ..., n) - моменты квазистатики объекта управления. Для момента t _i:

где k_рк(t_i ) - коэффициент передачи разомкнутого контура системы. Для момента t_i+1:

где ₁ - некоторая положительная величина. Тогда:

В результате самонастройки коэффициента передачи фильтра 7 в момент t_i+1:

т.е. в пределах некоторой допустимой погрешности система посредством блока 6 самонастройки обеспечивается постоянство коэффициента передачи разомкнутого контура.

Следовательно: .

Для разомкнутой системы в момент t _i (при отсутствии блока 3):

Для момента t_i+1:

Из сравнения двух последних выражений с учетом вышеприведенного выражения для k_ф (t_i+1 ) следует, что для стабилизации величины k_рс (t) достаточно умножить ее на величину k_ф (t). После введения в систему (фиг.2) блока 3 для момента t _i можно записать:

где

Для момента t_i+1 (в пределах допустимой погрешности самонастройки):

т.е.

Таким образом, использование указанных цепей самонастройки позволяет решить сформулированную выше задачу стабилизации величины k_pc(t).

Третий блок 24 умножения (фиг.2) предназначен для обеспечения равенства ПД-составляющих выходного сигнала регулятора при взаимной компенсации их в сумматоре 9.

В блоке включения резерва 50 анализируются условия (9), определяющие момент включения/отключения резервной управляющей структуры:

где U_max - максимальное значение выходного управляющего сигнала основной управляющей структуры (вход объекта 51).

Первое соотношение условий (9) проверяется в логическом блоке 43, второе - в логическом блоке 44. Если выполнены условия (9) (фиг.4), то сигнал С проходит через управляющие входы ключей 53 и 55, поступая на вход блока запаздывания 45. Если условия (9) выполняются в течение заданного времени _усл, являющегося параметром блока запаздывания, то сигнал С пройдет блок запаздывания 45, поступит на управляющий вход ключа 46, обеспечивая соединение второго информационного входа этого ключа с его выходом. При этом выходной сигнал Y(t) измерителя рассогласования 1 поступит на вход регулятора 47 резервной управляющей структуры, включая ее в работу в режиме дополнения к основной управляющей структуре. При нарушении условий, проверяемых в блоке 50, резервная управляющая структура отключается, т.к. основной канал управления обеспечивает решение поставленной перед системой задачи.

Логические блоки системы 16-19, 43-45 (фиг.2) могут быть реализованы как на базе технических средств - компараторов и управляемых ключей, - так и программно на основе алгоритмов, соответствующих представленным на фиг.3 и фиг.4 блок-схемам, на любой современной электронной вычислительной машине. Реализация обнуления И-составляющей выходного сигнала регулятора при использовании системы управления в программном виде является тривиальной. На фиг.5 представлен пример реализации указанной операции обнуления на базе технических средств с использованием схемы пневматического ПИ-регулятора. Обнуление И-составляющей в этом случае заключается в соединении посредством клапана 39 пневматической емкости 38 с атмосферой. Реализация блока запаздывания сигнала в программном виде является стандартной программой и входит в состав библиотек программ большинства контроллеров (например, Р-130, КР-300 ОАО ЗЭиМ, г.Чебоксары и др.).