с повышенным быстродействием

Область техники

Изобретение относится к области управления процессами и параметрами и может быть использовано как для систем автоматического/автоматизирова� �ного регулирования, так и при ручном управлении.

Предшествующий уровень техники

Известны системы с ручным управлением, а также системы регулирования на базе ПИ, ПИД и др. типах регуляторов, которые не достигают максимального быстродействия и не полностью реализуют потенциал имеющегося оборудования.

Недостатком данных систем является то, что в большинстве своем они строятся по линейным законам.

Проведенные исследования патентной документации говорят об отсутствии аналогов предлагаемой системы и о необходимости совершенствования имеющихся систем управления и регулирования.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является повышение быстродействия системы управления или регулирования.

Это достигается тем, что вместо требуемого задания Set, системе или одной (или нескольким) из ее подсистем в течение некоторого начального времени выдается скорректированное задание Set' (фиг. 1-3), отличное от требуемого.

Осуществление изобретения

Технически устройство, осуществляющее корректировку задания, может быть вьшолнено в виде компьютерной программы, контроллера или отсутствовать вовсе (в случае ручного расчета).

При этом модернизация существующей системы производится без замены оборудования, а лишь путем изменения законов регулирования. Примеры:

Изобретение не ограничивается рассматриваемыми примерами, которые приводятся лишь для пояснения принципа работы.

Пример 1

Апериодическое звено 1-го порядка (модель)

Передаточная функция апериодического звена 1-го порядка имеет вид:

W(p) = 1 / (Тр+1)

где Т = 10 - постоянная времени.

Расчет апериодического звена 1-го порядка (фиг. 1) производится по формуле:

H[n] = H[n-l] exp(-l/T) + Set[n-l] (l-exp(-l/T)) (1) где Н[п] - текущее значение параметра;

Н[п-1] - предыдущее значение параметра;

Set[n-1] - предыдущее значение задания;

Т = 10 - постоянная времени;

ехр(-1/Т) - е^2.7 в степени -1/Т.

Полученные для построения графика (фиг. 1) данные приведены в табл. 1.

Система с повышенным быстродействием строится аналогично (1), с тем отличаем, что в качестве задания используется новое скорректированное задание Set':

H'[n] = H'[n-l]-exp(-l/T) + Sef[n-l]-(l-exp(-l/T)) (2) где H'[n] - текущее значение параметра;

Н'[п-1] - предыдущее значение параметра;

Set'[n-1] - предыдущее значение скорректированного задания;

Т = 10 - постоянная времени;

ехр(-1/Т) - е^2.7 в степени -1/Т.

Время, в течение которого в системе устанавливается максимальное значение (100%), для апериодического звена 1-го порядка рассчитьшается по формуле:

t = -Т · ln((100-Set)/(100-Ho))

где Set = 60 - новое задание системе;

Но = 20 - начальное значение параметра;

Т = 10 - постоянная времени;

100 - максимально возможное значение задания для рассматриваемого примера. Подставляя, получаем t ~ 6.93, что означает необходимость установить значение скорректированного задания Set' равного 100 в течение шести тактов (см. табл. 1) и значение несколько меньшее (97.13) в течение седьмого такта.

При этом время переходного процесса t _n . _n .' для второй системы Н', полученной как реакция на «переменное» задание Set', значительно меньше времени переходного процесса t„.n. для первой системы Н, полученной как реакция на «постоянное» задание Set равное 60.

Пример 2

Апериодическое звено 2-го порядка с запаздыванием и возмущением (модель)

Передаточная функция имеет вид:

W(p) = е ^тр / ((T _lP +l)(T ₂ p+l)) + W p)

где Ti = 5 и Т ₂ = 5 - постоянные времени;

τ = 10— запаздывание;

W _f (p) - возмущение.

Расчет апериодического звена 2-го порядка производится по формуле:

Η[η] = Η[η-1]·(ΕΧΡ(-1/Τ1)+ΕΧΡ(-1/Τ2)) - Η[η-2]·ΕΧΡ(-1/Τ1)·ΕΧΡ(-1/Τ2) +

+ Set[n-2] -(1 -ЕХР(- 1/Т1 ))·( 1 -ЕХР(- 1 /Т2))

Н'[п] = Η'[η-1]·(ΕΧΡ(-1/Τ1)+ΕΧΡ(-1/Τ2)) - Η'[η-2]·ΕΧΡ(-1/Τ1)·ΕΧΡ(-1/Τ2) +

+ Sef[n-2] -(1 -ЕХР(- 1 /Т1 ))·( 1 -ЕХР(- 1 /Т2))

где Н[п], Н'[п] - текущее значение параметра;

Н[п-1], п-1], Н[п-2], Н'[п-2] - предыдущее значение параметра;

Set[n-2],Set'[n-2] - предыдущие значения задания и скорректированного задания; Т _! = 5 и Т ₂ = 5 - постоянные времени;

ехр(-1/Т) - е~2.7 в степени -1/Т.

С учетом возмущения и запаздывания имеем:

п] = Η[η- τ] + f[n]

H' _f [n] = Η' [η- τ] + fin]

где f[n] - возмущение (случайное число в интервале от -1 до +1

τ = 10— запаздывание;

Полученные для построения графика (фиг. 2) данные приведены в табл. 2.

При этом время переходного процесса t _n . _n .' для второй системы H _f ', полученной как реакция на «переменное» задание Set', значительно меньше времени переходного процесса t„.„. для первой системы H _f , полученной как реакция на «постоянное» задание Set равное 60. Пример 3

Температура в сушильном шкафу (реальный объект)

График наблюдений за реальным объектом приведен на фиг. 3.

Данные наблюдений для построения графика (фиг. 3) приведены в табл. 3.

В данном случае значение скорректированного задания Set' устанавливается равным 90°С на время две минуты, а после равным 20°С на время три минуты с дальнейшей установкой на требуемом уровне (60°С).

Эксперименты, проведенные на реальном объекте, подтверждают результаты моделирования. Из графика (фиг. 3) видно значительное сокращение времени переходного процесса (t _n . _n .' < t _n . _n .)-

Краткое описание графиков

На фиг. 1 - Модель апериодического звена 1-го порядка;

На фиг. 2 - Модель апериодического звена 2-го порядка с запаздыванием и возмущением;

На фиг. 3 - Экспериментальные данные наблюдения за реальным объектом. Температура в сушильном шкафу.

Позиции на графиках

1 - Set - Заданное значение (задание);

2 - Т, Н или Н/- Регулируемый (управляемый) параметр;

3 - Set' - Задание, вводимое для скорейшего достижения требуемого значения регулируемого (управляемого) параметра в системе с повышенным быстродействием;

4 - Т', Н' или НУ- Изменение регулируемого (управляемого) параметра в системе с повышенным быстродействием.

Краткое описание таблиц

Таблица 1 - Значения для построения графика (фиг. 1) апериодического звена 1-го порядка;

Таблица 2 - Значения для построения графика (фиг. 2) апериодического звена 2-го порядка с запаздыванием и возмущением;

Таблица 3 - Значения для построения графика (фиг. 3) экспериментальных данных наблюдения за реальным объектом. Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3