УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАСТРОЙКИ РЕГУЛЯТОРОВ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к области автоматического управления и может быть использована в любой отрасли, использующей автоматическое управление для регулирования параметров состояния объекта управления.
Известно устройство адаптации регулятора (патент РФ №2285943, МПК G05B 13/02, опубл. 20.10.2006), включающее последовательно соединенные объект автоматического регулирования, датчик, блок оценивания выходных параметров объекта, элемент сравнения выходных параметров объекта и заданных значений выходных параметров объекта, регулятор, элемент сравнения выходной величины регулятора и возмущающего воздействия. Выход элемента сравнения выходной величины регулятора и возмущающего воздействия соединен с входом объекта автоматического регулирования. Выход блока линейной модели объекта подключен к входу блока расчета настроек регулятора, выход которого соединен с входом блок коррекции настроек регулятора. Выход блока коррекции настроек регулятора подключен к входу регулятора блоком расчета нелинейной коррекции параметров линейной модели объекта. Выходы блоков нелинейной и линейной моделей объекта подключены к входам блока сравнения параметров линейной и нелинейной моделей объекта, выход которого подключен к входу блока расчета нелинейной коррекции параметров линейной модели объекта. Выход блока оценивания выходных параметров объекта соединен с входом блока расчета нелинейной коррекции линейной модели объекта, выход которого подключен к входу блока линейной модели объекта.
Недостатком данного устройства является невозможность предварительной оценки работы системы с найденными параметрами, что недопустимо при эксплуатации ряда промышленных объектов. Также недостатком является то, что устройство предназначено для работы в составе конкретной системы автоматического управления. Таким образом, невозможно использовать преимущества автоматической настройки на объектах, где автоматическая настройка не предусмотрена изначально, а модернизация нецелесообразна по каким-либо соображениям. Например, полностью автоматическая настройка регуляторов часто неприменима на опасных производствах, производствах с повышенными требованиями к точности, надежности и т.д.
Задачей полезной модели является автоматизация определения настроек регуляторов при проведении пуско-наладочных работ и обслуживании систем автоматического управления с возможностью предварительной оценки работы системы автоматического управления с найденными настройками.
Устройство для настройки регуляторов систем автоматического управления содержащее блок аналого-цифрового преобразования, подключенный к блоку получения численной характеристики, к которому последовательно подключены блок получения модели объекта управления, блок вычисления оптимальных настроек, блок сравнения и оценки переходных процессов и блок ввода-вывода информации. Блок получения модели объекта управления подключен к блоку ввода-вывода информации, выход блока сравнения и оценки переходных процессов подключен к блоку получения эталонной модели и к блоку получения модели объекта управления, а выход блока получения эталонной модели подключен к блоку вычисления оптимальных настроек и к блоку сравнения и оценки переходных процессов, кроме того к блоку ввода-вывода информации подключен блок формирования пробного воздействия, соединенный с блоком получения численной характеристики и с блоком
цифро-аналогового преобразования, при этом блок аналого-цифрового преобразования и блок цифро-аналогового преобразования выполнены с возможностью подключения к объекту управления.
Автоматизация процесса пуско-наладки и обслуживания систем управления не обладающих функциями адаптации возможна за счет того, что устройство для настройки регуляторов систем автоматического управления может быть подключено непосредственно к объекту управления без необходимости модифицировать имеющуюся систему управления. Предварительная оценка работы системы автоматического управления возможна за счет использования блока сравнения и оценки переходных процессов и блока ввода-вывода информации. Гибкость определения настроек регулятора обеспечивается изменения требований к настраиваемому регулятору по ходу настройки посредством блока ввода-вывода информации.
На фиг.1 показана структурная схема устройства для настройки регуляторов систем автоматического управления.
Устройство для настройки регуляторов систем автоматического управления содержит блок аналого-цифрового преобразования 1 (АЦП), подключенный к блоку получения численной характеристики 2 (ПЧХ), к которому последовательно подключены блок получения модели объекта управления 3 (ПМОУ), блок вычисления оптимальных настроек 4 (ВОН), блок сравнения и оценки переходных процессов 5 (СОПЛ) и блок ввода-вывода информации 6 (ВВИ). Блок получения модели объекта управления 3 (ПМОУ) подключен к входу блока ввода-вывода информации 6 (ВВИ). Выход блока получения эталонной модели 7 (ПЭМ), соединен с входами блока вычисления оптимальных настроек 4 (ВОН) и блока сравнения и оценки переходных процессов 5 (СОПЛ), который подключен к входу блока получения эталонной модели 7 (ПЭМ), и к входу блока получения модели объекта управления 3 (ПМОУ). К выходу блока ввода-вывода информации 6 (ВВИ) подключен вход блока формирования
пробного воздействия 8 (ФПВ), выходы которого соединены с входом блока получения численной характеристики 2 (ПЧХ) и с входом блока цифро-аналогового преобразования 9 (ЦАП). Блок аналого-цифрового преобразования 1 (БАЦП) и блок цифро-аналогового преобразования 9 (БЦАП) выполнены с возможностью подключения к объекту управления.
Блок получения численной характеристики 2 (БПЧХ), блок получения модели объекта управления 3 (БПМОУ), блок вычисления оптимальных настроек регулятора 4 (БВОН), блок сравнения и оценки переходных процессов 5 (БСОПП), блок ввода-вывода информации 6 (БВИ), блок получения эталонной модели 7 (БПЭМ) и блок формирования пробного воздействия 8 (БФПВ) могут быть реализованы на основе цифрового микроконтроллера TMS 320F2811. Блок аналого-цифрового преобразования 1 (БАЦП) может быть реализован на основе аналого-цифрового преобразователя ADS7827. Блок цифро-аналогового преобразования 2 (БЦАП) может быть реализован на основе цифро-аналогового преобразователя AD7524.
Настройка регулятора осуществляется с использованием вещественного интерполяционного метода (Гончаров В. И. Вещественный интерполяционный метод синтеза систем автоматического управления. - Томск: Изд. ТПУ, 1995). Прибор подключают к объекту управления, причем блок аналого-цифрового преобразования 1 (АЦП) оказывается подключенным к выходу объекта, а блок цифро-аналогового преобразования 9 (ЦАП) оказывается подключенным к входу объекта управления. По сигналу с блока ввода-вывода информации 6 (ВВИ) на вход объекта подается пробный сигнал, формируемый в блоке формирования пробного сигнала 8 (ФПС), который переводится в аналоговую форму блоком цифро-аналогового преобразования 9 (ЦАП). Сигнал с выхода объекта управления поступает на вход блока аналого-цифрового преобразования 1 (АЦП), который переводит его в форму вектора значений выходного
сигнала объекта в дискретные моменты времени. Затем на блок получения численной характеристики 2 (ПЧХ) поступают векторы значений входного и выходного сигналов объекта управления, где численная характеристика объекта управления определяется как отношение вещественных изображений входного и выходного сигналов, определяемых по формуле
где f(t) - функция времени в дискретной форме,
t - время,
N - количество значений в векторе сигнала,
F(δ) - вещественное изображение функции f(t),
δ - вещественная переменная.
На основе численной характеристики объекта управления в блоке получения модели объекта управления 3 (ПМОУ) определяется модель объекта управления путем решения системы алгебраических уравнений вида:
m
m-1
0
n
n-1
1
где b b..., b, a, a..., a - искомые коэффициенты передаточной функции объекта управления,
δ - вещественная переменная,
0
W(δ) - численная характеристика объекта управления,
η=m+n, где m и n - порядки числителя и знаменателя передаточной функции.
Блок получения эталонной модели 7 (ПЭМ) выполняет формирование передаточной функции эталонного контура управления в соответствии с требованиями, заданными оператором. Требования задаются набором
желаемых значений показателей качества работы контура управления.
В блок вычисления оптимальных настроек 4 (ВОН) поступает информация о передаточных функциях объекта управления и эталонной передаточной функции. Вычисление коэффициентов регулятора осуществляется путем решения уравнения синтеза:
э
где W(p) - эталонная передаточная функция синтезируемого контура,
p
W(p) - передаточная функция регулятора,
0
W(р) - передаточная функция объекта управления.
Решение уравнения синтеза производится с использованием передаточных функций, представленных в форме численных характеристик. Определение коэффициентов регулятора осуществляется аналогично тому, как это происходит в блоке получения модели объекта управления 3 (ПМОУ), причем вид передаточной функции регулятора может быть задан оператором.
Блок сравнения и оценки переходных процессов 5 (СОПП) выполняет оценку адекватности полученных настроек регулятора, при необходимости корректирует настройки блока получения модели объекта управления 3 (ПМОУ) и блока получения эталонной модели 7 (ПЭМ) и запускает повторный расчет настроек регулятора.
Ввод и вывод информации осуществляет блок ввода-вывода информации 6 (ВВИ).
Устройство для настройки регуляторов систем автоматического управления представляет собой автономный прибор, позволяющий автоматизировать процесс настройки регулятора. Прибор производит расчет настроек регулятора на основе экспериментальных данных, полученных с объекта управления в соответствии с требованиями к качеству
регулирования, заданными оператором. Требования к качеству регулирования включают такие распространенные показатели качества как время регулирования, перерегулирования и допустимую величину статической ошибки. Оператор может настраивать параметры качества и изменять порядок регулятора в процессе работы. Устройство для настройки регуляторов систем автоматического управления отображает полученные настройки регулятора, передаточную функцию рассматриваемого объекта управления и оценку показателей качества работы системы с полученным регулятором, что позволяет оператору оценить применимость полученных настроек регулятора и при необходимости скорректировать требования к качеству регулирования.