ДИСКРЕТНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ С НЕЛИНЕЙНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ

Полезная модель относится к системам оптимального управления дискретными объектами и может быть использована в цифровых системах управления различным технологическим оборудованием.
Известна система робастного оптимального управления дискретными объектами (патент №59278, МПК: G05D 3/12, G05D 3/20, опубл. 10.12.2006 г.) являющаяся прототипом, содержащая последовательно соединенные задающее устройство и устройство сравнения, объект управления и блок наблюдателя состояния, блок показателей качества управления, блок эталонной модели, подключенный через блок вычислений коэффициентов перенастройки к регулятору.
Данная система характеризуется недостаточным быстродействием вследствие линейности закона регулирования в функции наблюдаемых переменных состояния объекта управления с неконтролируемыми возмущениями.
Задачей полезной модели является улучшение динамических показателей регулирования при значительных изменениях неконтролируемых возмущений в объекте управления.
Поставленная задача решена за счет того, что дискретная система управления с нелинейным регулятором, также как в прототипе, содержит последовательно соединенные задающее устройство и устройство сравнения, объект управления и блок наблюдателя состояния, блок показателей качества управления, блок эталонной модели, подключенный через блок вычислений коэффициентов перенастройки к первому входу регулятора.
В отличие от прототипа, в предложенной дискретной системе управления с нелинейным регулятором, выход устройства сравнения подключен через широтно-импульсный модулятор и импульсный усилитель
к объекту управления, выход блока наблюдателя состояния соединен со вторым входом регулятора и первым входом блока эталонной модели, второй вход которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, а выход блока эталонной модели подключен к блоку вычисления коэффициентов перенастройки, блок показателей качества управления подключен к третьему входу регулятора, выход которого соединен с отрицательным входом устройства сравнения.
За счет использования в системе управления нелинейного регулятора формируется более интенсивное управляющее воздействие, обеспечивающее улучшение динамических показателей регулирования. Кроме того, в предлагаемой системе будет обеспечиваться более быстрая реакция на возмущения, возникающие как в объекте управления, так и во внешней среде.
На фиг.1 приведена функциональная схема дискретной системы управления с нелинейным регулятором.
Дискретная система управления с нелинейным регулятором, содержит последовательно соединенные задающее устройство 1 (ЗУ) и устройство сравнения 2 (УС), объект управления 3 (ОУ), блок наблюдателя состояния 4 (БНС), блок показателей качества управления 5 (БПКУ) и блок эталонной модели 6 (БЭМ), подключенный через блок вычислений коэффициентов перенастройки 7 (БВКП) к регулятору 8 (Р). Выход устройства сравнения 2 (УС) подключен через широтно-импульсный модулятор 9 (ШИМ) и импульсный усилитель 10 (ИУ) к объекту управления 3 (ОУ), выход блока наблюдателя состояния 4 (БНС) соединен со вторым входом регулятора 8 (Р) и первым входом блока эталонной модели 6 (БЭМ), второй вход которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора 9 (ШИМ), а выход блока эталонной модели 6 (БЭМ) подключен к блоку вычислений коэффициентов перенастройки 7 (БВКП), блок показателей качества управления 5 (БПКУ) подключен к третьему входу регулятора 8 (Р), выход которого соединен с отрицательным входом устройства сравнения 2 (УС).
В качестве задающего устройства 1 (ЗУ) может быть использован персональный компьютер или цифровое устройство, формирующее задающее воздействие, объектом управления 3 (ОУ) может выступать технологическое оборудование, функционирование которого во времени может быть представлено системой дифференциальных и алгебраических уравнений. Блоком наблюдателя состояний 4 (БНС) могут служить аналого-цифровые преобразователи или цифровые датчики. В качестве устройства сравнения 2 (УС), блока показателей качества управления 5 (БПКУ), блока эталонной модели 6 (БЭМ), блока вычислений коэффициентов перенастройки 7 (БВКП), регулятора 8 (Р), широтно-импульсного модулятора 9 (ШИМ) могут быть использованы вычислительные и программные средства программируемого контроллера ЭЛСИ-ТМ компании «ЭлеСи» (г.Томск). В качестве импульсного усилителя 10 (ИУ) может быть использован транзисторный инвертор на IGBT транзисторах.
Задающее устройство 1 (ЗУ) генерирует задающее воздействие, которое поступает на устройство сравнения 2 (УС) для вычитания сигнала отрицательной обратной связи, значение которого формируется регулятором 8 (Р) по измерениям текущего состояния объекта управления 3 (ОУ).
Коэффициенты закона преобразования измерительных сигналов текущего состояния объекта управления 3 (ОУ) в регуляторе 8 (Р) определяются на основе данных, вычисляемых в блоке вычислений коэффициентов перенастройки 7 (БВКП), с учетом заданных требований к качеству регулирования, формируемых блоком показателей качества управления 5 (БПКУ).
Для вычисления коэффициентов регулятора в блоке вычислений коэффициентов перенастройки 7 (БВКП) используются оценки неизмеряемых компонент состояния объекта управления 3 (ОУ) и его параметров, которые определяются блоком эталонной модели 6 (БЭМ) при помощи известных алгоритмов оценивания и идентификации [Справочник по
теории автоматического управления // Под. Ред. А.А.Красовского. - М.: Наука. Гл. ред. Физ. - мат.лит., 1987. - 712 с.].
Ошибка управления с выхода устройства сравнения 2 (УС) поступает на вход широтно-импульсного модулятора 9 (ШИМ), в котором формируется дискретный сигнал, поступающий на вход импульсного усилителя 10 (ИУ). В результате, сигнал малой мощности (низковольтный и слаботочный) преобразуется в сигнал соответствующей мощности, необходимый для движения объекта управления 3 (ОУ) в пространстве измеряемых блоком наблюдателя состояний 4 (БНС) и оцениваемых блоком эталонной модели 6 (БЭМ) значений переменных состояния.
Улучшение динамических показателей процессов в объекте управления 3 (ОУ) осуществляется путем организации нелинейного закона регулирования в регуляторе 8 (Р), который учитывает параметры объекта управления 3 (ОУ), оценку его состояния по измеряемым значениям переменных блоком эталонной модели 6 (БЭМ) и показатели качества регулирования, формируемые блоком показателей качества управления 5 (БПКУ). Вычислительные процедуры, которые обеспечиваются блоками эталонной модели 6 (БЭМ), вычислений коэффициентов перенастройки 7 (БВКП) и регулятором 8 (Р), выполняются в интервале времени, соизмеримом с длительностью протекания переходных процессов в объекте управления 3 (ОУ), что создает условия для эффективной компенсации возникающих возмущений.
Таким образом, в предлагаемой системе улучшаются динамические показатели регулирования процессов, в частности, обеспечивается более быстрая реакция на параметрические и координатные возмущения, возникающие в объекте управления.