×
27.01.2014
216.012.9ccd

САМОНАСТРАИВАЮЩЕЕСЯ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ОШИБКИ В АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ СТАБИЛИЗАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002505847
Дата охранного документа
27.01.2014
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Устройство относится к области средств автоматизации и может использоваться в системах управления технологическими процессами и объектами в химической промышленности, теплотехнике, энергетике. Технический результат - повышение точности управления в системах стабилизации с предлагаемым устройством в условиях действия как сигнальных, так и параметрических возмущающих воздействий на объект. Устройство содержит сумматор, интегратор и усилитель. Устройство автоматически устраняет статическую ошибку при его использовании в системах стабилизации динамических объектов путем масштабирования задающего воздействия. Пример конкретного выполнения регулятора реализован на пневматических элементах УСЭППА. 4 ил.
Основные результаты: Самонастраивающееся устройство для устранения статической ошибки в автоматических системах стабилизации динамических объектов, содержащее интегратор, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым входами устройства, и усилитель разности двух сигналов, инверсный вход которого подключен ко второму входу устройства и второму входу интегратора, а выход - к выходу устройства, отличающееся тем, что в него дополнительно включен сумматор, первый вход которого соединен с первым входом устройства, второй вход - с выходом интегратора, а выход - с прямым входом усилителя.
Реферат Свернуть Развернуть

Устройство относится к области средств автоматизации и может применяться в системах автоматического управления динамическими объектами различной природы (в химической промышленности, тепло- и электроэнергетике).

Качество работы системы автоматического управления в установившемся режиме работы оценивается по величине статической ошибки, равной разности между требуемым и действительным значениями регулируемой величины в установившемся режиме работы системы. В системах стабилизации с линейным объектом ошибка системы может быть найдена по известному выражению [см., например, кн. Теория автоматического управления. 4.1. Под ред А.В.Нетушила. М.: Высшая школа. - 1967. - С.198., Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1972. - С.203.]:

где x0(s) и F(s) - изображения требуемого значения регулируемой величины (уставки) и возмущающего воздействия соответственно, W(s) - передаточная функция разомкнутой системы, Fk(s) и Wk(s) - возмущение и соответствующая ему передаточная функция по возмущению. Применительно к выражению (1) передаточные функции разомкнутой системы и по возмущению дают возможность в символической или операторной форме записать дифференциальное уравнение, связывающее ошибку с входными воздействиями:

где - алгебраический оператор дифференцирования.

Статическая ошибка в соответствии с теоремой о предельном переходе в системах стабилизации при условии, что и возмущения fk(t)=dk0=const, будет иметь следующий вид:

Первое слагаемое этого выражения представляет собой составляющую ошибки, определяемую задающим воздействием. Эта составляющая ошибки может быть отличной от нуля в системах стабилизации динамических объектов без астатизма с пропорциональным регулятором. В этом случае W(p)=k представляет собой общий коэффициент усиления по разомкнутой цепи и первое слагаемое в выражении (3) может быть представлено в виде

Эта составляющая ошибки практически может быть уменьшена путем увеличения коэффициента k и сведена к нулю при астатическом регулировании, когда W(0)→∞. Вторая составляющая никогда не обращается в нуль, если возмущающее воздействие приложено до интегрирующего звена.

Существуют устройства, позволяющие устранить статическую ошибку без использования интегрирующих элементов. Достигается это путем использования неединичной обратной связи в замкнутых системах стабилизации (см. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1972. - С.261) либо путем масштабирования входного воздействия x0 или выходной величины x (там же, с.262).

Наиболее близким по своей сущности к заявляемому устройству является устройство, представленное в книге Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1972. - С.261, рис.9.16. Недостаток представленного устройства состоит в том, что он оказывается малопригоден для практического использования в условиях неопределенности объекта и среды, при действии параметрических и меняющихся сигнальных возмущений.

Техническим результатом изобретения является повышение точности управления в системах стабилизации с предлагаемым устройством в условиях действия как сигнальных, так и параметрических возмущающих воздействий на объект.

Для этого в заявляемое устройство введен сумматор, первый вход которого соединен с первым входом устройства и первым входом интегратора, выход которого связан со вторым входом сумматора, выход которого соединен с первым входом усилителя, второй вход которого связан со вторым входом устройства, выход которого подключен к выходу устройства.

Устройство изображено на фиг.1, где представлена его блок-схема, фиг.2 иллюстрирует пример конкретного выполнения регулятора на пневматических элементах УСЭППА, на фиг.3 и 4 представлены результаты исследования процессов в системе с предложенным устройством методом цифрового моделирования.

Устройство содержит (фиг.1) сумматор 1, усилитель разности двух сигналов 2, интегратор 3, x0 - первый вход устройства (сигнал задания), x - второй вход устройства (переменная), U - выходной сигнал устройства.

Первый вход устройства x0 подключен к первому входу сумматора 1 и первому входу интегратора 3. Второй вход устройства (переменная - x) соединен со вторыми входами усилителя 2 и интегратора 3. Выход интегратора 3 соединен со вторым входом сумматора 1, выход которого связан с первым входом усилителя 2, выход которого подключен к выходу устройства U.

Подобное соединение элементов позволяет реализовать в устройстве следующий закон управления:

где

k1, k2 и k3 - постоянные коэффициенты.

Рассмотрим работу устройства в целом и его отдельных элементов.

Сумматор - это или дроссельный (пневматический), или резисторный сумматор, или программный продукт. Усилитель и интегратор - также стандартные элементы. Пример их конкретного исполнения представлен на фиг.2.

Интегратор 3 (фиг.2) содержит повторитель 8, усилитель 9, дроссель 7 и пневмоемкость 6. Входами его являются сигналы х0 и х. Это типовое устройство, построенное на усилителе 9, охваченном инерционной положительной обратной связью, и формирующее на своем выходе линейно нарастающий сигнал, пропорциональный разности двух сигналов, действующих на его входах.

Усилитель 2 помимо элемента 4 содержит дроссельный сумматор 5, работающий по принципу делителя, входом которого является сигнал с выхода усилителя 2, а выход, соединенный с камерой элемента 4, реализует неединичную обратную связь. На входы усилителя 4 также поступают два сигнала: на прямой вход - с сумматора 1, а на второй - с первого входа устройства x. Это стандартный элемент.

Сумматор 1 построен по схеме дроссельного сумматора и реализует операцию по формуле k1·x0+(1-k1)·xи, где коэффициент k1 меньше единицы, его значение определяется настройкой переменного дросселя в сумматоре, а xи - выходной сигнал интегратора, подключенный ко второму входу сумматора.

Работу устройства рассмотрим по фиг.2 и 3 в предположении, что его выходной сигнал U подключен к входу объекта управления, а выходной сигнал объекта подключен ко второму входу устройства. Тогда в момент включения устройства в его выходной линии U формируется сигнал управления с выхода усилителя 2, вызванный задающим сигналом (уставкой) x0. Этот сигнал проходит через сумматор 1 на прямой вход усилителя 2. Под воздействием выходного сигнала усилителя 2 на втором входе устройства x появляется сигнал с выхода объекта, который сравнивается в интеграторе 3 с заданным x0. Одновременно сигнал x поступает на инверсный вход усилителя 3, где сравнивается с сигналом, который формируется в сумматоре 2. Сигнал на выходе сумматора 2 складывается из суммы двух сигналов: масштабированного входного сигнала х0 и выходного сигнала интегратора 3. Выходной сигнал интегратора 3 изменяется до тех пор, пока разность между сигналом x и заданным его значением x0 не станет равной нулю, что и является свидетельством отсутствия статической ошибки в системе. Сигнал х0 при этом сдвигается в ту или иную сторону на величину статической ошибки. Статическая ошибка в системе всегда будет равна нулю, независимо от того, вызвана ли она сигнальными или параметрическими возмущающими воздействиями на объект.

Следует также обратить внимание на то, что в прямой цепи управления объектом нет интегрирующих звеньев (только усилитель, выполняющий роль пропорционального регулятора). Как известно из теории автоматического управления, наличие в прямой цепи управления интегрирующего звена снижает при прочих равных условиях запас устойчивости системы управления объектом, делает ее менее надежной и ухудшает показатели качества управления в условиях неопределенности параметров объекта и среды.

На фиг.3 и фиг.4 приведены процессы в системе с заявляемым устройством, полученные методом цифрового моделирования. В качестве объекта исследовалась модель с передаточной функцией W(s)=1-5/(4.76·s+1)(1.98·s+1)(0.32·s+1).

На фиг.3 приведены процессы изменения выходной координаты в условиях, когда интегратор 3 был отключен. В результате статическая ошибка в системе имеется. На фиг.4 представлены те же процессы (при прочих равных условиях) с подключенным интегратором 3. Статическая ошибка в системе отсутствует. Здесь x0(t)=k1·x0+(1-k1)·a(t). Результаты исследований в условиях воздействия постоянно действующих параметрических и сигнальных возмущений на объект при необходимости могут быть представлены дополнительно. Но они мало чем отличаются от результатов, представленных на фиг.4.

Таким образом, данное устройство решает задачу обеспечения равенства регулируемой координаты в установившемся режиме работы системы его заданному значению путем автоматического масштабирования сигнала x0 (в сторону увеличения или уменьшения) на заранее неизвестную величину, которая определяется параметрами объекта и среды, которые могут быть известны не точно.

Самонастраивающееся устройство для устранения статической ошибки в автоматических системах стабилизации динамических объектов, содержащее интегратор, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым входами устройства, и усилитель разности двух сигналов, инверсный вход которого подключен ко второму входу устройства и второму входу интегратора, а выход - к выходу устройства, отличающееся тем, что в него дополнительно включен сумматор, первый вход которого соединен с первым входом устройства, второй вход - с выходом интегратора, а выход - с прямым входом усилителя.
САМОНАСТРАИВАЮЩЕЕСЯ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ОШИБКИ В АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ СТАБИЛИЗАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
САМОНАСТРАИВАЮЩЕЕСЯ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ОШИБКИ В АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ СТАБИЛИЗАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
САМОНАСТРАИВАЮЩЕЕСЯ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ОШИБКИ В АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ СТАБИЛИЗАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
САМОНАСТРАИВАЮЩЕЕСЯ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ОШИБКИ В АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ СТАБИЛИЗАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-2 из 2.
27.10.2014
№216.013.01d3

Адаптивный релейный регулятор

Изобретение относится к области средств автоматизации и может использоваться в системах управления технологическими процессами в химической промышленности, теплотехнике, энергетике. Технический результат - обеспечение автоматической стабилизации амплитуды автоколебаний регулируемой координаты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531865
Дата охранного документа: 27.10.2014
25.08.2017
№217.015.9ea3

Релейный регулятор с переменной структурой

Изобретение относится к автоматическим регуляторам. Релейный регулятор с переменной структурой содержит блок обнаружения отклонений, сумматор, релейный блок, коммутирующий элемент, нуль-орган, индикатор экстремумов. Вход индикатора подключен к первому входу регулятора, первому входу блока...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002606149
Дата охранного документа: 10.01.2017
Показаны записи 1-10 из 87.
20.06.2013
№216.012.4dad

Способ балансировки элементов роторных систем и устройство для его осуществления

Изобретения относятся к области машиностроения, а именно к технологии балансировки вращающихся элементов роторных систем, например центробежных насосов, компрессоров, центрифуг и др. Способ заключается в том, что измеряют значения и направления дисбаланса, устраняют неуравновешенности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485467
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.4fc1

Способ приготовления катализаторов и катализатор для глубокой гидроочистки нефтяных фракций

Изобретение относится к области химии, а именно к области производства катализаторов, предназначенных для глубокой гидроочистки нефтяных фракций, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Описан способ приготовления катализатора, включающий пропитку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486010
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.07.2013
№216.012.548a

Способ работы и устройство для вентиляции автодорожных тоннелей

Способ работы и устройство для вентиляции автодорожных тоннелей относится к установкам для вентиляции автодорожных тоннелей с одновременной выработкой электрической и тепловой энергии для энергоснабжения жилых зданий, социальных и промышленных объектов городов. Улучшение экономических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487245
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.08.2013
№216.012.5dcd

Способ изготовления электроизолированного соединения

Изобретение относится к области создания электроизолированных соединений и может быть использовано для электрического разъединения элементов бурового и нефтяного оборудования. В качестве электроизоляционного материала используют композит на основе ленточного материала и отверждаемого клея, при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489634
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.08.2013
№216.012.5e5b

Электролит для химического источника тока

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке расплавляемых электролитов для химических источников тока на основе солей лития и калия. Электролит для химического источника тока, включающий нитраты лития и калия и галогенид калия, дополнительно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489776
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.08.2013
№216.012.5e5c

Расплавляемый электролит для химического источника тока

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке расплавляемых электролитов для химических источников тока на основе солей лития и калия. Расплавляемый электролит для химического источника тока, включающий нитрат и бромид лития, дополнительно содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489777
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.09.2013
№216.012.6a87

Состав и способ синтеза катализатора гидродеоксигенации кислородсодержащего углеводородного сырья

Изобретение относится к катализаторам и их получению. Описан катализатор гидродеоксигенации кислородсодержащего углеводородного сырья или совместной гидроочистки нефтяных фракций и кислородсодержащих соединений, полученных из растительного (возобновляемого) сырья, содержащий соединения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492922
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.10.2013
№216.012.76f7

Способ диагностирования электрических цепей, содержащих активное сопротивление и индуктивность

Изобретение относится к технической диагностике и может быть использовано для диагностирования электрических цепей, содержащих активное сопротивление и индуктивность, в частности обмоток электрических машин и аппаратов. Техническим результатом является повышение надежности диагностирования...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496115
Дата охранного документа: 20.10.2013
10.11.2013
№216.012.7ca8

Катализатор гидроочистки масляных фракций и рафинатов селективной очистки и способ его приготовления

Изобретение относится к области катализа. Описан катализатор гидроочистки масляных фракций и рафинатов селективной очистки, характеризующийся следующим соотношением компонентов, % мас.: оксид молибдена (MOo) 12,0-20,0, оксид вольфрама (WO) 1,0-6,0, оксид никеля или оксид кобальта (NiO или CoO)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497585
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7ca9

Катализатор глубокой гидроочистки нефтяных фракций и способ его приготовления

Изобретение относится к области катализа. Описан катализатор гидроочистки нефтяных фракций, в котором в качестве носителя используется смесь оксида алюминия и борофосфата переменного состава, образующегося на стадии прокаливания носителя из HBO и HPO, при следующем содержании компонентов, %...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497586
Дата охранного документа: 10.11.2013
+ добавить свой РИД