Структура системы автоматического управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Структура системы автоматического управления

Коробов А.А., Глинкин Е.И.

Предложена оптимальная мера оценки эффективности позиционного регулирования и описана основанная на ней система автоматического управления. автоматическое управление оценка качество

Ключевые слова: автоматическое регулирование, оценка, качество, критерий оценки.

The optimum measure of assessing the effectiveness and position control is described based on its automatic control system.

Keywords: automatic control, evaluation, quality evaluation criteria.

Часто использование автоматического управления невозможно из-за необходимости ручной настройки коэффициентов ПИД регулирования. Из-за этого снижается оперативность выполнения производственных процессов и точность их работы. Цель: исследовать структуру системы автоматического управления с применением прецизионной меры оценки регулирования.

Если входная и выходная величина сигнала регулятора связаны простым соотношением Y=K·(E-U), где E - это установившееся значение, а U - значение в данный момент времени, такой регулятор называется пропорциональным. Это стандартная и самая распространённая мера оценки качества регулирования. Но достоверность и объективность этой оценки условны из-за отсутствия оптимального эквивалента.

Относительная погрешность при стандартном критерии находится по формуле:

. (1)

В предлагаемом способе автоматического управления системами выходную переменную е(E, U)=е исполнительного механизма подают на вход управляемого объекта, измеряют фактическую величину U выходной переменной управляемого объекта, которую вместе с командной величиной входной переменной E управляемого объекта используют для формирования управляющего сигнала е(U₂, E)=е₂. Его подают на вход исполнительного механизма, причём используют отрицательную обратную связь по выходной переменной U управляемого объекта. Для автоматизации регулирования в адаптивном диапазоне выходную переменную U управляемого объекта в цифровом эквиваленте U₂ подают на вход блока контроллера, управляющий сигнал е(U₂, E)=е₂ которого соответствует желаемым свойствам выходной переменной U управляемого объекта.

Алгоритм вычисления управляющего сигнала, в цифровом е(U₂, E)=е₂ и тождественном аналоговом е(U, E)=е представлении, выполняющего функцию автоматического регулятора (погрешности мультипликативно-симметричного критерия МСК), оценивают по относительной погрешности:

(2)

где (X_СГ/X_СА)² - отношение произведения случайных величин переменных ПU_i к их нормируемому эквиваленту - max П=X_СА, для i = 1,2, т.к. используется n=2 переменных U₁=E и U₂=U, соответствует (X_СА)².

Их физический смысл тождественен квадрату средней геометрической оценки:

, (3)

произведения переменных сигналов E и U, а также квадрату среднего арифметического:

. (4)

Раскрывая значения X_СГ и X_СА соответственно (3) и (4), преобразуем (2):

.

Приведём выражение к общему знаменателю, раскроем скобки и объединим подобные члены:

.

Выражение представляем собой квадрат разности, а сокращаются в числителе и знаменателе, поэтому получаем относительную погрешность МСК в виде квадрата отношения разности и суммы командной входной E и выходной переменных U управляемого объекта:

. (5)

На рис.1 представлена структурная схема способа.

Рис. 1. Структурная схема системы управления

На рис.1 выходную переменную E блока задатчика командной величины 1а подают на вход сумматоров 1б. Измеряют фактическую величину выходной переменной U (тождественной цифровому эквиваленту U₂) управляемого объекта 3, которую вместе с величиной входной переменной E контроллера 1 подают на сумматоры 1б. Сигналы E-U и E+U подают на делитель 1в, а затем на блок возведения в степень 1г, которые используют для формирования управляющего сигнала е (4). Управляющий сигнал е(U₂, E) подают на вход исполнительного механизма - ЦАП 2. Сигнал с исполнительного механизма е подаётся на управляемый объект 3. Дополнительно используют отрицательную обратную связь по выходной переменной управляемого объекта 3. Управляющее воздействие, соответствующее желаемым свойствам выходной переменной U управляемого объекта 3, реализуют мультипликативно-симметричным критерием погрешности (1). Блок 1 на рис.1 соответствует квадрату отношения разности и суммы входной и выходной переменных управляемого объекта U и выполняет роль автоматического регулятора. МСК адаптируется по диапазону за счёт оценки фактических величин входной E и выходной переменной U (2) к нормированному эквиваленту их максимальных величин (3) в каждый момент времени. Сигнал U с управляемого объекта 3 преобразуют АЦП 4 в цифровой эквивалент (сигнал U₂) и подают на вход сумматоров 1б.

Конкретное исполнение блоков может иметь следующие признаки (рис. 1): блок 1 является контроллером, необходим для задания сигнала E и формирования управляющего сигнала е(U₂, E)=е₂. Блок 2 представляет собой исполняющий механизм (в виде ЦАП) для преобразования е₂ в аналоговый сигнал е (4). Блок 3 является управляемым объектом. Сигнал U с выхода управляемого объекта 3 управления подаётся на вход АЦП 4, с которого сигнал в цифровом эквиваленте U₂ поступает на блок контроллера (1).

На рис.2 представлена функциональная схема предлагаемой системы.

Рис. 2. Функциональная схема системы управления

На рис.2: контроллер 1 состоит из задатчика командной величины (1а), подключенного ко входам умножителя (1д) и сумматора (1б), выход которого объединен со входом квадратора (1в) и через делитель (1г) связан с выходом умножителя 1д. Выход делителя (1г) соединён через блок вычитания (1е) с выходом контроллера 1.

Входную переменную E задатчика командной величины 1а подают на вход умножителя 1д и сумматора 1б. Сигнал П=EU с умножителя 1д подают на блок деления 1г, а сигнал У=E+U с сумматора 1б подают на квадратор 1в и нормируют в степень 2. Затем оба этих сигнала поступают на делитель (1г), а их отношение вычитают из единицы в блоке 1е, т.е. формируют управляющий сигнал (2).

Результаты компьютерного моделирования зависимости амплитудно-временных динамических характеристик 1 и 2, соответствующих стандартному (1) и прецизионному (5) критериям, систематизированы на рис. 3.:

Рис.3. Характеристики регулирования: 1 - стандартный, 2 - прецизионный критерий

Качественный анализ рис. 3 показывает повышение эффективности выхода на режим характеристик от стандартного 1 до прецизионного 2 критерия.

Выводы

1. Введена новая, прецизионная мера оценки регулирования.

2. Выявлен наиболее оптимальный эквивалент меры оценки - прецизионный критерий, который обладает наименьшей погрешностью и самым малым временен регулирования.

3. Построена функциональная схема и предложена структура системы автоматического управления, основанной на прецизионном критерии оценки качества регулирования.

4. Построена динамическая характеристика погрешности регулирования для оценки параметров регулирования, по графикам погрешности выявлена эффективность критериев, что позволило сделать выводы о прецизионном критерии, как о самом эффективном и наиболее оптимальным для процесса регулирования.

Список литературы

1. Коробов А.А., Гамова Л.Г., Глинкин Е.И. Меры оценок эффективности регулирования. Вестник Тамбовского университета. Сер. Естественные и технические науки. - Тамбов, 2015. - Т. 20. - Вып. 4. 920- 226 с.

2. Патент № 2571570 РФ, МПК G05B 17/00. Способ и система автоматического управления / А.А. Коробов, Е.И. Глинкин. - М.: ФИПС, опубл. 20.12.2016.

3. Коробов А.А., Глинкин Е.И., Шумарин В.Ф. Эффективность симметричного мультипликативного регулирования. Энерго- и ресурсосбережение - XXI век.: материалы XIII международной научно-практической интернет-конференции, 15 марта - 30 июня 2015 г., г. Орёл / Под редакцией д-ра техн. наук, проф. О.В. Пилипенко, д-ра техн. наук, проф. А.Н. Качанова, д-ра техн. наук, проф. Ю.С. Степанова. - Орёл: Госуниверситет-УНПК, 2015. - 169 с.

4. Коробов А.А., Глинкин Е.И. Интеллектуальная технология оценки регулирования. Энерго- и ресурсосбережение - XXI век.: материалы XII международной научно-практической интернет-конференции, 15 марта - 30 июня 2014 г., г. Орёл / Под редакцией д-ра техн. наук, проф. О.В. Пилипенко, д-ра техн. наук, проф. А.Н. Качанова, д-ра техн. наук, проф. Ю.С. Степанова. - Орёл: Госуниверситет-УНПК, 2014.

Размещено на Allbest.ru