Нелинейный фильтр для систем автоматического управления
НЕЛИНЕЙНЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПО авт. св. 855604, отличающий с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в нем дополнительно установлены третий ограничитель , дваблока односторонней проводимости , переключатель и второй и третий пропорциональные усилители, причем выход эадатчика соединен с первым входом первого ограничителя через переключатель, выход второго интегратора соединен с четвертым входом первого ограничителя через последовательно соединенные третий ограничитель, переключатель и параллельно соединеные выходами первый и второй блоки односторонней проводимости, выход задатчика соединен с вторым входом третьего огра .ничителя через второй пропорциональный усилитель, а выход второго интегратора сх1единен с третьим входом W первого ограничителя через третий .пропорциональный усилитель.
09) (И) СОКИ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК .)(М-а 05 В 5 01
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 855604
° °
21) 3408617/18-24
22) 11,03, 82 (46) 07.07. 83. Бюл. )) 25., (72) В.И.Чермалых, Е. И.Алтухов, Л.A.Êoçüÿêoâà и Ю.В.Гудзь (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия
Великой Октябрьской социалистической революции (53) 62-50(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
Р 855604 кл,G 05 В 5/01, 1981 (прототип). (54) (57) НЕЛИНЕЙНЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ
СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ по авт ° св. Р 855604, о т л и ч аю ц и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в нем .дополнительно установлены третий ограничитель, два. блока односторонней проводимости, переключатель и второй и третий пропорциональные усилители, причем выход задатчика соединен с первым входом первого ограничителя через переключатель, выход второго интегратора соединен с четвертым входом первого ограничителя через последовательно соединенные третий ограничитель, переключатель и параллельно соединеные выходами первый и второй блоки односторонней проводимости, выход задатчика соединен с вторым входом третьего огра.ничителя через второй пропорциональI ный усилитель, а выход второго ин- Q тегратора соединен с третьим входом
-первого ограничителя через третий пропорциональный усилитель.
1027697
Изобретение относится к устройствам формирования управляющих воздействий s функции времени (т.е. к нелинейным корректирующим фильтрам) и может найти широкое применение в системах управления технологическими процессами, а именно в приводах механизмов циклического действия с относительно большим временем неустановившихся процессов (пуск,торможение), например, карьерных экска- 10 ваторов, прокатных станов, лифтов, подьемных кранов и др.
По основному авт.св. Р 855604 известен нелинейный фильтр для систем автоматического управления„ содержащий последовательно соединенные задатчик, первый и второй ограничители и первый и второй интеграторы, выход первого интегратора подключен к второму входу второго ограничителя и через пропорциональный усили- тель — к второму входу первого ограничителя, а выход второго интегратора подключен к третьему входу первого ограничителя(1).
Недостатком известного фильтра является низкое быстродействие.
Цель из обретения — повышение быстродействия фильтра за счет обес печения оптимальных переходных процессов при малых входных сигналах.
Поставленная цель. достигается тем,. что в нелинейный фильтр для систем .автоматического регулирования дополнительно введены третий ограничитель, два блока односторон- 35 ней проводимости, переключатель и второй и третий пропорциональные усилители, причем выход задатчика соединен с первым входом первого ограничителя через переключатель, 4О выход второго интегратора соединен с четвертым входом первого ограни-; чителя через последовательно сое- диненные третий ограничитель, переключатель и параллельно соединен- 45 ные выходами первый и второй блоки односторонней проводимости, выход эадатчика соединен с вторым входом третьего ограничителя через второй пропорциональный усилитель, а выход второго интегратора соединен с третьим входом первого ограничителя через третий пропорциональный усилитель, На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — эпюры напряжений, иллюстрирующие работу устройства, Устройство содержит первый и вто. рой ограничители 1 и 2, первый и второй интеграторы 3 и 4, третий, первый и второй пропорциональные усилители 5,6 и 7, третий ограничитель 8, переключатель 9,, первый и второй блоки 10 и 11 односторонней проводимости, задатчик
12, первые и вторые замыкающие контакта 13 и 14 переключателя 9, размыкающие контакты 15, переключателя 9.
Устройство работает следующим образом.
Включение устройства в работе осуществляется замыканием контактов
13 и 14 и размыканием контактов 15 переключателя 9, При этом на вход ограничителя 1 .подаются постоянный сигнал U с выхода задатчика 12,равный (или пропорциоцальный) максимальному заданному значению выходного сигнала U4 и выходные сигналы усилителей 5 и 6 и ограничителя 8, Коэффициенты К и К усилителей 5 и 6 выбираются в зависимости от требований к характеристикам фильтра,а коэффициент усилителя 7 выбирается из условия K> — — О, 5/К g выходной сигнал ограничителя 8 Ug по абсолютной величине равен половине максималь- но возможного сигнала Пз задатчика
12. В частности, коэффициент Кб. усилителя 5 может быть равен единице и тогда максимальное значение выходного сигнала U+ будет равно U за "
На входе ограничителя 1 будет формироватся разность AU=U>++U>-U<
-U „ Так как в начальный момент времейи разность h Ur0, то на выходе ограничителя 1 будет постоянный сигнал U4, а на выходе ограничителя 2 сигнал U . Следовательно, выходные сигналы интеграторов 3 и 4 будут увеличиваться: сигнал U> на выходе интегратора 3 по линейному закону, а сигнал Uy на выходе интегратора 4 по параболе до тех пор, пока выходной сигнал U> интегратора 3 не станет равным сигналу U< на выходе ограничителя 1,, После этого выходной сигнал U интегратора 3 остается постоянным равным по величине выходному сигйалу цл ограничителя 1, а -выходной сигнал U< интегратора 4 будет увеличиваться по линейному закону.
В момент времени, когда на входе ограничителя 1 разность LU изменит знак, поменяются знаки на выходах ограничителя 1 и ограничителя 2, В результате выходной сигнал U интег3 ратора 3 начнет уменьшаться по линейному закону, а сигнал U4 на выходе интегратора 4 начнет приближаться по параболе к заданному максимальному значению. Для того, чтобы сигнал U на выходе интегратора 3 стал равным нулю в тот момент, когда .выходной сигнал U> интегратора 4 станет равным сигналу U на выходе эадатчика 12,при условии, что в процессе работы фильтра выходной сигнал Б5 интегратора 3 должен достигать максимального значения, равного выходному сигналу Uq ограниФ
1027697 чителя 1, коэффициент К усилителя
6 выбирается равным К6-КЩ(2П ), если К -1, то К = Ц /(2U ) . В этом случае переходные процессы в фильтре будут оптимальными по быстро.действию при заданных ограничителях выходного сигнала П4 и его первой
U4 и второй U производных цо времени:(т.е. выходного сигнала U4 интегратора 4, и выходных сигналов
U и U ограничителей 1 и 2).
Еслй сигнал U на выходе задатЧика 12 будет меньше сигнала U
=2К +то сигнал U на выходе интегратора 3 не достигнет максимального значения сигнала U íà выходе огра.ничителя 1 и оптимальному процессу должно соответствовать изменение сигнала U интегратора 3 по треугольной диаграмме, а максимальное значение выходного сигнала П3=()3„„, интегратора 3 определится из условия U30A=Ê U IU . Исходя из указанЗаА 3и), ного условия получаем, что максимальное значение выходного сигналаинтегратора 3 равно:
l ()эшли=" () зад (1(< s () .
При,постоянном коэффициенте К усилителя б максимальное значение выходного сигнала интегратора 3 П3=
=U3 при отсутствии сигнала U> на выходе ограничителя 8 будет меньше U так как в момент времени, когда ДП=У.;У -П6 =О, 3(Щ=К5Ц,03 44 I (-0 ) (()4= ) 5 ()4()3 4 I (1 )
+КБ Оъ I(202), откуда
О =4Цl4+4Uyap " )ЪЮО-U4l2 ÚËÎ при О<О,„„, u„„ ° Значение выходного сигнала Ug интегратора 4, при котором начнется уменьшение выходного сигнала U> интегратора 3, равно )4=() И (),)<() ЗАД 1((), следовательно, время переходного процесса увеличится.. При наличии сигнала 08 на выходе ограничителя 8 переключение фильтра произойдет в момент, когда h,U-U +U -U -U — О, ЯА Я 5 4 а так как U =U +Б и К =0,5/К о аП =ПРО и, следовательно, переключение произойдет когда U<=0 и U=U /(2К ) 4 щ Если выходной сигнал интегратора 3 П3 достигнет своего максимального значения, то выходной сигнал }Пр ограничителя 8 станет равным ну. « = 2U3и,Я.+4Пз„/" ,т.е. быстродействие увеличивается п= 4 /Qn раз где n=l+2U /U ЗЯ4 3 î Если, например, U „ =0 25U а П Ог55П tTo ri=l+2 0,55 2,1 О о Таким образом при изменении U „„ звано в пределах 0;2 U<(U
Применение предлагаемого фильтра в приводе поворота экскаватора ЭКГ4;6, в котором планируется его использование, не обеспечит оптимального быстродействия во всех возможных 1режимах, но за счет сокращения времени цикла при маневровых операциях, позволяет повысить годовую производительностьь экскаватора примерно на 1, 9 В . хпо раньше, чем выходной сйгнал U><> . задатчика 12 станет равным сумме выходных сигналов. U +U усилителей 5 и б, вследствие чего выходной сиг нал О8 ограничителя 8 никакого влия. ния на переходные процессы в фильтре не окажет. Снижение выходного сигнала фильт ра до нуля по оптимальному "àêîíó до стигается отключением выходного сиг I0 нала U задатчика 12 путем размыка-, ния койтактов 13. Одновременно с отключением выходного сигнала 043 задатчика 12-размыкаются контакты 14 и замыкаются контакты 15, что обес- печивает уменьшение выходного сигна ла фильтра П,4 по оптимальному закону при любых значениях сигнала Upon на выходе задатчика 12, Если уменьшение выходного сигнала фильтра по ! условиям работы должно осуществляться не до нуля, а до некоторого нового постоянного значения, то вместо размыкания контактой 13 ступенчато уменьшается величина выходного сигнала П3д,задатчика 12 и как и в предыдущем случае размыкаются контакты 14 и замыкаются контакты 15. Указанные выше отличительные особенности предлагаемого нелинейного фильтра позволяют оптимизировать переходные процессы в фильтре при всех значениях входных сигналов Бз,, и ограничениях выходных. сигналов, а также первой и второй производных выходного сигнала фильтра по времени, что позволяет повысить быстро действие системы управления. Чем больше диапазон изменения входного воздействия, тем эффективнее применение предлагаемого устройства. Щ Если 1Л3„4 ()„ „ то время оптималь 4О ного переходного процесса в фильтре, вызванного ступенчатым приложением входного воздействия U 04 т 2П3 Л 45 а время переходного процесса в прототипе 1О 27697 Puz 4739/52 Тираж 874 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 ?аказ филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель Г. Нефедова Редактор П. Макаревич Техред М. Гергель Корректор А,Повх
