Экстремальный регулятор для резонансного объекта

 

ЭКСРРЕМАЛЬШай РЕГУЛЯТОР ДЛЯ РЕЗОНАНСНОГО ОБЪЕКТА, содержащий последовательно соединенные блок выявления направления движения по знакопостоянному сигналу и первый интегратор . Последовательно соединенные второй интегратор, исполнительный , / I «V.4;pvrt, , I .,,. .-- механизм, подключенный выходом к входу резонансного объекта, и последовательно соединенные датчик выходной величины резонансного объекта, и блок выявления направления движения по знакопеременному сигналу, отл ичающийся тем, что, с целью повьЕпения точности регулятора , он содержит сумматор, подключенный первым входом к выходу первого интегратора, вторым входом к выходу блока выявления направления движения по знакопеременному сигналу, а выходом - к входу второго интегратора, и пиковый детектор , подключенный входом к выходу j датчика выходной величины резонансного объекта, а выходом - к входу (Л блока выявления направления движения по знaкoпocтoяннolv y сигналу. оэ СП сд а: 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.80„„. 1035564 А уу) &05 В 13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТ0РСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3396667/18-24 (22) 05.02.82 (46) 15.08.83. Бюл.930 (72) Л.Г. Гольденберг и A.A. Шурупов (71 ) Воронежский инженерно-строительный институт (53) 62-50(088.8) (:56) 1. Казакевич В.В. и Родов A.Б.

Системы автоматической оптимизации, N. "Энергия", 1977, с.25-29.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 590695, кл. G 05 В 13/02,1978 (прототип) . (54 ) (57 ) ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯ

РЕЗОНАНСНОГО ОБЪЕКТА, содержащий последовательно соединенные блок выявления направления движения по знакопостоянному сигналу и первый интегратор, последовательно соединенные второй интегратор, исполнительный механизм, подключенный выходом к входу резонансного объекта, и последовательно соединенные датчик выходной величины резонансного объекта, и блок выявления направления движения по знакопеременному сигналу, отличающийся тем, что, с .целью повьааения точности регулятора, он содержит суиматор, подключенный первым входом к выходу первого интегратора, вторым входом— к выходу блока выявления направления движения по знакопереиенному сигналу, а выходом — к входу второго интегратора, и пиковый детектор, подключенный входом к выходу датчика выходной величины резонанс- © ного объекта, а выходом — к входу блока выявления направления движения по знакопостоянному сигналу.

1 035564

Изобретение относится к самонастраивающимся системам управления и

MoReT быть использовано н системах автоматического управления резонансными объектами (вибрационными технологическими машинами различного назначения,К4С контурами и т,д.), Известен экстремальный регулятор используемый для выявления и поддержания экстремума в объектах обладающих экстремальной статической харак- 10 теристикой, дрейфующей при изменении внутренних и внешних возмущений, . поступающих на объект. Регулятор применим для поиска и поддержания экстремума н объектах, у которых l5 управляемая величина является знакопостоянной, т.е. имеет неколебальный характер и не сопровождается периодическим изменением знака. Регулятор содержит блок выявления направления движения к экстремуму по знакопостоянному сигналу, включающий запоминающее устройство, элемент сравнения и реле знака, а также интегратор и исполнительный механизм 1)..

Недостатком известного регулято ра является то, что при выявлении экстремума скорость изменения регулирующего воздействия является постоянной независимо от того, на каком расстоянии от экстремальной точки находится объект. Для улучшения же динамики экстремального регулиронания необходимо минимизировать время выхода в зону экстремума и потери на рыскание в окрестности

I экстремума. Особенно актуальными являются минимизация времени выхода в зону экстремума для объектов, работающих в режиме частных пусков и остановок, и уменьшение потерь 40 на рыскание в объектах, не допускающих колебаний управляемой величины по технологическим причинам.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является экстре-45 мальный регулятор для резонансного объекта, содержащий последовательно соединенные блок выявления направления движения по знакопостоянному сиг . налу и первый интегратор и последова- 5g тельно соединенные второй интегратор, исполнительный механизм подключенный выходом к входу резонансного объекта и последовательно соединенные датчик выходной величины резонансного объекта и блок выявления направления дви55 жения по знакопеременному сигналу $2)..

Недостатком известного регулятора является ограниченная область его применения, поскольку регулятор обес-печивает поиск и поддержание экстрему-, 6О ма только н объектах, обладающих высокой добротностью. В подобных объектах угол фазного сдвига между управляющим воздействием и управляемой величиной при резонансе (экстремальный 65 режим) состанляет7 /а . Однако ряд объектов (вибрационные технологические машины, устройства для индукционного нагрева и т.д.) либо изменяют свою добротность в процессе выполнения технологических операций, либо характеризуются низкой добротностью. В этом случае указанный угол не равен 7t/R и известный регулятор приводит к значительным погрешностям при определении экстремума и при его поддержании, что ограничивает его использование.

Цель изобретения - повышение точности регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что регулятор содержит сумматор, подключенный первым входом к выходу пер- о ного интегратора, вторым входомк выходу блока выявления направления движения по знакопеременному сигналу, а выходом — к входу нторого интегратора и пиковый детектор подключенный входом к выходу датчика выходной величины, резонансного объекта, а выходом — к входу блока ныянления направления движения по знакопостоянному сигналу.

На фиг,1 изображена схема регулятора на фиг.2 — эпюры напряжений, поясняющие его работу, Блок-схема (фиг.1 ) содержит резонансный объект 1, датчик 2 управляющего воздействия, датчик 3 выходной величины резонансного объекта, блок 4 выявления направления движения по знакопеременному сигналу, состоящий из первого порогового элемента 5, второго порогового элемента

6, первого дифференциатора 7, второго дифференциатора 8, первого выпрямителя 9, второго выпрямителя 10 и триггера 11, пиковый детектор 12, блок 13 выявления направления движения по знакопостоянному сигналу, состоящий из запоминающего устройства 14, элемента 15 сравнения и реле

16 знака, первый интегратор 17, сумматор 18, второй интегратор 19, испол- нительный механизм 20.

На фиг,1 также обозначено: }(-уп равляющее воздействие, подаваемое на шину управляющего воздействия, 9 — управляемая величина, подаваемая на шину управляемой величины, о(. -регулирующее воздействие, а на фиг.2 0„ напряжение на выходе триггера 11, U<- напряжение на выходе первого интегратора 17, U> — напряжение на выходе второго интегратора 19, когда напряжение О отсутствует (равно нулю);

C — длительность нахождения триггера 11 в одном устойчивом состоянии, 6 -длительность нахождения триггера

11 в другом устойчивом состоянии 6время.

Экстремальный регулятор для резонансного.объекта работает следующим образом.

1035564

В резонансном объекте 1 (фиг.1) выделяют канал с экстремальной характеристикой, максимум или минимум которой необходимо выявлять и поддерживать, и канал с монотонной характеристикой. 5

Входом канала с экстремальной характеристикой является знакопеременное регулирующее воздействие с(выходом - знакопеременная управляемая величина 3.. .Входом канала с моно- 10 тонной характеристикой является то же регулирувхдее воздействие ф., а выходом - угол фазового сдвига =

= у между знакопеременным управляющим воздействием Х и знакопеременной величиной У

Однозначное соответствие между указанными амплитудной характеристикой объекта, имеющего экстремум, и фазовой xaрактеристикой объекта позволяет испольэовать их как в отдельности, так и совместно для поиска и поддержания экстремума в резонансных объектах, обладающих в общем случае низкой добротностью. Величина добротности является достаточной и характерной для многих технологических объектов, а которых осуществляются процессы виброуплотнения, вибротранспортирования, виброперемешивания и т.д., причем добротность 30 в этих процессах непрерывно изменяется.

Входящие в экстремальный регулятор датчик 2 управляющего воздействия и датчик 3 преобразуют сигналы Х и 35 в сигналы, имеющие одинаковую Физическую природу.

Пороговые элементы 5 и б в блоке 4 преобразуют сигналы с датчиков в последовательности однополярных . прямоугольных импульсов, длительности которых составляют половину периодов сигналов, снимаемых с датчиков, и фазовый сдвиг между которыми равен Ч = ф -Q>. Дифференциаторами 45

7 и 8 прямоугольные импульсы преобразуются в двуполярные последовательности узких импульсов, через выпрямители 9 и 10 поступающие на входы триггера 11 с раздельными вхо- дами °

Чередующимися импульсами обеих последовательностей триггер 11 пере- ключается из одного устойчивого сос тояния в другое, при этом взаимное временное расположение импульсов, поступающих на входы триггера 11, или, соответственно, различие в длительностях ч;„ импульса иТ паузы, .образующихся на вьиоде триггера 11 и формирующих напряжение 0 (фиг.2 ), 60 являются признаком, использование которого позволяет осуществить движение к экстремуму. Использование признака основано на том, что при интегрировании напряжения 0 при не- 5 равных значениях и t появляется напряжение, которое в среднем имеет отличную от нуля скорость изменения и которое заставляет изменяться регу» лирующее воздействие таким образом, чтобы управляемая величина 9 стремилась к экстремуму. При равных значениях. Г и Г, имеюцих место, когда фазовый сдвиг 9= Чу — у = +(2, интегрирован ие напряжения O„приводит к появлению напряжения, средняя скорость изменения которого равна . нулю. Поскольку фазовый сдвиг =7 /Й в резонансных объектах с высокой добротностью соответствует экстремуму управляемой величины (резонансу), то для таких объектов равенство C и Г2 эквйвалентно нахождению объекта в экстремуме или же автоколебательному движению объекта в окрестности экстремума.

С учетом сформулированного признака для выведения объекта в резонансную область напряжение Qg, через сумматор 18 подается на второй интегратор 19, параметры которого выбраны таким образом, чтобы с высоким быстродействием формировалось напряжение

0 через исполнительный механизм

20 устанавливающее такое значение регулируйщего воздействия <, лри котором в объекте достигается экстремум управляемой величины.

В объектах с низкой добротностью фазовой сдвиг g = g y — фу - К/д уже не соответствует экстремуму, и требуется дополнительное воздействие на объект с целью поиска и поддержания экстремума управляемой величины.

Для осуществления дополнительного воздействия на объект в регуляторе используют блок 12 выделения огибающей управляемой величины и блок 13 выявления направления движения к экстремуму по знакопостоянному сигналу.

На вход блока 12 подается знакопеременный сигнал с выхода датчика 3, на выходе -блока формируется знакопостоянный сигнал, поступающий на вход блока 13 выявления направления движения по знакопостоянному сигналу. Блок 13 работает по принципу запоминания экстремума . С выхода блока 13 сигнал через первый интегратор 17 поступает на первый вход сумматора

18, на второй вход которого подается сигнал с выхода триггера 11.

Входные сигналы на сумматор 18 поступают в виде напряжения U„t фиг.2) с выхода триггера 11 несущего информацию о фазовом сдвиге между управляющим воздействием и управляемой величиной, и напряжение О с выхода первого интегратора 17, несущего информацию об амплитуде управляемой величины, причем параметры первого интегратора 17 выбраны таким образом, что скорость изменения напря1035564

Vg

V,r

f

М жения U на его выходе существенно меньше скорости изменения напряжения 0 (фиг.2, на нескольких интер валах повторяемости напряжения О напряжение g< постоянное). Кроме того, напряжения О и U ïoäàþòñÿ на

5 входы сумматора 18 таким образом, что они противоположны по знаку.

Указанный выбор параметров ин» теграторов 17 и 19 приводит к тому, что при включении регулятора в работу и поиске экстремума напряжение U, проходя через сумматор

18, второй интегратор 19 и исполнительный механизм 20, изменяет регулирующее воздействие (и с 5 высоким быстродействием выводит объект в состояние, при котором угол фазового сдвига между управляющим воздействием и управляемой величиной становится равным . г/2(фиг.2,а,б, 20 в, постепенное изменение длительностей С и T. в напряжении Ц и постепенное возрастание напряженйя LJ ). В процессе этого движения скорость изменения регулирующего воздействия 25 изменяется от максимального значе-, ния к минимальному (фиг.2,напряжение Uy), т.е. одновременно обеспечивается форсированный выход в околоэкстремальную область, и уменьшение скорости изменения регулирующего вбэдействия при подходе к указанной области.

Поскольку в объектах с низкой добротностью состояние объекта, при котором угол ф "-. Q - LP> -7i)2 не соответствует экстремуму, дальнейшее движение объекта к экстремуму осуществляется за счет постепенно возрастающего напряжения 0 с выхода первого интегратора 17. Регулятор в совокупности с объектом начинает функционировать как следящая система, в которой напряжение IJ< является задающим, U - напряжение обратнбй связи, а сумматор 18 элементом сравнения. Блок 13 выявления направления движения по энакопостоянному сигналу выводит объект к экстремуму, в окрестности которого возникает автоколебательный режим изменения управляемой величины.

В зависимости от того, с какой стороны объект движется к экстремуму с дорезонансной или с эарезонансной области - изменяются последовательность чередования импульсов 1 и пауз

,в напряжении 0, а также направление изменения напряжения 0,1 . Последовательность же функционирования регулятора не изменяется.

Использование новых блоков — блока выделения огибающей управляемой величины и сумматора- обеспечивает поиск экстремума в объектах с низкой добротностью с высокими динамическими показателями, т.е. обеспечивает малое время выхода в околорезонансную область и малые потери на рыскание.

Расчеты и экспериментальные проверки показывают, что время выхода в околорезонансную область в предлагаемом регуляторе уменьшается в 2 4 раза в зависимости от начальныхусловий по сравнению с регулятором, работающим только со энакопостоянным сигналом, при сохранении малых потерь на рыскание.

ВНИИПИ Заказ 5831/48

Тираж 874 Подписное

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4