Устройство компенсации нелинейности

 

УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ НЕЛИНЕЙНОСТИ , содержащее последовательно соединенные сумматор, инерционное Лд .звено, нелинейное звено типа зоны нечувствительности , а также последовательно соединенные первую модель инерционного звена и релейный элемент , причем вход первой модели инерционного звена соединен с первым входом сумматора, о т л и чающее с я тем, что, с целью повышения точности устройства и расширения области его применения, в него введены вторая модель, инерционного звена и амплитудный удвоитель сигнала, причем выход релейного элемента соединен через амплитудный удвоитель сигнала с вторым входом сумматс а и через вторую модель инерционного звена - с третьим входом сумматора. О) с . 1Й..

„.Я0„„1037204

00}03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН з ю 6 05 B 5 01

;с„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "- -:::;,,,;, !3

Н ABTOPCHOMY СВЩфЕТЕЛЬСТБУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ. НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Фиа1 (21) 3418567/18-24 (22) 07.04.82 (46) 23.08.83. Бюл. Н 31 (72) Н.В,Градобоева и В.К.Стеклов (71) Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС (53) 62.50(088.8) (56) 1. Зайцев Г.Ф., Стеклов В.К.

Комбинированные следящие системы.

Киев, "Техника", 1978, с,104, рис.52.

2. Зайцев,Г.Ф., Стеклов В.К. Комбинированные следящие системы. Киев, "Техника", 1978, с.118, рис.59а (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ НЕЛИНЕЙНОСТИ, содержащее последователь-. но соединенные сумматор, инерционное

Ф,звено, нелинейное звено типа эоны нечувствительности, а также последовательно соединенные первую модель инерционного звена и репейный элемент, причем вход первой модели инерционного звена соединен с первым входом сумматора, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности устройства и расширения области его применения, в него введены вторая модель инерционного звена и амплитудный удвоитель сигнала, причем выход релейного элемента соединен через амплитудный удвоитель сигнала с вторым входом сумматора и через вторую модель инерционного звена - с третьим входом сумматора.

leS

ЪФ

4Р ф© М фф

Ю

@hi

204

1 пенсации нелинейности снижается. Применение известных методов проектирования корректирующих цепей не позволяет устранить указанные недостатки.

Реальные корректирующие звенья строятся чаще всего на пассивных RC-цепях

) основным недостатком которых является ослабление полезного сигнала, проходящего через это звено, и поэтому для восстановления его уровня необходимы дополнительные средства усиления. Кроме того, если на полезный сигнал накладываются быстроизменяющиеся шумы и помехи, спектр которых расположен в области высоких частот, то эти шумы и помехи будут пропускаться устройством без ослабления. Существенное ослабление полезного сиг" нала с одной стороны и пропускание без искажения помех с другой приводит к уменьшению соотношения сигнал-шум, что также снижает точность,компенсации.

Цель изобретения - повышение точности компенсации инерционной нелинейности типа зоны нечувствительности при высоком порядке инерционного звена, а следовательно, расширение области применения устройства.

Эта цель достигается тем, что в устройство компенсации нелинейности, содержащее последовательно соединенные сумматор, инерционное звено, нелинейное звено типа зоны нечувствительности, а также последовательно соединенные первую модель инерционного звена и релейный элемент, причем вход первой модели инерционного звена соединен с первым входом сумматора, введены вторая модель инерционного звена и амплитудный удвоитель сигнала, причем выход релейного элемента соединен через амплитудный удвоитель сигнала с вторым входом сумматора, а через вторую модель инерционного звена - с третьим входом сумматора.

1 l0)7

Изобретение. относится к автомати" ческому регулированию и может быть использовано в следящих системах, системах стабилизации и программного уп-. равления, в приборах вычислительной техники и автоматики и в другой anna" ратуре, содержащей инерционный нелинейный элемент типа эоны нечувствительности, и предназначено для улучшения динамических характеристик этих 10 систем.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные сумматор и нелинейный элемент типа нечувствительности, а также релейный элемент, 15 вход которого соединен с входом устройства, а выход - с вторым входом сумматора f1 j .

Однако это устройство компенсирует только безинерционную зону нечувстви» 20 тельности и устраняет ошибку в системе, вызванную этой зоной, И если нелинейное звено с зоной нечувствительности является инерционным, например магнитный усилитель или электрогид- 25 равлический усилитель, то ошибка, вызываемая зоной нечувствительности,. устраняется неполностью, Промежуток времени, в течение которого эона нечувствительности не компенсируется, 30 будет определяться длительностью переходного процесса в инерционном зве" не, отражающем инерционные свойства нелинейного, элемента.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство компенсации нелинейности, содержащее последовательно соединенные сумматор, инерционное звено, отражающее инерционные свойства нелиней- 40 ности, нелинейное звено типа зоны нечувствительности, причем вход устрой-. ства через последовательно соединенные модель инерционного звена, релейный элемент и корректирующее звено4 передаточная. функция которого обратна передаточной функции инерционного звена, соединен с вторым входом сум" матора (2 3 .

Известное устройство учитывает инерционные свойства нелинейного эле" мента, однако точность компенсации достигается только при инерционных звеньях низкого порядка, При высоком порядке инерционности из-за невозмож- 55 ности точной реализации передаточной функции корректирующего звена и плохой помехозащищенности точность комВведение амплитудного удвоителя, вход которого. соединен с выходом релейного элемента, а выход - с вторым входом сумматора, позволило усилить сигнал компенсационного канала, что дало возможность ускорить поступление требуемой величины компенсационного сигнала на нелинейный элемент. Так, например, для инерционного звена первого порядка, стоящего перед нелинейным элементом, величина половины зоны нечувствительности которого равна Ь, Э 10372 время переходного процесса равно 3Т Ä а если на вход инерционного звена поступает усиленный сигнал компенсации, равный 2Ь, то время достижения уровня требуемого сигнала компенсации Ь определяется из решения уравнения

2b(1 » е ) = b t = 0,695Т, где Т - постоянная времени инерционНОГО звена, 10

Благодаря этому компенсационный сигнал поступает на нелинейный элемент почти без задержки, с задержкой

3Т поступает удвоенный сигнал компенсации, поэтому для исключения влияния этого удвоенного компенсационного сигнала на точность компенсации включается вторая модель инерционного звена, вход которой соединен с выходом релейного элемента, а выход - 20 с третьим входом сумматора, в результате чего в момент окончания переходного процесса сигнал компенсации принимает требуемое для установившегося процесса значение, равное Ь. 25

При этом требуемый компенсационный сигнал формируется без использования дифференцирующих звеньев, реализовать которые точно-в случае высокого порядка инерционного звена практически невозможно ° Кроме того, дифференцирующие звенья обладают низкой помехозащищенностью и при реализации на пассивных цепях вызывают существенное ослабление полезного сигнала. В связи с этим в предлагаемом устройстве без использовани дифферецирующих цепей повышается точность компенсации

:нелинейности для инерционных звеньев

Йсокого порядка, а следовательно 40 улучшаются технические характеристики устройства, и область его применения расширяется.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства компенсации нелинейности; на фиг ° 2 - графики формирования выходного напряжения устройства при входном синусоидальном.

Устройство компенсации нелинейности включает последовательно соединен- 50 ные.сумматор 1, инерционное звено 2, нелинейное звено 3 типа эоны нечувствительности, а также последовательно соединенные первую модель 4 инерционного звена, релейный элемент 5, амплитудный удвоитель 6 сигнала, причем вход устройства соединен с входом первой модели 4 инерционного звена, 04

4 а выход амплитудного удвоителя 6 — с вторым входом сумматора 1, и вторую модель 7 инерционного звена, вход ко" торой соединен с выходом релейного элемента 5, а выход - с третьим, инвертирующим входом сумматора 1.

Работа устройства компенсации нелинейности заключается в следующем.

Входной сигнал поступает на два канала - основной и компенсационный.

Основной канал включает сумматор 1„ инерционное звено 2, нелинейное зве" но 3 типа зоны нечувствйтельности;

Компенсационный канал включает nep" вую модель 4 инерционного звена, релейный элемент 5, амплитудный удвои" тель 6 сигналов, вторую модель 7 инерционного звена. На выходе сумматора 1 входной сигнал основного канала суммируется с сигналом компенсационного канала. В силу действия закона суперпозиции выходной сигнал сумматора можно представить в виде суммы входного гармонического и компенса" ционного, поступающего в момент, определяемый инерционными свойствами нелинейного элемента, формирование компенсационного сигнала начинается в момент окончания переходного процесса на выходе первой модели 4 инер" ционного звена, передаточная функция которой равна передаточной функции инерционного звена 2. Поэтому начало подачи сигнала компенсации совпадает с моментом времени, когда основной сигнал пройдет через инерционное зве" но и достигнет нулевого значения, т.е. момента, когда необходимо подать сигнал компенсации на нелинейность. На фиг.2 кривая 8 изображает входной синусоидальный сигнал в функции времени; кривая 9 - сигнал на выходе первой модели 4 инерционного звена

Х =Аы и (ий+9) -И(уи7) =А K(yp -з1п(ий+Ч) де А - амплитуда входного сигнала;

Ч - фазовый сдвиг, вносимый инерционным звеном;.

k(ju)- коэффициент передачи инерцион" ного звена.

Сигнал Х+ поступает на релейный элемент 5, на выходе которого формируется сигнал X>.= Ь sign Х+, где Ьполовина величины зоны нечувстви" тельности нелинейного элемента. Сигнал X поступает на амплитудный удвоитель сигналов и на вторую иодепь 7 инерционного звена. Сигналы Х ц(кривая 10) и Х7(кривая 11) суммируются

04 б использования дифференцирующих звеньев, и коэффициент передачи в установившемся режиме равен 1. На выходе инерционного звена 2 формируется сигнал, представляющий полуволны входного гармонического сигнала, смещенные друг относительно друга по вертикали на величину эоны нечувствительности (кривая 13), поэтому после прохождения такого сигнала через нелинейный элемент типа зоны нечувствительности на выходе устройства остается чистая синусоида (кривая 14), соответствующая входному сигналу, т.е. инерционный нелинейный элемент не искажает входной сигнал, поэтому такое устройство компенсации нелинейности для системы, куда оно входит, можно считать линейным элементом, благодаря чему повышается чувствительность такой системы в нуле, а следовательно ее качество и точность работы;

Введение укаэанных блоков и связей обеспечивает повышение точности компенсации при инерционных звеньях высокого порядка, предшествующих нелинейному закону, благодаря исключению дифференцирующих звеньев. Предложенное уст,ройство можно применять не только для компенсации инерционной нелинейности с высоким порядком инерционности, но и для компенсации нелинейности с предшествующей инерционностью низкого порядка, что расширяет область применения устройства. !

x„(pl=(2-1 и ((() и,(р(-((ги ((-1) /

/W (p() Х„(р(25

Анализ этого выражения показывает, что при любом порядке инерционного звена Ч(р) 1/W (р) компенсационный сигнал формируется дифференцированием сигнала Х, так как в выражении (1) коэффициент числителя выше коэффициента знаменателя. Следовательно, корректирующий сигнал компенсационного канала сформирован без З5

5 10372 на сумматоре 1, где третий вход является и ивер тирующим, в ре зульт ате че го на выходе сумматора 1 формируется сумма входного гармонического сигнала и компенсационного, представляющего разность усиленного сигнала с релейного элемента 5 и сигнала с выхода второй модели 7 инерционного звена (кривая 12 ). Сигнал с амплитудного удвоителя 6 сигнала поступает на сум- 10 матор, а следовательно, и на коррек. цию без задержки, а сигнал с выхода второй модели 7 инерционного звена задерживается на время переходного процесса в модели 7, вследствие чего сигнал коррекции формируется как nîтенциальный сигнал, равный Ь с нало",. женным импульсом, амплитуда которого равна 2Ь. Таким образом, сформирован сигнал компенсации. Математически на 20 выходе сумматора 1 компенсационный сигнал определяется выражением

1037204:

Хбх Х

Составитель В.Грибова

Редактор В.Лазаренко Техред М.Надь Корректор В.5yTsra

В

Заказ 6008/48 Тираж 874 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5

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