Устройство регулирования системы с ограничением

 

(l9) (ЙИ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК, 3(59 G 05 В 11 01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГИЙ

Н A8TOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2149599/18-24 (22) 27.06.75 (46) 07;09.83. Бюл. Р 33 (72) Ю.С.Сорокин и A.Ñ.Êî÷åòîâ (53) 62-50 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 469117, кл. G 05 B 5/01, 1924 (прототип). (54)(.57) УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ

СИСТЕМ С ОГРАНИЧЕНИЕМ, содержащее пороговый элемент и два параллельно: соединенных интегратора.с односторонним ограничением, выходы- которых

1 через последовательно соединенные усилитель и элемент с ограничением соединены с объектом регулирования, о т л н ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьиаения .его быстродействия, оно содержйт второй усилитель, выход первого усилителя через последовательно соединенные пороговый элемент и второй усилитель соединен с вторыми входами интеграторов с односторонним ограничением, а. вто рой вход второго усилителя соединен с выходом объекта регулирования.

104046 4

Изобретение относится к системам автоматического управления, содержащим элементы (устройства) с ограничением, и может быть использовано в системах управления беспилотных летательных аппаратов, подверженных 5 воздействию помех, амплитуды которых при суммировании с полезным сигналом ограничиваются с насыщением (ограничением), например усилителя ми с насыщением, приводами с огра- 10 ничением как выходной величины, так и скорости ее изменения и др.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее пороговый элемент и два параллельно соединенных интегратора с односторонним ограничением, выходы которых через последовательно соединенные усилитель и элемент с ограничением соединены с объектом, регулирования.,0 .Односторонеее ограничение каждого интегратора достигнуто путем вииочения диода в цепь его обратной связи, Поэтому на выходах интеграторов полярность сигналов никогда не ме25, няется. Пороговый элемент реализован с помощью сравнивающего устройства на два входа, на один вход которого подключена цепь управляющего сигнала систевж автоматического управления, а на другой — соответствующая клемма источника постоянного тока с нейтральной клеммой, причем сравнивающее устройство и интегратор выполнены на одном операционном усилителе. В случае превышения управляющим сигналом порогового значения„ величина которого равна зоне ограничения элемента с ограничением, на.выходе сравнивающего устройства появляется сигнал, который. 40 интегрируется интегратором с одно.сторонним ограничением. Так как интеграторы с односторонним ограничением обладают инвертирующим свойством, то проинтегрированный сиг- 45 нал вычитается иэ управляющего сигнала, в результате чего объект регулирования выходит из эоны ограничения раньше, чем в случае отсутствия этой формировки )1) .

Недостаток известного устройства состоит в низком быстродействии. Отрицательное влияние ограничения амплитуды помехи на динамические свойства и устойчивость системы автоматического управления компенсируется лишь после того, как сформируется формирующий фазовый сдвиг полезной составляющей управляющего сигнала на выходе устройства в .течение нескольких периодов ве изменения. Нз-за низкого. быстродействия известного устройства положительный эффект при его использовании возможен только для узкого класса условно устойчивых ,систем автоматического управления, 6 годограф амплитудно-фазовой частотной характеристики которых на комп- лексной плоскости в разомкнутом их состоянии проходит вблизи и параллельно отрицательной вещественной полуоси в окрестностях критической точки с координатами: -1, и 0 °

Кроме того, низкое быстродействие устройства ограничивает частотный диапазон изменения помехи, амплитуда которой подрезается. Частота поме" хи должна быть соизмерима с частотой изменения полезной составляющей управляющего сигнала системы автоматического управления. Только в этом, случае сформированный компенсирующий- формирующий сдвиг на выходе устройства может улучшить динамические свойства и устойчивость систеьм автоматического управления с огра ничением, в которую включено известное устройство.. Если частота помехи, высокая, то сформированный формирующий фазовый сдвиг пренебрежимо мал и известное устройство не оказывает существенного положительного воздействия на систему автоматического управления с ограничением.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства регулирования систем с ограничением.

Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее пороговый элемент и два параллельно соединенных интегратора с односторонним ограничением, выходы которых через последовательно соединенные усилитель и элемент с ограничением соединены с объектом регулирования, дополнительно содержит второй усилитель, выход первого усилителя через последовательно соединенные пороговый элемент и второй усилитель соединен с вторыми входами интеграторов с односторонним ограничением, а второй вход второго усилителя соединен с выходом объекта регулирования.

Включение в контур регулирования двух параллельно соединенных между собой интеграторов с односторонним ограничением фильтрует(сглаживает) помеху практически любой частоты и предупреждает нежелательное явление ее подрезания элементами с ограничением системы автоматического управления. При срабатывании порогового элемента увеличивается коэффициент передачи второго усилителя, за счет которого уменьшается величина перерегулирования и повышается быстродействие устройства регулирования системы.с ограничением.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройствау на фиг.2. осциллограьвы переходных процессов.

Устройство содержит интеграторы

1 и 2 с односторонним ограничением. 1040464 в цепях обратной связи каждого из которых включен диод, первый 3 и второй 4 усилители, объект 5 регулирования, пороговый элемент 6, уровень срабатывания которого равен заданному (допустимому) 3 начению ошибки регулирования, элемент 7 с ограничением, например рулевой привод с ограничением Либо выходной координаты, либо скорости ее изменения. Кроме того, на фиг. 2 обоз- 10 начено: 8-10 — осциллограммы переходных процессов.

Цепь выходного сигнала подключена к одним входам интеграторов 1 и.2, к другим входам которых подключен 15 выход усилителя 4, коэффициент передачи которого изменяется с помощью порогового элемента б. Выходы интеграторов 1 и 2 через усилитель 3 соединены с входом порогового .эле- ;р мента б и входом элемента 7 с ограничением, выход которого через объект 5 регулирования подключен к входу усилителя 4. Элемент 7 с ограни« чением и объект 5 регулирования мо- д гут иметь свой замкнутый контур управления.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал, состоящий из по-- ЗО лезной медленно изменяющейся, например, ступенчатой составляющей и быстро изменяющейся составляющей помехи, поступает на входы интеграторов 1 и 2. В зависимости от полярности входного сигнала один из интеграторов интегрирует и накапливает сигнал, а другой в это время является элементом с нулевым коэффициентом передачи, так как в цепях обратных связей интеграторов включены, 40 диоды В разных направлениях. В результате интегрирования входной сигнал сглаживается (фильруется, что сразу предупреждает появление нежелательного явления насыщения эле-. 45 мента 7 с ограничением в отличие от прототипа, где требуется значительное время для формирования компенсирующего формирующего фазового сдвига полезной составляющей управляю- щ щего сигнала системы с ограничением.

Далее проинтегрированный сигнаЛ после усиления усилителем 3 посту".пает как на вход порогового элемен- . .та б, так и через элемент 7 с ограНичейием на вход объекта 5 регули-. рования. Выходной сигнал объекта

5 регулирования -через усилитель 4 поступает на входы интеграторов 1 и 2, где осуществляется компенсация входного сигнала. Наличие интеграторов 1 и 2 и усилителя 3 в прямой цепи системы способствует появлению перерегулирования. Для исключения этого нежелательного явления с помощью усилителя 4 увеличивается глу бина отрицательной обратной связи. системы. Коэффициент передачи уси-. лителя 4 изменяется с помощью порогового элемента б, который срабатывает и изменяет коэффициент его передачи при превышении входным сигналом порогового элемента б заданного порогового значения. Например, если объект 5 регулирования является,интегрирующим звеном, то для исключения явления перерегулирования необходимо увеличить коэффициент передачи усилителя 4 в два раза. Уменьшение перерегулирования повышает быстродействие устройства регулирования системы с ограничением и предупреждает явление насыщения элемента 7 с ограничением.

Как только выходной сигнал уси-. лителя 3 достигает пределов допустимой ошибки регулирования, то пороговый элемент б возвращается в исходное (первоначальное) значение, коэффициент передачи усилителя 4 тоже возвращается в первоначальное значение. Коэффициент передачи .усилителя 4 становится равным коэффициенту передачи усилителя 3. Далее в установившемся режиме коэффициент передачи усилителя 4 не изменя ется и пороговый элемент 6 нв сра-. батывает.

Осциллограмма 8 переходного процесса (фиг. 2), полученная при отработке системой регулирования ступенчатого сигнала без диодов в цепях обратной связи интеграторов 1 и 2 и без порогового элемента 6, т.е. с постоянным коэффициентом передачи усилителя 4, имеет колебательный характер. Время регулирования и величина перерегулирования имеют зна х,„-ф чения "Е8 и о . Подключение в

Фю цепи обратных связей интеграторов диодов, как это выполнено в прото1 типе, дает переходный процесс, показанный осциллограммой 9. Колебательность уменьшается. Время регулирования может быть уменьшено до величины 9 путем одновременного уве-. личения коэффициентов передачи усилителей 3 и 4. Однако величина.перерегулирования .остается дох -ф, статочно большо

В предлагаемом устройстве переходный процесс имеет вид осциллограммы 10. Перерегулирования нет. Время регулирования 1 0 минимально. Быстродействие увеличивается на величину,„.равную:разности tp

При отработке входйого сигнала переменной полярности быстродействие предлагаемого устройства тоже повышается, так как для каждой поляр1040464

Составитель А. Лащев

Редактор Л. Филь Техред И. Гайду Корректор A Ильин

Заказ 6928/51 Тираж 874 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета .СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ности входного сигнала подключается в работу свой интегратор 1 или 2.. Изобретение позволяет повысить быстродействие устройства регулиро-, вания системы с ограничением на ве" личину, равную разности ty - tg при отработке . ступенчатого входного сигнала. При этом исключается явление перерегулирования и предупреждается нежелательное явление насыщения элемента 7 с ограничением сис5 темы, которое может ухудшить ее динамические свойства и устойчивость.