Нелинейное корректирующее устройство

 

НЕЛИНЕЙНОЕ КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержсвдее последователь;но соединенные источник входного сигнала и фазосдвигагадее звено, подключенное к первому сигнальному входу переключателя, выход которого соединен с входом нелинейного звена с насыщением, и релейный элемент, выход которого соединен с управляющим входом переключателя, о т л и чающееся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования фазового сдвига входного сигнала, в него введен дифференцирующий фильтр, вход которого соединен с входом фазосдвигсшлдего звена, а выход с вторым сигнальным входом переключателя КС входом релейного элемента.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

НЮ НИП

Ц5П и 05 В 5/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3476446/18-24 (22) 28,07.82 (46) 30.10.83. Бюл. 9 40 (72) Б.А, Кудряшов и С.П. Пащук (53) 62-50(088.8) (56) 1. Попов E.Ï. Теория нелинейных систем автоматического управления. M., "Недра", 1979, с. 202,,рис.7. 25.

2. Авторское свидетельство СССР

9 903799,кл. G 05 В 5/01, 1980 (прототип). (54)(57) НЕЛИНЕЙНОЕ КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ

УСТРОЙСТВО, содержащее последователь.но соединенные источник входного сигнала и фазосдвигающее звено, подключенное к первому сигнальному входу переключателя, выход которого соединен с входом нелинейного звена с насыщением, и релейный элемент, выход которого соединен с управляющим входом переключателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диайазона регулирования фазового сдвига входного сигнала, в него введен дифференцирующий фильтр, вход которого соединен с входом фазосдвигающего звена, а выход— с вторым сигнальным входом переключателя и с входом релейного элемента.

1051501

Изобретение относится к системам антоматического управления, а именно к нелинейным динамическим корректирующим устройствам электромеханических и электрогидранлических следящих приводов, т. е. принодон, содержа- 5 щих элементы с насыщением.

Известно применение в системах автоматического регулирования нелинейных корректирующих устройств, содержащих последовательно соединен- 10

-ные усилитель, блок модуля и блок умножения, второй вход которого соединен с входом усилителя через последовательно соединенные дифференцирующий фильтр и блок определения знака f1) .

Недостатком таких устройств яв.ляется их низкая помехоустойчивость.

При наличии помех н сигнале ошибки (которые всегда имеют место .в реальных системах) включение нелиней— ного фильтра с Фаэоным опережением ведет к их усилению, что уменьшает добротность системы н линейной зоне и ведет к снижению ее точности.

Наиболее близким к предлагаемому является нелинейное корректирующее устройство, содержащее двухполярный релейный элемент и последовательно соединенные фазосдвигающее звено, переключатель и нелинейное звено с насыщением, а выход переключателя через двухполярный релейный элемент соединен с управляющим вхо" дом переключателя, второй сигнальный вход которого соединен с эхо- 35

1цом Фазосдвигающего звена (2) .

Недостатками данного устройства являются невозможность регулировки нносимого им положительного фазового сдвига при увеличении амплитуды сиг- Ао нала и ограничение этого сдвига частотной характеристикой Фазосдвигающего звена, которая определяется при синтезе системы н линейной области. Это накладывает ограничение на качественные показатели системы при отработке больших входных воздействий.

Цель изобретения — расширение диапазона регулирования фазового сдвига, вносимого нелинейным корректирующим устройством при увели енин амплит,уды входного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в нелинейное корректирующее устройство, содержащее последовательно соединенные источник входного

cHI нала и Фазосдви| ающее ключенное к первому сигнальному входу переключателя, выход которого соединен с входом нелинейного звена 60 с насыщением; и релейный элемент, выход которого соединен с управляющим входом переключателя, введен дифференцирующий фильтр, вход которого соединен с входом фазосдвигающе- 65 го звена, а выход - с вторым сигнальным входом переключателя и входом релейного элемента. На Фиг. 1 представлена блоксхема устройства;.на Фиг. 2 и 3 временные диаграммы, поясняющие работу устройства. (U, ныходной сигнал f.†- го функционального элемента„ Но -порог срабатывания релейного элемента 4); на фиг. 4 и 5 - логарифмические амплитудные характеристики.

Устройство содержит источник 1 входного сигнала, фазосдвигающее звено 2, дифференцирующий фильтр 3, релейный,элемент 4, переключатель 5, нелинейное звено б с насыщением, блок 7 модуля и пороговое устройст-. во 8.

Составные элементы устройства обладают следующиМи характеристиками: релейный элемент 4, состоящий из последовательно соединенных блока 7 модуля и порогового устройства 8

О (1, и od Н,>0, (0 если Р1од U з>с Uä переключатель 5 ц. ) ()внесли 04=0

10 если U4 =4 нелинейное звено 6 с насыщением

С, если U >С

U =

< () если -С ()э С

-C, если 0 - -С и имеют следующие передаточные функции: Фазосднигающее звено 2 (+7„р где Т, -.Т, лр дифференцирующий фильтр 3

«+Т р гдето > т4. (р) 3 Т4р

Работа йелинейного корректирующего устройства при гармоническом входном сигнале поясняется временными диаграммами, приведенными на фиг. 2 и 3.

До тех пор, пока амплитуда сигнала меньше Up сигнал Ug =0 в течение всего периода, следовательно

02, а фазовый сдвиг, вносимый устройством (отрицательный), определяется частотной характеристикой фазосдвигающего звена 2

q - Ч = acct (д Г -о Hg я д 0°.

С увеличением;амплитуды входного сигнала в определейные промежутки нремени по сигналу Ug происходит срабатывание переключателя 5. В результате этого фазовый сдвиг, вносимый устройством, увеличивается (см. фиг. 2). При некоторой величине входного сигнала он становится положи1051501 тельным, и в пределе стремится к величине

y = q3 arctic ы F>-nrct(63 1н >О, определяемой частотной характеристи" кой дифференцирующего Фильтра 3.

Рассмотрим эквивалентные частотные характеристики нелинейного корректирующего устройства. Пока амплитуда сигнала 1jq + Ов переключатель 5 соединяет выход звена 2 с входом

10 звена б, и предлагаемое устройство представляет собой последовательное соединение фазосдвигающего звена 2 и звена б с насыщением ° Эквивалентные частотные характеристики при этом описываются уравнениями

> la,>)=(wq(j4$)) a esin—

9 С

4,(;Ф1 где а — амплитуда входного сигнала U

4) — частота входного сигнала.

Если же амплиэуда сигнала Uq.> 0д то .процессы в предлагаемом устройстве протекают в соответствии с временными диаграммами, приведенными на фиг. 2 и 3. С помощью этих временных диаграмм можно проВести гармоническую линеаризацию устройства и получить эквивалентные частотные характеристики (Фиг..4).

При амплитуде входного сигнала устройство работает в линейной зоне и его частотные характеристик совпадают с характеристиками фазосдви гающего звена 2. С увеличением ампли -40 туды начинает сказываться насыщение нелинейного элемента, при этом в начале деформируется только амплитуд,ная характеристика.

При дальнейшем увеличении амплиту ды входного сигнала амплитудная характеристика практически не зависит от частоты, а фаэовая характеристика на высоких частотах заходит в область положительных значений. На фиг. 4 штриховыми линиями показаны фазовые характеристики прототипа, а на фиг. 5 — логарифмические частотные характеристики разомкнутой системы. Без нелинейного корректирующего устройства система условно устойчива, и при заходе в область насыщения в ней возникают автоколебания. Как показано на фиг,5, включением нелинейного корректирующего устройства достигается значительный запас по фазе при любой амплитуде входного сигнала, и система становится абсолютно устойчивой. Выбором параметров .устройства (Гз, >q, U<) можно получить желаемый вид переходных процессов при работе системы в области насыщения

Таким образом, с увеличением амплитуды входного сигнала системы автоматического управления, содержащей нелинейное звено с насыщением, предлагаемое устройство вносит положительный фазовый сдвиг, что ведет к улучшению качества переходных процессов системы, а в случае условно-устойчивой системы ей придает абсолютную устойчивость. Вели/ чина вносимого фазового сдвига зависит от частотной характеристики дифференцирующего фильтра, изменяя которую можно добиться требуемого вида переходных процессов в системе, что приводит к повышению качества продукции и обеспечивает большую надежность и безопасность производственных процессов.

10 )1 "01 юг. 5 а,>

ВНИИПИ Заказ 8664/46

Тираж 874 Подписное !

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