Устройство для компенсации нелинейности объекта типа "люфт

 

УСТРОЙСТВО Д11Я КОМПЕНСАЦИИ НЕЛИНЕЙНОСТИ ОБЪЕКТА ТИПА ЛЮФТ, содержащее поеладователъно соединенные первый сумматор, нелинейность типа люфт и линейную часть объекта , а также последовательно соединенные дифференциатор и релейный элемент, первый вход первого сумматора соединен с входом дифференциатора , а выход - с входом нелинейности типа люфт, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит первую модель и последовательно соединенные ключ, вторую модель , второй сумматор, делитель, блок автоматической подстройки и блок умножения, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, а второй вход - с выходом релейного элемента и через первую модель - с вторым входом делителя, первый вход ключа соединен с первым выходом линейной части объекта, а второй вход - с выходом блока автоматичес (Л кой подстройки и с вторым входом первой модели, второй вход второго с сумматора соединен с вторым выходом линейной части объекта, второй вход Q е второй модели соединен с входом дифференциатора и первым входом первого сумматора.

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

au)) G 05 B 5/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3545979/18-24 (22) 28.01.83 (46) 15.08.84. Бюл. 1(30 (72) Као Тиен Гуинь (СРВ), Е.Д.Пичугин, В.Е.Прокофьев и Рауль Ривас Перес (Куба) (71) Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (53) 62 — 50(088.8) (56) l. Авторское свидетельство СССР

Ф 767698, кл. С 05 В 5/01, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 243010, кл. С 05 В 5/01, 1969 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ

НЕЛИНЕЙНОСТИ ОБЬЕКТА ТИПА "Л1()ФТ", содержащее последов ат ел ьно соединенные первый сумматор, нелинейность типа "люфт" и линейную часть объекта, а также последовательно соединенные дифференциатор и релейный элемент, первый вход первого сумматора соединен с входом дифференциатора, а выход — с входом нелинейности типа люфт, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит первую модель и последовательно соединенные ключ, вторую модель, второй сумматор, делитель, блок автоматической подстройки и блок умножения, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, а второй вход — с выходом релейного элемента и через первую модель — с вторым входом делителя, первый вход ключа соединен с первым выходом линейной части объекта, а второй вход — с выходом блока автоматической подстройки и с вторым входом первой модели, второй вход второго сумматора соединен с вторым выходом линейной части объекта, второй вход второй модели соединен с входом дифференциатора и первым входом первого сумматор а. динен с вторым входом первого сумматора, второй вход — с выходом релейного элемента и через первую модель — с вторым входом делителя, первый вход ключа соединен с первым выходом линейной части объекта, а второй вход — с выходом блока автоматической подстройки и с вторым входом первой модели, второй вход второго сумматора соединен с вторым выходом линейной части объекта, второй вход второй модели соединен с входом дифференциатора и первым входом первого сумматора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — функциональная схема блока 8 автоматической подстройки, на фиг. 3 — диаграмма сигналов, поясняющая работу бл ка 8 автоматической подстройки .

Устройство на фиг. 1 содержит дйфференциатор l, релейный элемент 2, первую и вторую линейные модели 3, 4, первый и второй сумматоры 5, 6, делитель 7, блок 8 автоматическои подстройки, блока 9 умножения и первый ключ 30, нелинейность типа

"люфт" 13 и линейную часть объекта

12.

Устройство на фиг. 2 содержит блок 13 выделения модуля, компаратор 14, генератор !5 пилообразного напряжения, первый, второй и третий .формирователи !6, 17 и 18, второй, третий, четвертый, пятый и шестой ключ !9 — 23, первый и второй интеграторы 24, 25 и элемент сравнения 26.

Пусть линейная инерционная часть описывается уравнением

30 гд е Uq — вы ход н ой си гн ал люфт а; выходной си гнал линейной инерционной части;

Ь, à -, (i=O, 3,..., n-1) — постоянные коэффициенты.

Введем обозначения у

У, =, в

В аy,-ayã - y +3

Уравнение (i) в новых обозначениях примет вид

У=Ы+ВЦ,„

1 1108387

Изобретение относится к автоматике H предназначено для использования в системах автоматики различного назначения, имеющих в своем составе инерционные звенья с нелинейными статическими характеристиками типа люфт" .

Известно устройство д:тя компенсации люфта исполнительногэ устройства системы управления, содержащее после- 3О довательно соединенные дифференциатор, усилитель с зоной нечувствительности и релейной характеристикой, сумматор, второй вход которого соединен с входом дифференциатора, а вы-35 ход — с входом звена с нелинейностью типа "люф ", причем амплитуда сигнала коррекции на выходе усилителя равна предельно допустимой ширине полузоны люфта „1).

Наиболее близким к изобретению по т<.хнической сущности и достигаемому эффекту является устройство для компенсации нелинейности типа люфт, сод< ржащее последовательно соединен«, <е дифференциатор, релейный элемент и сумматор, второй вход которого соединен с входом дифференциатора, а выход — с входом звена с нелинейностью типа "люфт" 21.

Недостаток указанных устройств невозможность точной компенсации люфта из-за постоянной амплитуды сигнала коррекции, тогда как величина ширины полузоны люфта изменяется в зависимости от ряда факторов.

Цель изобретения — повышение точности компенсации люфта инерционного нелинейного звена, линейная инерционная часть которого находится на выходе нелинейности, выходной сиг40 нал которой недоступен измерению.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для компенсации нелинейности объекта типа "люфт содержащее последовательно соединенные первый сумматор, нелинейность типа люфг" и линейную часть объекта, а также последовательно соединенные дифференциатор и релейный элемент, первый вход первого сумматора соединен с входом дифферен«иатора, а выход — с входом нелинейно TH типа люфт, дополнительно введены первая модель и последовательно соединенные к юч, вторая мо- 55 дель, второй сумматор, делитель, блок автоматической подстройки и блок ум« жения, выход которого сое1108387

0 i 0 ... 0

0 0 1 ... 0

0 у»

У,1

t (2)

5 у= а(>а а а>>

У„

Уравнения первои и второй линейной модели

10 (3) У = АУ + ВКП

Е =AY + BKU (4) где K=tg с1- — коэффициент наклона линейных участков MN, PQ люфта.

Входной сигнал U поступает одновременно на первый вход первого сумматора 5, на вход дифференциатора 1, на вход второй модели 4. На первый вход второгО сумматора Ь поцается выходной сигнал второй модели, а на второй вход — инверсный сигнал с выхода линейной части нелинейного звена — Ч . Выходной сигнал второго 25 сумматора б подается на первый вход делителя 7. На второй вход дели- теля 7 поступает сигнал с выхода перв ой линейной модели 3. Выходной сигнал делителя 7 поступает на вход блока 8 автоматической подстройки.

Сигнал с первого выхода блока 8 автоматической подстройки подается на первый вход блока 9 умножения, а сигнал с второго выхода блока 8

35 автоматической .подстройки поступает на второй вход первой линейной модели 3 и управляющий вход первого ключа 10. Выходной сигнал дифференциатора 1 подается на вход релейного

40 элемента 2. Сигнал с выхода релейного элемента 2 одновременно поступает на вход первой линейной модели 3 и на второй вход блока 9 умножения . Выходной сигнал блока 9

45 умножения поступает на второй вход первого сумматора 5. С выхода первого сумматора сигнал подается на вход нелинейного звена с люфтом.

Векторный выход линейной части не50 линеиного звена соединен с векторным входом второй линейной модели 4.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в начальный момент времени

55 появится выходной сигнал U. На выходе релейного элемента 2 получится сигнал U 1 = à sign (1 (а=!).

В блоке 9 умножения сигнал U) умножается с выходным сигналом Б„блока 8 автоматической подстройки Z = U,,П = U

Uq на выходе блока 8 подсгройки всегда имеет положительную полярность и величину, равную амплитуде сигнала коррекции /Z/. Начальное значение сигнала на выходе второго интегратора 25 (фиг.2) V> = /Z /, поэтому сигнал коррекции Z в начальный момент t равеч Z(t ) = /Z /.

Sign U . В первом сумматоре 5 входной сигнал суммируется с сигналом коррекции

X=U+Z,=U+/Z,/S gnU

При работе на участках ИИ, PQ люфта выходной сигнал U люфта равен

U< = K(U- q Sign Б+/Z / Sign U).(5)

Вектор состояния линейной инерционной части имеет вид

Вектор состояния линейных моцелей

С момента t начинают работать генератор 15 пилообразного напряжения и первый формирователь 16. В моменты начала каждой пилы на выходе первого формирователя 16 вырабатываются импульсы сброса U (фиг.3) . Им— пульс сброса U поступает на второй вход первой линейной модели 3 и на управляющий вход первого ключа 10, в результате чего вектор состояния первой линейной модели 3 в момент обращается в нуль 7 (t, ) =О. Импульс сброса Uz открывает первый ключ 10, вектор состояния второй линейной модели 4 выравнивается с вектором состояния линейной части

Y (t ) = Y (t ). Поэтому из (6)-(8) следует

l 108387

Ф (ф-Jm(tс1K>U >< = () о = 1 ф 1убв| и iieet tp ф, 5 е„ф1=," Я-LI,Û= J 84Ii -< If- Р )

1,1 1 О., q+I I.q (gI- „ т)ksstyw Udt, i%I

l0 э» Ф И (13) 4 1 1 + &tIk6giqnUatc о

Сигнал / Х/ на выходе блока 13 выделения модуля сравнивается с пилообразным напряжением в компарато— ре 14. Затем время (с, t) (фиг. 3) второй и третий ключ 19, 20 закры— ты, четвертый ключ 21 открыт. Напря— жение на выходе второго интегратора 25 в интервале (t„ t) не изменяется и равно Ig . Поэтому амплитуда сигнала коррекции в этом интервале равна Я,) . Так как величина полузоны люфта в интервале (, t) также постоянна, то выражение (13) для сигнала л, примет вид

35

J A, МЯ ю . . .|„,р

8<316 РУЧ ОИЪ 45

Если I I а g то 3-) О вто рой формирователь 17 вырабатывает импульс управления пятым ключом 22.

Таким образом, в интервале (t„ t) положительное опорное напряжение

U подается на вход первого интегратора 24 через открытые четвертый и пятый ключи 21, 22. Напряжение на выходе первого интегратора 24 воз.—

55 растает с

U ft) =Я.(+JU»dt

to ф„„ (. ) — и-й элемент первой строки переходной матрицы CP (. );, К) f(t) — первые элементы векторов E(t) и Y+(t) соответственно.

Сигнал С4(t) y„ (t) поступают на первый и второй входы блока 7 деления. Выходной сигнал блока 7 деления равен 20 где К> коэффициент пропорциональности.

В момент t„, когда U„= 131 напряжение У (1„) равно

U (tÄ ) = 1 2о) + K< U (t„ -,), (15) пилообразное напряжение равно

U„(t л ) =K„(t„"о ) =17 q - 12О (16) где К и — коэффициент наклона пилы.

К и Кп выбираются такими, что (17) Кп = KuUîï °

Поэтому, как видно из (15), (16) и (17) U+(t„)= 1Z,(+ q — )Z.1 = q (l8)

Как видно из (18), в момент t напряжение на выходе первого интегратора

24 равно истинной величине полузоны люфта

Таким. образом, в интервале (to, t,) в устройстве производится идентификация истинной величины полуз оны люфта q

Если Я, ), то ., с О, третий формирователь У8 вырабатывает сигнал управления шестым ключом 23.

Таким образом, в интервале времени (1, 1„) в этом случае отрицательное опорное напряжение — U п подается на вход первого интегратора 24 через открытые шестой и четвертый ключи 21 23. Напряжение на выходе первого интегратора 24 уменьшается

Ц (1) = i 2о! i

В момент 1, это напряжение равно

U3("4)= 1Z I и о4t4 1ак ак в момент t пилообразное напряжение равно 131, а 2. с. О, то из (! 4) следует

Пп() =Кп(,- а ) = 131-1= I Z,I - М.

С учетом (! 7) выражение (19) для выходного напряжения первого интегратора 24 примет вид

U3(tg )= 1Zo(-(12 ..1- )= g. (21) Отсюда видно, как и в предыдущем случае, напряжение на выходе первого интегратора 24 в момент t< равно величине полузоны люфта . С момента t „четвертый ключ 21 закрыт, напряжение на выходе первого интегратора 24 перестало изменяться и остается постоянным и равным Q . Идентификация окончена. Как видно из (16), 1)ОЗЭВ7 (20) и (!4), время идентификации (t, t„) определяется и истиннои раз— постыл Я между величиной полузоны люфта и амплитудой сигнала коррекции. Отсюда следует, что при точной компенсации (E = g время идентификации равно нулю, т.е, идентификация не производится.

С момента „ нормально открытые ключи 19, 20 открыты. На первый вход элемента 26 сравнения подается сигнал с выход первого интегратора 24 через второй ключ Т9, а на второй вход — сигнал с выхода второгс интегратора. 25 через третий ключ 20.

Второй интегратор 25 отрабатывает сигнал отклонения g = Ug — U< на выходе элемента 26 сравнения

При этом выходном сигнал U< второго интегратора 25 будет изменяться до тех пор, пока не станет равным Ug, Когда сигнал на выходе второго интегратора 25 равен сигналу на выходе первого интегратора 24:

U =U = 7 сигнал отклонения у на выходе элемента 26 сравнения равен нулю, изменение выходного сигнала второго интегратора 25 прекращается.

Сигнал на выходе второго интегратора, представляющий собой амплитуду, сигнала коррекции, будет оставаться постоянным и равным величине полузоны

10 люфта. Люфт точно компенсирован, Таким образом, с момента окончания идентификации t< производится перестройка амплитуды сигнала коррекции до истинной величины полузоны

15 люФт а.

Если по какой-либо причине истинная величина полузоны люфта изменяется, то в устройстве снова производится идентификация, а затем пе2О рестройка.

Предложенное устройство позволяет точно компенсировать люфт в случае, когда точно известна величина полузоны люфта, в случае когда эта величина априори неизвестна, а также в случае, когда она меняется в процессе работы.

1108387

al tf 62

4 1 2

Фиг.л

ВНИИПИ Заказ 5862/32 Тираж 842 Подписное

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