Корректирующее устройство

 

КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно соединенные запоминающий блок, масштабирующий блок и сумматор, вторым входом подключенный к входам интегратора и фильтра, выходом через нуль-орган соединенный с управляющим входом запоминающего блока, отличающееся тем, что, с целью уменьшения амплитуды автоколебаний в устройстве , в нем выход интегратора соединен с сигнальным входом запоминающего блока.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (l9) (I 1) 4(51) С 05 В 5 01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

110 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3681991/24-24 (22) 30.12.83 (46) 15.03.85. Бюл. № 10 (72) А.Б.Градусов и А.А.Галкин (71) Владимирский политехнический институт (53) 62-50(088.8) (56) 1 Авторское свидетельство СССР № 437046, кл. G 05 В 11/01, 1972.

2 ° Авторское свидетельство СССР № 435499, кл. G 05 В 5/01, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 3492780/24, кл, G 05 В 5/01, 1982 (прототип). (54) (57) КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно соединенные запоминающий блок, масштабирующий блок и сумматор, вторым входом подключенный к входам интегратора и фильтра, выходом через нуль-орган соединенный с управляющим входом запоминающего блока, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью уменьшения амплитуды автоколебаний в устройстве, в нем выход интегратора соединен с сигнальным входом запоминающего блока, 320

1 1145

Изобретение относится к нелинейным корректирующим устройствам и может быть использовано в системах ав- томатического регулирования и управления, которые подвержены действию возмущений.

Известно корректирующее устройство, содержащее последовательно соединенные запоминающий блок, первый масштабирующий блок и сумматор, вто- 10 рым входом через второй масштабирующий блок подключенный к сигнальному входу запоминающего блока и фильтра, выходом через нуль-орган подключенный к управляющему входу запоминающего блока Е1).

Известно корректирующее устройство, содержащее последовательно соединенные запоминающий блок, масштабирующий блок, сумматор, релейный блок р0 и блок умножения, вторым входом через блок определения модуля соединенный с выходом запоминающего блока, сигнальный вход которого соединен с ВТо рым входом сумматора и через последо-25 вательно соединенные фильтр и нульорган — с управляющим входом запоминающего блока (2).

Недостатками известных корректирующих устройств являются их слож у) ность и низкое быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является корректирующее устройство, содержащее последовательно соединенные запоми. нающий блок, масштабирующий бпок

35 и сумматор, вторым входом соединенный с входом запоминающего блока, интегратора и фильтра, входом через нуль-орган соединенного с управляю40 щим входом запоминающего блока, выход интегратора соединен с третьим входом сумматора f3).

Однако после затухания переходного процесса в устройстве возникают

45 автоколебания, Целью изобретения является уменьшение амплитуды автоколебаний в корректирующем устройстве.

Поставленная цель достигается тем,50 что в корректирующем устройстве, содержащем последовательно соединенные запоминающий блок, масштабирующий блок и сумматор, вторым входом подключенный к входам интегратора и фильтра, выходом через нуль-орган соединенного с управляющим входом запоминающего блока, выход интегратора соединен с сигнальрым входом запоминающего блока.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — фазовый портрет системы, в которой установлено предлагаемое устройство.

Схема (фиг. 1) содержит блок сравнения, сумматор 2, интегратор 3, объект 4 регулирования, запоминающий блок 5, масштабирующий блок 6, фильтр 7, нуль-орган 8, корректирующее устройство 9, На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 10-16— фазовые траектории; х, х — сигнал рассогласования и его первая производная.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения: f — сигнал возмущения; у — выходной сигнал объекта 4; z выходной сигнал корректирующего устройства 9; v — выходной сигнал фильтра 7; w — выходной сигнал интегратора 3; u — выходной сигнал запоминающего блока 5; g — сигнал задания.

Рассмотрим работу корректирующего устройства в составе системы автоматического регулирования, которая содержит блок 1 сравнения, выход кото— рого соединен с входами интегратора 3, фипьтра 7 и первым входом сум— матора 2, к второму входу которого через масштабирующий блок б подключен выход запоминающего блока 5 ° Выход интегратора 3 соединен с входом запоминающего блока 5, а выход 7 через нуль-орган 8 подключен к управляющему входу запоминающего блока 5. Выход сумматора 2 связан с входом объекта 4 регулирования, выход которого связан с первым входом блока 1 сравнения, на второй вход которого подается сигнал задания.

Система работаеТ следующим образом.

Сигнал рассогласования системы х с выхода блока 1 сравнения подается на первый вход сумматора 2, а также на входы интегратора 3 и дифференцирующего фильтра 7, последний в общем случае имеет передаточную функцию k17/S/= „+ gS= ;(1+и†S) . В момен1 ты времени t. когда сигнал v на выходе. фильтра 7 переходит из положительной области в отрицательную и наоборот, нуль-орган 8 выдает сигнал на управляющий вход запоминающего бпока 5. Запоминающий блок 5 фикси45320 4 где u (t,) — постоянные на отрезке времени $t;, t „-,„) зафиксированные значения интеграла от сигнала рассогласования х системы; — моменты запоминания; ко коэффициент передачи масштабирующего блока 6.

Пусть движение в системе автоматического регулирования описывается дифференциальным уравнением

d x dx plf <

1 а +Ьх=-Ко bund +сЕ+ — +

d<2 К о И 2

Н

1 (el

25 где а, b, d, с — постоянные коэффициенты.

Дифференциальное уравнение замкнутой системы относительно выходного сигнала w интегратора 3 имеет вид

1 о с1 х df <) о+ b =-k bu+d +e f+

К

dg

+И—

dt (а1

Предположим, что сигналы задания g и возмущения f имеют скачкообразный характер, т е g=g î 1(t) и f=fо 1(t)

Покажем, что в предлагаемой системе статическая ошибка ликвидируется.

Для этого найдем установившиеся значения х=х сти и=и,т. Пусть все производные в уравнениях (1) и (2) равны нулю, тогда

1о " от = Kpbu pT+p p; (о) с1 о уст (41 о

Подставив выражение (4) в (3), получим, что х =О. Рассмотрим теперь переходный процесс в системе автоматического регулирования.

Пусть выходной сигнал v фильтра 7 формируется следующим образом

v=x+ Т х (5) !

20

55

3 рует в моменты времени t. сигнал, 1 по сч упивший на е го вход, сохраняя постоянным зафиксированное значение сигнала и на промежутке времени (;, ;+„j, Тогда для отрезка времени (t;, t 1 можно записать х+1 ои появления возмущения запоминание не происходит, так как в общем случае

x+7x 0, поэтому и=О.

Так как коэффициент передачи разомкнутой системы обычно достаточно велйк, то корни характеристического уравнения замкнутой системы будут комплексно-сопряженными. Движению системы на фаэовой плоскости (х, х ) (фиг. 2) из начального состояния (точка А) соответствует спираль 12, которая либо накручивается на точку (cf /Ь) при Ь)0, либо раскручивается при Ь(0. Такое движение происходит до момента времени 1 когда х(г. )=-x(t ), т.е, когда изображающая точка попадает на прямую

MN (фиг. 2). После этого движение системы происходит под действием постоянного зафиксированного сигнала

k w(t„) и начальных условий x(tz) е 1 x(t„)=- â€,х(г„). В зависимости от значения коэффициента передачи ко масштабирующего блока 6 это движение может происходить по траекториям 12, 13 и 14.

Если коэффициенты к и о выбраны о так, что фазовая траектория в момент времени t=t проходит через

= z начало координат (х=0, х =О) и запомненный сигнал w(tz) =cf о/l3kp то система останавливается точно в заданном состоянии траектории 13 (фиг. 2). При этом автоколебания в системе отсутствуют.

Для систем автоматического регулирования, начальные состояния которых лежат на линии KL (фиг. 2), пер ходный процесс заканчивается за конечное время t» =t,+t точно в заданном состоянии. При отклонении начальных состояний от линии KL изменяется характер переходных процессов в системе. Время переходного процесса при этом меняется незначительно. Если движение системы начинается из областей MOK к LON базовой. плоскости, то переходные процессы в ней протекают с перерегулированием (фиг. 2, траектория 15). Переходные процессы без перерегулирования имеют место в системе, начальные состояния которой лежат в областях MOL u KON (фиг. 2, траектория 16).

Предположим, что до появления возмущения система находилась в сосг тоянии покоя (х=х =0) а в момент

Таким образом, соединение выхода интегратора с сигнальным входом запоминающего блока позволяет улучшить

1145320

Составитель Ю.Гладков

Редактор Л,Веселовская Техред Т.дубинчак Корректор С.И1екмар

Заказ 1171/35 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г,5 жгород, ул.Проектная, 4 качество процессов ъ системе в результате уменьшения амплитуды автоколебаний в корректирующем устройстве примерно в восемь раз.

3а базовый объект принята система автоматического регулирования, в которой в качестве регулятора используется промышленное регулирующее устройство типа Ф51?9 с адаптивным субблоком Ф5181. Регулирование 1О в такой системе ведется по ПИД-закону, в котором коэффициент передачи меняется по следующему алгоритму

0,2 при P k +ê (Е(+с) кс (g (К= 15

5,0 при (х„(+ку )f(+c)ск 2ф), ф где %(— модуль ошибки регулирования; запоминаемое максимальное Ф значение демпфированного сигнала модуля ошибки регу- 20 лирования; (х„ — запоминаемое максимальное значение производной регулируемого параметра; к и к — соответственно коэффициенты упреждения и соотношения; с — постоянный коэффициент.

Таким образом, базовый объект относится к системам с переменной структурой, в которых при несимметричных режимах, возникающих при действии на систему внешних возмущений, качество процессов ухудшается, в частности в системе могут возникнуть автоколебания. Кроме того, базовый объект имеет сложную конструкцию, так как содержит два блока запоминания и три блока модуля.

Применение предлагаемого изобретения позволяет примерно в шесть раз упростить конструкцию системы и улучшить интегральные оценки качества регулирования в ней примерно в восемь раз в результате уменьшения амплитуды автоколебаний в предлагаемом корректирующем устройстве.