Самонастраивающаяся система управления

 

САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА .УПРАВЛЕНИЯ, содержащая последовательно соединенные эадатчик, первый сумматор , регулятор, состоявший из последовательно соединенных неизменяемой и изменяемой частей, усилитель мощности, электродвигатель с установленньо4и на нен датчиком регулируемой координаты и датчиком тока, последовательно соединенные второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, первый интегратор, четвертый сумматор и второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора , первый вхбд которого соединен с выходом датчика тока, блок деления. ВСЕСОЮЗЯДЯ «ч BAT Jli«0- л ТЕХйЯЧеСКАЯ БИБЛИОТЕКА второй интегратор , выход которого подключен к управляющему входу изменяемой части регулятора, первому входу блока деления и второму входу первого блока умножения, выход датчика регулируемой координаты соединен с вторьми входами первого и четвертого сумматоров, последовательно соединенные эталонную модель, блок масштабных коэффицнентов и блок формирования сигнала самонастройки, выход которого соединен с третьим входом первого сумматора, вход эталонной модели подключен к выходу задатчика , а ее второй выход - к второму входу блока масштабных коэффициентов, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходом датчика регулируемой координаты и выходом третьего сумматора, а также третий интегратор, отличающаяся тем, что, с целью повыше ния точности и расширения диапазона допустимых изменений параметров СП системы, она содержит третнй, чет00 QD 4 вертый и пятый блоки умножения, первыЛ, второй, третий, четвертый и пятыА регистры, анализатор знака, широтно-импульсный преобразователь и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выходом изменяемой части регулятора, цифровой вход является сигнальным входом изменяемой части регулятора, а вывод питания подключен к выходу ши- , ротно-импульсного преобразователя, ЦИФРОВОЙ вход которого соединен с выходом блока деления, первый вход которого является управляющим входом изменяемой. части регулятора, а

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН !

4 (s t ) С 05 В 1 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ1Й е (21) 3675244/24-24 (22) 19.12.83 (46) 30.05.85. Бюл.11 20 (72) В.В.Бабкин,Ю.А.Борцов и и В.Б.Второв (71) Ленинградский ордена Ленина . электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина ) (53) 62-50 (088.,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 585475, кл.G 05 В 13/02,1977.

Мысливец Н.Л.,Сабинин Ю.А.

Самонастраивающийся злектропривод, промышленного робота, построенный на базе системы подчиненного регулирования. "Электротехническая. промышленность", Сер. Электропривод" ° 1977, 9 8 (61), с.23-25.

Авторское свидетельство СССР

Ф 845143 ° кл. С 05 В 13/02,1981.

Авторское свидетельство СССР

11 962852 ° кл.С 05 В 13/04,)982 (54) (57) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА, УПРАВЛЕНИЯ, содержащая последовательно соединенные эадатчик, первый . сумматор, регулятор, состоящий иэ последовательно соединенных неизменяемой и изменяемой частей, усили= тель мощности, электродвигатель с установленными на нем датчиком регулируемой координаты и датчиком тока, последовательно соединенные второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, первый интегратор, четвертый сумматор и второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, первый вхдд которого соединен с вьасодом датчика тока, блок деления, „„SU„, 115 4 А второй интегратор, выход которого подключен к управляющему входу изменяемой части регулятора, первому входу блока деления и второму входу первого блока умножения, выход датчика регулируемой координаты соединен с вторыми входами первого и четвертого сумматоров, последовательно соединенные эталонную модель, блок масштабньпс коэффициентов и блок формирования сигнала самонастройки, выход которого соединен с третьим входом первого сумматора, вход эталонной модели подключен к выходу задатчика, а ее второй выход - к второму входу блока масштабных коэффициентов, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходом датчика регулируемой координаты и выходом третьего сумматора, а также третий интегратор, о т л и ч а ю " щ а я с я тем, что, с целью повыше» ния точности и расширения диапазона допустимых изменений параметров системы, она содержит третий, четвертый и пятый блоки умножения, первый, второй, третий, четвертый и пятый регистры, анализатор знака, широтно-импульсный преобразователь и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выходом изменяемой части регулятора, цифровой вход является сигнальным входом изменяемой части регулятора, а вывод питания подключен к выходу широтно-импульсного преобразователя, цифровой вход которого соединен с выходом блока деления, первый вход которого является управляющим входом изменяемой . части регулятора, а

1 второй вход присоепинен к выходу пятого регистра, первый вход третьего блока умножения подключен к выходу второго блока умножения, второй вход — к выходу первого регистра, а выход - к входу второго интегpampa, выход. четвертого сумматора соединен с первыми входами четвер- . того и пятого блоков умножения, вторые входы четвертого и пятого блоков умножения подключены к выходам соответственно второго и третьеi

158974

ro регистров, выход четвертого блока умножения соединен с вторым входом третьего сумматора, выход пятого блока умножения подключен к входу третьего интегратора, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, входом блока формирования сигнала самонастройки является вход анализатора знака, выходом - выход четвертого регистра, вход которого соединен с .выходом анализатора знака.!

Изобретение относится к автома тическому управлению и может быть

l использовано для адаптийнога управле- ния электроприводами нестационарных объектов с неупругой связью двига- 5 теля и механизма в станкостроении, металлургии, в системах автоматического управления рабочими органами роботов, в электромеханических системах при высоких требованиях к стабильности их динамических свойств в условиях изменения параметров этих систем во времени.

Цель изобретения — повышение точности самонастраивающейся системы уп- 15 равления и расширение диапазона допустимых изменений ее параметров.

На фиг.l изображена структурная схема предлагаемой самонастраиваю-,20 щейся системы управления; на фиг.2диаграммы, иллюстрирующие изменение коэффициента передачи изменяемой части регулятора.

Система содержит эадатчик 1, 25 первый сумматор 2, неизменяемую часть регулятора 3, изменяемую часть регулятора 4, усилитель 5 мощности, электродвигатель 6, аналого-цифровой датчик 7 регулируемой координаты, 30 аналого-цифровой датчик 8 тока, второй 9 сумматор, первый блок 10 умножения, третий сум- . матор 11, первый интегратор 12, четвертый сумматор 13, второй блок 35 умножения 14, третий блок 15 умножения, первый регистр 16, второй интегратор 17, четвертый блок 18

/ умножения, второй регистр 19 пятый блок 20 умножения; третий регистр

21, третий интегратор 22, эталонную модель 23, блок 24 масштабных коэффициентов, блок 25 формирования сигнала самонастройки, состоящий из анализатора 26 знака и четвертого регистра 27, причем изменяемая часть 4 регулятора состоит иэ цифроаналогового .преобразователя 28, ши ротно-импульсного преобразователя 29, блока 30 деления и пятого регистра 31.

Основной контур регулирования (скорости двигателя ) образован задатчиком 1, первым сумматором 2, неизменяемой частью регулятора 3, изменяемой частью регулятора 4, усилителем мощности 5 и электродвигателем 6 с.аналого-цифровым датчиком- регулируемой координаты 7, например датчиком скорбсти. Блоки 3 и 4, включая блоки 28-31 об разуют регулятор 32.

Блоки 9-22 образуют устройство

33 идентификации коэффициента передачи ток - скорость двигателя. В устройстве индентификации интегратор 22 совместно с блоками 20 и 21 осуществляет формирование сигнала, пропорционального току нагрузки (т.е. отношению момента нагрузки к потоку возбуждения двигателя ).

Блок 10 умножения и интегратор 12, соединенные последовательно через. сумматор ll, образуют настраиваемую модель двигателя. Поскольку на вход сумматора 9 подаются как сигнал, з 1158974 . 4 пропорциональный току двигателя, ходы - соответственно к первому н . снимаемый с датчика тока 8, Tàê и второму входам седьиого сумматора. сигнал, пропорциональный току нагруэ- Цифровая часть самонастраиваюки, то на вход настраиваемой модели щейся системы управления может

% поступает та же величина, что и g быть выполнена на цифровых интегреально действующая на входе двигате- ральных микросхемах серий 1802, ля (динамический ток) ° Это позво- 1804, 133,530, 533, 572. Например, ляет использовать получаемый на вы« эталонная модель 23 может быть ходе сумматора 13 сигнал ошибки для реализована в виде цифрового фильтра настройки коэффициента передачи мо- !О на интегральных микросхемах 133 седели (так как эта ошибка обусловле-, рии (133ИП4 ° 133ТМ5,133ТМ7,!ЗЗИМЗ ); на только различием коэффициентов интеграторы 12, 17 и 22 — на микропередачи двигателя н модели) и, сле- схемах 133ИП4, 133ТМ5; сумматоры .2, довательно, для идентификации коэф- 9,11 и 13 - на микросхемах !ЗЗИП4, 4яциента передачи двигателя 6. f5 133НМ3; регистры !6,19,21,27

Оценка коэффициента передачи двига- и 31 - на микросхемах 1ЗЗТМ5, 133TM7) теля, вырабатываемая интегратором !7, блоки умножения 10,14,15,18 и 20 и подается на.управляющий вход изменяе- блок деления 30 — на арифметическом мой части 4 регулятора 32, настраивая расширителе (умножителе) серии 1802, его коэффициент передачи (парамет- Ж на микропроцессоре 1804ВС1; неизрическая самонастройка ). меняемая часть регулятора 3 может

Блоки 23»25, образующие блок 34 быть реализована как цифровой Пу сигнальной самонастройки, обеспе- ПИ« или ПИД-регулятор -на элементах чивают сигнальную самонастройку серий 1802,1804, 133 и др. системы. И

Блоки 5 и 6 — аналоговые бло- Работа самонастраивающейсЯ систе"

t ки 7 и 8 - аналого-цифровые бло- мы управления, например скоростью

7 ки 28 и 29 — цифро-аналоговые вРащения электродвигателя с пере1 остальные блоки 1-3 9 27 ° 30 и 31 менным приведенным моментом инерции выполнены в цифровом виде. Регист- Зб и РегУлиРУемым потоком возбУжДениЯ, ры весовых коэффициентов Р1-РЗ Р5 пРоисходит следУющим обРазом. в сочетании с соответствующими бло- Задатчик вырабатывает последова" ками умножения и деления а также

t тельность цифровых выборок эадающерегистр. Р4 позволяют задавать го аналогового сигнала, именуемую параметры системьi (алгоритма управле«з в в дальнейшем для кратности цифровыми ния ) путем занесения в эти региствадающии сигналом. Этот сигнал через ры соответствующих кодосигналов.

° сумматор 2 н неизменяемую часть регу лятора 3 поступает на цифро-аналогоБлок 24 иасштабных коэффи ент фф ци тов вый преобразователь 28 и после может быть реализован, наприие с 40

Р ðt 4В преобразования в аналоговую величин помощью пятого суммато а пе в

Р, первый и передается через усилитель мощносвторой входы которого являются соот- ти 5 н на электродвигатель 6, который ветственно первым и третьим вхо аР да- благодаря совместному действию ми блока масштабных коэффициентов регулятора 32 и отрицательной обрач.,входы которого являются соответственно вторыи и четвертым вхо аии и четвертым входаии ет скорость вращения, соответствуюблока масштабных коэффициентов седь- щж данному задающему сигналу. Настмого сумматора, выход которого служит роечные параметры регулятора 32. выходом блока масштабных коэф- 3O выбраны такни б такни о разом, что при фициентов, последовательно соединен- номинальном приве н риведеннои моменте ных шестого регистра и шестого блока инерции двнгате,пя и номинальном ненных седьмого регистра н седьмого свойства систеиы быстродействие блока умножения, причем вторые - . И и дннаиич

/ и динамические ошибки по управлен возмущению ) удовлетворяют входы указанных блоков умножения нню н возмущению ) в подключены к выходаи соответственно техническим, требованиям и считают пятого и шестого. сумматоров а вы", ся оптнмальнмч я оптнмальнмчн.

1158974

Предположим, что коэффициент передачи двигателя между током и скоростью изменился, например уменьшился вследствие уменьшения потока ,возбуждения или увеличения приве- 5 денного момента инерции. В этом случае во время переходного процесса, вызванного, например, увеличением цифрового задающего сигнала, выходной цифровой сигнал датчика 8

10 тока, проходя через блоки 9 — 12, вызовет изменение выходного сигнала интегратора 12, который вычитается в сумматоре 13 иэ цифрового сигнала датчика 7 скорости, и на выходе сум15 матора 13 появится отрицательный сигнал ошибки. Будучи умножен в бл ке 14 на положительный выходной сигнал сумматора 9, он, проходя

20 через блок 15, вызывает уменьшение выходного сигнала интегратора 17, вследствие чего коэффициент передачи блока 10 умножения по первому входу уменьшается до тех пор, пока ошибка на выходе сумматора 13 не станет равней нулю, а коэффициент передачи по первому входу блока 10 умножения, т.е. выходной сигнал интегратора 17, не станет равным коэффициенту передачи двигателя, чем

30 и обеспечивается его идентификация.

Контур, образованный блоками Il -13 и 18 (вместе с 19 ), обеспечивает затухание начальной ошибки., возникающей на выходе сумматора 13 ° 35

Цифровой сигнал с выхода интегратора 17. поступает на управляющий вход изменяемой части 4 регулятора 32, увеличивая коэффициент передачи регулятора н компенсируя, таким образом, уменьшение коэффициента передачи двигателя, чем и достигается эффект параметрической самонастройки. Перенастройка коэффициента передачи регулятора 32 осуществляется, например, путем изменения скважности последовательности импульсов питания, подаваемых на цифро-аналоговый преобразователь 28. На фиг.2 показаны диаграммы выходного цифро - . аналогового преобразователя при различных (до и полипе самонастройки ) значениях коэффициента передачи изменяемой части регулятора: во втором случае коэффициент передачи увеличился в 2 раза (пример взят условно ), что эквивалентно увеличению вдвое среднего значения выходного тока усилителя 5 мощности.

Точная идентификация коэффициента передачи двигателя оказывается возможной благодаря тому, что на входе настраиваемой модели двигателя, образованной блоком 10 умножения и интегратором 12, формируется сигнал, пропорциональный динамическому току. С этой целью интегратор 22 осуществляет идентификацию составляющей тока, пропорциональной отношению момента нагрузки к потоку возбуждения.

Пусть, например, увеличился момент нагрузки двигателя. В этом случае скорость двигателя начнет уменьшаться, а ток — возрастать; Поскольку сигнал на выходе интегратора 22 соответствует прежнему значению. момента нагрузки, то выходной сигнал сумматора 9 перестанет соответствовать динамическому току, воздействующему на двигатель. Выходной сигнал интегратора 12 увеличивается, а сигнал с выхода датчика 7 скорости уменьшается. Под действием возникшего на выходе сумматора 13 отрицательного сигнала ошибки выходной сигнал интегратора 22 (его знак отрицателен ) начнет возрастать до тех пор, пока не придет в соответствие с новым значением момента нагрузки.

Блок 34 сигнальной самонастройки обеспечивает согласование динамики системы с динамикой эталонной модели 23 путем подачи на вход сумматора 2 дополнительного сигнала самонастройки. Эталонная модель 23 настраивается, исходя из желаемого вида реакции системы на сигнал эадатчика

l. При параметрических возмущениях контур параметрической самонастройки вследствие своей инерционности вступает в действие не сразу. Напротив, контур сигнальной самонастройки начинает немедленно ликвидировать ошибку. между скоростью двигателя и выходом эталонной модели. Блок 24 масштабных коэффициентов формирует сигиапы ошибок по скорости и ее производной (предполагается, что система с жесткой связью между двигателем и механизмом всегда может быть представлена эквивалентной системой второго порядка, в связи с яем для обеспечения устойчивости процесса адаптации необходима ин1158974 формация только о первой производной регулируемой координаты), для чего из сигнала с первого выхода эталонной модели 23 вычитается выходной сигнал-датчика 7 скорости, а иэ сигнала с второго выхода эталонной модели 23 вычитается сигнал с входа интегратора 12, Сигналы разности усиливаются со своими весовыми коэффицненгамн, а затем суммируются. Выходной сигнал блока 24 подается на вход блока 25 формирова» ния сигнала самонастройки. Этот блок реализует знаковую функцию (для чего входной сигнал в нем происходит через анализатор знака 26 н регистр 27 )-и вырабатывает сигнал самонастройки, воздействующий на вход сумматора 2. Построенная-:таким образом система ликвидирует любые отклонения регулируемой координаты от движения, предписываемого эталонной моделью, вне зависимости от того, какими причинамн этн отклонения вызваны: изменением параметров объекта (блоков 5 и б ) действием внешних возмущений нли исходньяи различиями между динамическими свайствамн объекта и эталонной модели. Контур сигнальной самонастройки компенсирует изменение параметров объекта в сравнительно узком диапазоне (до трех раз в обе сто% роны), в то время как основной контур самонастройки (параметрнчес кой! обеспечивает отработку параметрйческих возмущений в широком диапазоне (десятки раз }.

Благодаря исключению из подавляющего большинства блоков прототипа операционных усилителей и переходу к методам цифровой обработки сигналов резко повышается точность работы, помехоустойчивость и надежность системЫ- при воздействии на нее pasличных дестабилиэирукнцих факторов (например температуры, влажности, наволок, собственных шумов ). В частности повьппается точность установки настроечных параметров системы (примерно с 0,5Х до 0,01-0,02X) и кратность их варьирования, а также точность идентификации неста® ционарного коэффициента передачи двигателя, что, в свою очередь, позволяет повысить точность параметрической самонастройки и расширить ее диапазон.

1158974 цдп

Фиг. 2

Заказ 3586/46 Тираж 863

ВНИИПИ Государственного .комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,Москва,Ж-35,Раушская наб., дь4/5

Подписное

««« филиал ППП "Патент" г.ужгород, ул.Проектная,4

Составитель А,Лащев

Редактор-M.Íåäîëóæåíêî Техред H .Àñòàëîø

Корректор М.Максимиыинец.