Управляющее устройство

 

УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее в каждом канале управления последовательно соединенные блок управления и исполнительный орган, первое и второе корректирующее звенья, сумматор и датчик регулируемой координаты, подключенный входом к выходу исполнительного органа, а выходом - к первому входу сумматора, соединенного выходом с входами первого и второго корректирующих звеньев и с первым входом, блока управления, присоединенного вторым входом к выходу:второго корректирующего звена первого смежного канала, а третьим входом - к выходу первого корректирующего звена второго смежного канала, отличающееся тем, что, с целью, повышения точности устройства, оно содержит в каждом канале полосовой фильтр и последовательно соединенные фазовый дискриминатор, регулятор самонастройки и широтно-импульсНЫЙ модулятор, выход которого ПОДКЛЮ чен к управляющим входам первого корректирующего данного канала и второго корректирующего звена перво (Л го смежного канала, вход полосового фильтра соединен с выходом датчика регулируемой координаты, а выход с первьм входом фазового дискриминатора , ко второму входу которого подключен выход полосового фильтра первого смежного канала. 9 9

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (t9) () )) see» С 05 В 13/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbtTHA (21) 3565241/24-24 (22) 09.03.83 (46) 15.06.85. Бюл. У 22 (72) В.А.новиков, Л.В.Силукова, А.Н.Капустин и Г.Ф.Михальченок (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (53) 62-50(088.8) (56) 1. Морозовский В.Т. Многосвязные системы автоматического регулирования. М., "Энергия", 1970, с. 269-273, рис. 7-19 (прототип). (54)(57) УПРАВЛЯКМЦЕЕ УСТРОЙСТВОМ содерхащее в калдом канале управления последовательно соединенные блок управления и исполнительный орган, первое и второе корректирующее звенья, сумматор и датчик регулируемой координаты, подключенный входом к выходу исполнительного органа, а выходом — к первому входу сумматора, соединенного выходом с входами первого и второго корректирующих звеньев и с первым входом. блока управления, присоединенного вторым входом к выходу. второго корректирующего звена первого смешного канала, а третьим входом — к выходу первого корректирующего звена второго смехйого канала, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содерхит в каадом канале полосовой фильтр и последовательно соединенные фазовый дискриминатор, регулятор самонастройки и широтно-импульсный модулятор, выход которого подключен к управляющим входам первого корректирующего звена данного канала и второго корректирующего звена первого смехного канала, вход полосового фильтра соединен с выходом датчика регулируемой координаты, а выходс первым входом фазового дискриминатора, ко второму входу которого подключен выход полосового фильтра первого смелого канала.

116 1916

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в системах управления технологическими процессами, в многокоординатных системах наведения 5 оптических приборов, в системах управления подвижными обьектами, при правлении высокоточнымимногодвигательными приводами.

Наиболее близким техническим реI шением к изобретению является устройство, содержащее в каждом канале управления последовательно соединен ные блок управления и исполнительный орган, первое и второе корректируюJ щие звенья, сумматор и датчик регулируемой координаты, подключенный входом к выходу исполнительного органа, а выходом — к первому входу сумматора, соединенного выходом с входами перво-, 20

ro и второго корректирующих звеньев и с первым входом блока управления, при= соединенного вторым входом к выходу второго корректирующего звена первого смежного канала, а третьим входом к выходу первого корректирующего звена второго смежного канала (1) .

Однако параметры корректирующих звеньев устройства определены исходя из конкретного режима работы 30 системы. При его изменении, например при вариациях нагрузки, система начинает работать несинхронно, так как условия компенсации нарушаются.

Снижение точности компенсации ведет к снижению точности стабилизации напряжения и распределения реактивных мощностей генераторов.

Целью изобретения является повышение точности компенсации взаимо- g0 связей каналов управления многосвязной системы.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее в каждом канале управления последовательно соединенные блок управления и . исполнительный орган, первое и второе корректирующие звенья, сумматор и датчик регулируемой координаты„ подключенный входом к выходу испол- 50 нительного органа, а выходом — к первому входу сумматора, ко второму входу сумматора подключено задающее воздействие, выход сумматора соединен с входами первого и второго корректирующих звеньев и с первым входом блока управления, который присоединен вторым входом к выходу второго корректирующего звена первого смежного канала, а третьим входом — к выходу первого корректирующего звена второго смежного канала, содержит в каждом канале полосовой фильтр и последовательно соединенные фазовый дискриминатор, регулятор самонастройки и широтно-импульсный модулятор, вы. ход которого подключен к управляющим входам первого корректирующего звена данного канала и второго корректирующего звена первого смежного канала управления, вход полосового фильтра соединен с выходом датчика регулируемой координаты, а выход — с первым входом фазового дискриминатора, к второму входу фазового дискриминатора подключен выход полосового фильтра первого смежного канала.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 — функциональная схема блока управления на фиг.3 — - амплитудные и фазовые частотные характеристики соотношения передаточных функций регулируемых координат смежных каналов управления к сигналам внешних возмущений, действующих в одном из этих каналов, при изменениях передаточных функций взаимосвязей этих каналов и при отсутствии таких изменений; на фиг,4 — характеристики, отражающие зависимости рассогласования фаз между регулируемыми координатами смежных каналов управления от изменения передаточных функций взаимосвязей этих каналов при различных значениях чаСтот регулярных составляющих возмущений„ на фиг.5 — схема широтно-импульсного модулятора, на фиг.6 — схема полосоУ вого фильтра; на фиг.7 — схема фазового дискриминатора; на фиг.8 - схема корректирующего звена.

Устройство (фиг.1) содержит в каждом канале 1 последовательно со-. единенные исполнительный орган 2 и блок 3 управления. Выход исполнительного органа 2 через датчик ч ре-: гулируемой координаты соединен с первым входом сумматора 5 и входом полосового фильтра б. Ко второму входу сумматора 5 подается задающее воздействие. Выход сумматора 5 соединен с первым входом блока 3 управления и с входами первого и второго корректирующих звеньев 7 и 7 . Ко

1 второму и третьему входам блока 3

1161916

0; — управление регулируемой

g„,ц,;,, „„,координатой в; ц д;,ц;„- заданные значейия регулируемых координат н регули$ руемые координаты 1 -vo (i -1) -го, (1+1) -го каналов управления, и — число каналов управления, 1 1 ° 0

0 Передаточные функции Ж, корректирующих звеньев 7 выбирают таким образом, чтобы они компенсировали внутренние взаимосвязи объекта управления Я „: :т; о

Сформированный сигнал управления с выхода блока 3 управления поступает на исполнительный орган 2.

Изменение параметров взаимосвязей объекта управления приводит к нарушению точности компенсации взаимосвязей системы, что характеризуется передаточной функцией взаимосвязи между регулируемыми координатами смежных каналов управления при действии внешнего возмущения на один из каналов управления

Ч;и lhtk.(1 а6) t аа (3)

1 где%<,, - передаточная функция между регулируемыми координатами 6+1)-й и -й при действии внешнего возмущения 1 на i -й ка1 нал управления;

Ж;;,5„, передаточные функции, учитывающие малые некомпенсируемые постоянные времени j -го и (+1)-го каналов управления

%0;„,%, - передаточные функции ха% рактеризующие исполнительный орган и регулятор

6+1)-ro канала управления

, — передаточная функция го корректирующего звена, в — передаточная функция, характеризующая изменения взаимосвязи между -м и (i +1)-и каналами.

Амплитудные и фаэовые частотные характеристики передаточной функции

Щ;;„при различных значениях g@f при1,4 4 6е (1) $0 где Эр, передаточная функция регуI лятора 1 -го канала управления, передаточные Функции второго и первого корректирую- $$ щих звеньев (t —.1)-го и (t+1)-го каналов управления, В W °вЂ”

9fk--„- К,„ управления подсоединены соответственно выходы второго корректирующего звена 7 первого смежного канала 1 и первого корректирующего звена 7ш второго смежного канала 1 а вы-!!

I ходы корректирующих звеньев 7 и 7 канала 1 соединены соответственно ! с третьим входом блока 3 управления и вторым входом блока 3 управ- .

И ления первого 1 и второго 1" смежных ему каналов. Выходы полосовых фильтров 6 канала 1 и 6 первого смежного ему канала 1 подаются соответ-! ственно на первый и второй входы фазового дискриминатора 8. Выход фазового дискриминатора 8 соединен с входом регулятора 9 самонастройки, выход которого подан на вход широтно- > импульсного модулятора 10, а выход последнего подключен к управляющим 20

Ф входам корректирующих звеньев 7 и 7, На второй и третий входы исполни. тельного органа 2 канала 1 управления подаются сигналы с выходов исполнительных органов 2 и 2" смежных ка- $ налов 1 и 1".

Блох 3 управления каждого канала (фиг.2) содержит последовательно соединенные регулятор 11, сумматор 12 и регуляторы 13 внутренних конту- 30

pos управления данного канала.

Устройство компенсации взаимосвязей работает следующим образом.

В каждом канале 1 регулируемая координата с выхода исполнительного органа 2 измеряется датчиком 4 (фиг.1). Полученный сигнал измерения подается на сумматор 5, определяющий отклонение регулируемой координаты. Блок 3 управления (фиг.2) и корректирующие звенья 7» и 7" формируют закон управления регулируемой координаты канала 1 по ее отклонению и по отклонениям регулируемых координат смежных с данным каналом, 4$ управления. 1 и 1", т.е.

il;-mð,,; (q„l.w„ ;-t(q„.t 93,; -1l+ ®kjtl gttt 93it1) 7

1161916 недены на фиг.3, где показано, что отклонение параметров взаимосвязей

h 4, приводит к ограничению уровня фильтрации возмущений между смежными каналами управления и что это приводит к изменению величины и знака фазь1 передаточной функции Э/, ; „(см. фиг.4).

Для реализации контура самонастройки параметров корректирующих звеньев, компенсирующих взаимосвязи системы, в каждом канале 1 сигнал с выхода датч txa 4 регулируемой координаты проходит через полосовой фильтр 6, который имеет передаточную функцию. вида

Нт, р.1

Р

T„P + жТр(р P + 1 (4) где Т вЂ” постоянная времени nos oñoD(P вого фильтра; с(, Н вЂ” коэффициенты, учитывающие усиление и заданную полосу пропускания Я полосового фильтра.

Выбор полосы пропускания фильтра обусловлен следующим. Из анализа приведенных соотношений (1), (2), (3) и графиков (фиг.3 и 4) устанавливается, что точность компенсации взаимосвязей каналов будет тем вы ше, чем ниже значение Я, так как при этом повышается чувствительность фазы соотношения (3) к отклонениям . параметров взаимосвязей, определяемая дифференциалом Л- Но с другой в стороны динамические отклонения регулируемых координат в функционирующей системе, возбужденной возмущающими воздействиями, могут практически отсутствовать на очень близких частотах. Поэтому задание частоты И определяется минимальными значениями в полосе частот, действующих на систему возмущений. Автоматическая настройка системы по низкочастотным составляющим регулируемых координат одновременно соответствует и оптимальной фильтрации возмущений между каналами в широком спектре воздействий.

Сигналы с выходов полосовых фильтров 6 и 6 смежных каналов по( дается на фазовый дискриминатор 8, который определяет изменение фазового сдвига 6 ; между низкочастотными составляющими значений регулируемых координат смежных каналов управле5

1О

46

Ю

55 ния. Являющийся интегратором регулятор 9 самонастройки преобразует сигнал, пропорциональный изменению фазового сдвига 4с ;, в управляющий сигнал контура самонастройки, характеризующий изменение коэффициентов усиления взаимосвязей объекта управления. Широтно-импульсный модулятор 10 обеспечивает высокую точность модуляции управляющего сигнала. Полученный сигнал подается на электронные ключи корректирующих

Н звеньев 7 и 7, что позволяет осуществить автоматическую поднастройку параметров корректирующих звеньев таким образом, чтобы они соответствовали взаимосвязям объекта управления, тогда 6 Й =О, при этом

Ч условии Дд =О.

При использовании предлагаемого способа компенсации взаимосвязей системы исключается возникновение предельных циклов колебаний между каналами, так как управление производится по малым отклонениям параметров взаимосвязей системы.

Блоки,полосовых фильтров 6, широтно-импульсных модуляторов l0 фазовых дискриминаторов 8 и корректирующих звеньев 7 имеют стандартное исполнение и могут быть реализованы следующим образом. Наиболее простая схема полосового фильтра 6, собранного на одном операционном усилителе (ОУ), приведена на фиг.6. На фиг.5 показана принципиальная схема широтно-импульсного модулятора, собранного на двух операционных усилителях. Фазовый дискриминатор содержит два триггера Т1 и Т2, семь элементов задержки Э31-Э37, пять элементов памяти ЭП1-ЭП5 с электронными ключами

К9-К13 интегратор и сумматор соответственно на операционных усилителях ОУ1 и ОУ2, блок инвертирования знака сигнала (операционный усилитель ОУЗ с двумя мостовыми ключевыми схемами К1-К4 и К5-К8 на входе).

Ключи К1-К13, коммутирующие аналоговые сигналы, выполняются на полевых транзисторах. Элементы задержки Э31Э37 реализуют последовательное (от входа к выходу) замыкание ключей для исключения динамической погрешности элементов памяти и мостовых ключевых схем в дискриминаторе (фиг.7).

Схема реализации передаточной функции

1161916

Т,р (Ъ„-, "P" корректирующего звена приведена на фиг.8. Она собрана на двух операционных усилителях. Перенастройку коэффициента передачи корректирующего звена обеспечивает электронный ключ на входе звена, для управления которым подается сигнал с выхода широтноимпульсного модулятора.

Ожидаемый экономический эффект от использования изобретения в лентопротяжном механизме состоит в том, что при повышении точности компенса4m йэаю Г"

74 1

Оп&ока ) Х&в у2

11 12 - 13

0m йоши уВ 3

Ров. 2

) (! ! !

)

Г ! !

) цни взаимосвязи каналов управления натяжением с каналом управления скоростью ведущего валика снижаются требования к точности иэгоToâëåíèÿ

5 механических элементов тракта (валиков, катушек, подшипников) и снижается стоимость изготовления механизма.

Повышение стоимости системы управления за счет применения дополнительной платы с блоками контура самонастройки: полосовых фильтров, фазовых дискриминаторов, регуляторов самонастройки и широтно-импульсных модуляторов, оказывается значительно меньше.

1161916

1!б1916!!61916

Oh У

Составитель А.Лащев

Техред O.Ващишина Корректор Е.Рошко

Редактор М,Бандура

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

Заказ 3967/49 7ираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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