Следящая система
Изобретение относится к приборостроению и техническим средствам автоматического управления и может найти широкое применение при управлении инерционными объектами, например , землеройными машинами, В системе решается задача компенсации инерционности объекта регулирования, переключения скоростной обратной связи на основании информации о знаке изведения сигнала рассогласования и скоростной обратной связи и об уровнях этих сигналов, Эта задача решается следующим образом. Сигнал задания сравнивается с регулируемой координатой в измерителе рассогласования, на выходе которого формируется сигнал рассогласования. Он усиливается в предварительном усилителе и поступает на первый вход перйого сумматора. где суммируется с выходным сигналом второго сумматора. Выходной сигнал первого сумматора усиливается в усилителе мош 1ости и воздействует на исполнительный двигатель, который 4et5e3 редуктор воздействует на объект регулирования , меняя регулируемую координату . Скорость вращения вала двигателя измеряется тахогенерато ром. Выходной сигнал последнего поступает на первый вход первого умножителя, в котором умножается на модуль выходного сигнала усилителя, и на первый вход второго умножителя, в котором умножается на выходной сигнал . усилителя. Выходной сигнал второго умножителя через релейный элемент поступает на управляющий вход первого ключа, который управляет подключением выходного сигнала к первом у входу второго сумматора. Модуль выходного сигнала усилителя и выходные сигналы второго умножителя и источннка постоянного сигйала поступают на входы блока управления, который с помощью второго ключа управляет подключением выходного сигнала тахогенератора к второму входу второго сумматора, В блоке управления . определяется знак выходного сигнала второго умножителя с помощью первого компаратора. И, кроме того, в нем сравниваются величины выходных сигналов усилителя и источника постоянного сигнала с помощью второго компаратора . Выходные сигналы компараторов через элементы И и НЕ поступают на вход блока управления, 3 ил. iNd о: оо
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
„„SU„„1216773 5114 С 05 В 11/01
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ,<54) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3786030/24-24 (22) 30.08.84 (46) 07.03.86. Бюл. М - 9 (72) M.С.Бовкун и В.Л.Загайчук (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
11 - 1012194, кл. 6 05 В 11/01, 1981.
Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория системы автоматического регулирования, М.: Наука, 19?5, с. 273-282.
Нелинейные корректирующие устройства в системах автоматического управления. Под. ред. Ю.И.Топчеева.
М.: Машиностроение, 1971, с. 109112, рис. 111.2. (57) Изобретение относится к приборостроению и техническим средствам автоматического управления и может найти широкое применение при управлении инерционными объектами, например, землеройными машинами. В системе решается задача компенсации инерционности объекта регулирования, переключения скоростной обратной связи на основании информации о знаке произведения сигнала рассогласования и скоростной обратной связи и об уровнях этих сигналов. Эта задача решается следующим образом. Сигнал задания сравнивается с регулируемой координатой в измерителе рассогласования, на выходе которого формируется сигнал рассогласования. Он усиливается в предварительном усилителе и поступает на первый вход первого сумматора, где суммируется с выходным сигналом второго сумматора. Выходной сигнал первого сумматора усиливается в усилителе мощности и воздействует на исполнительный двигатель, который через редуктор воздействует на объект регулирования, меняя регулируемую координату. Скорость вращения вала двигателя измеряется тахогенератором. Выходной сигнал последнего поступает на первый вход первого умножителя, в котором умножается на модуль выходного сигнала усилителя, и на первый вход второго умножителя, в котором умножается на выходной сигнал усилителя. Выходной сигнал второго 3 умножителя через релейный элемент поступает на управляющий вход первого ключа, который управляет подклю- С чением выходного сигнала к первому входу второго сумматора. Модуль выходного сигнала усилителя и выход>ив ные сигналы второго умножителя и источника постоянного сигйала поступают на входы блока управления, который с помощью второго ключа управляет подключением выходного сигнала 3 тахогенератора к второму входу второ- 3 го сумматора. В блоке управления CO . определяется знак выходного сигнала второго умножителя с помощью первого компаратора. И, кроме того, в нем сравниваются величины выходных сигналов усилителя и источника постоян- фЬ ного сигнала с помощью второго компаратора. Выходные сигналы компараторов через элементы И и НЕ поступают на вход блока управления. 3 ил.
Изобретение относится к приборостроению и техническим средствам автоматического управления и может найти широкое применение при управлении инерционными объектами, например землеройными машинами.
Целью изобретения янляется повышение динамической точности и быстродействия системы.
На фиг.! представлена функциональная схема системы; на фиг.2 диаграммы сигналов, поясняющие принцип работы системы; на фиг, 3— принципиальная схема блока управления.
Система содержит измеритель 1 рассогласования, усилитель 2, первый сумматор 3, усилитель 4 мощности, исполнительный двигатель 5, редуктор 6, детектор 7, второй сумматор 8, второй ключ 9, тахогенератор !О, блок 11 управления, источник 12 опорного сигнала, первый умножитель 13, первый ключ 14, второй умножитель !5, задатчик 16, реле 17, первый 18 и второй 19 компараторы, элемент И 20, элемент НЕ
21, общую шину 22 °
U — выходной сигнал i-го функционального блока или элемента;
К вЂ” коэффициент местно обратной ос связи системы.
В состав блока 11 управления нходят два компаратора 18 и 19, элемент И 20, элемент НЕ 21 и общая шина 22.
В качестве детектора 7 может быть применен линейный детектор, имеющий характеристику типа "Выделение модуля".
Система работает следующим образом.
Выходной сигнал U 1 рассогласования, на второй вход которого поступает выходной сигнал редуктора б, а на его выходе формируется сигнал рассогласования 11 - U 6 — Н6. Этот еигнал U подается на вход усилителя 2, на выходе которого формируется сигнал U< К U где К - коэффициент передачи усилителя 2. Сигнал U< поступает на первый, вход первого сумматора 3, на второй вход которого поступает выходной сигнал U< второго сумматора 8, а íà его выходе формируется сигнал U U<-Ug. 216773 2 Сигнал V5 поступает на вход усилителя 4 мощности, на выходе которого формируется сигнал Uq = К ° U где Д э K>, — коэффициент передачи усилителя 4 мощности. Сигнал U поступает на 4 вход исполнительного двигателя 5, на выходе которого формируется сигнал U = К U, где Кь — коэффициент передачи исполнительного двигателя 10 5, Сигнал Us поступает на вход редуктора 6, на выходе которого формируется сигнал U = К V где К 6 6 коэффициент передачи редуктора 6, который поступает на второй вход из15 мерителя 1 рассогласования. Кроме того, сигнал U> поступает на вход тахогенератора 10, на выходе которого формируется сигнал U< = К U5 1о Б где K «, — коэффициент передачи тахо20 генератора 10. Сигнал U с выхода тахогенератора 10 поступает на первый вход первого умножителя 13, на второй вход которого поступает выходной сигнал U 25 детектора 7, а на его выходе формируется сигнал U = U, U = U .IV I. Кроме того, сигнал U поступает на первый вход второго умножителя За 15, на второй вход которого поступает выходной сигнал U усилителя 2, а на его выходе формируется сигнал О Uq . Сигнал U)g поступает на вход реле 17, на выходе которого 35 формируется сигнал U„„ aWa 1, если Б > О, 011 О, если U)q с О. 41! Сигнал U „, UÄ = I U(„ О, если Б1, = О 50 Выходной сигнал U второго умножителя 15 поступает на второй вход блока ll управления и далее на сигВ нальный вход первого компаратора 18, входящего н блок )I управления. Опоо55 ный вход первого компаратора 18 подключен к общей шине 22. На выходе перного компаратора 18 формируется сигнал U„ вида 1216773 1 если Б5> О, О,!9 О, если Uqg 60 Выходной сигнал 1!7 детектора 7 поступает на первый вход блока 11 управления и далее на сигнальный вход второго компаратора 19, входящего в блок ll управления. Выходной сигнал !1; источника.12 опорного сигнала поступает на третий вход блока 11 управления и далее на опорный вход второго компаратора 19, на выходе которого формируется сигнал вида если Б7 > 111 О, если UI (U . Выходные сигналы U и U< компараторов 18 и 19 поступают на входы элемента И 20, на выходе которого формируется сигнал- вида 1, если 1119 =! и Б, =1, О, во всех остальных случаях. Выходной сигнал U < элемента И 20 поступает на вход элемента НЕ 21, на выходе которого формируется сигнал Uzt вида если П2о = О, Uq, О, если О о = 1. Выходной сигнал Uq> элемента HE 21 является выходным сигналом блока 11 управления, т . e . Uqq =U> Сигнал U Б,, если U 1, 119 О, если U О. Выходной сигнал U9 второго ключа 9 поступает на второй вход второго сумматора 8, на первый вход которого поступает выходной сигнал U„ первого ключа, а на выходе второго сумматора 8 формируется сигнал U9 = = Ug — U«, который поступает на второй вход первого. сумматора 3. В дальнейшем система работает аналогично. 50 5 1О Принцип коррекции данной системы заключается в следующем. Сигнал 11, подаваемый на вход измерителя рассогласования, отслеживается исполнительным двигателем 5, причем его быстродействие зависит от корректирующего сигнала обратной связи по скорости поворота выходного вала, суммированного в определенные моменты времени с форсирующим сигналом, пропорциональным произведению сигналов, пропорциональных модулю сигнала рассогласования и скорости поворота выходного вала, и с сигналом рассогласования. Причем корректирующий сигнал отрицательной обратной связи формируют с момента, когда модуль сигнала рассогласования равен допусти мой величине динамической ошибки следящей системы, определяемой из ее требуемых точностных характеристик в установившемся режиме работы, при положительном произведении сигналов, пропорциональных сигналу рассогласования и скорости поворота выходного вала системы, до момента, когда скорость меняет знак с отрицательного на положительный. Таким образом, демпфирование колебаний в следящей системе начинается при входе в область допустимых отклонений угла поворота выходного вала системы и продолжается в четной .четверти колебаний, при этом улучшается торможение при непосредственном приближении к положению равновесия и во время удаления системы от состояния равновесия. В остальное время периода колебаний в системе отсутствует демпфирование с помощью корректирующего сигнала, что способствует более интенсивному разгону системы при ее движении к положению равновесия, за счет чего уменьшается колебательность и перерегулирование, повышается быстродействие системы. Сигнал управления формируется на сумматоре 3, для чего на его первый вход подается сигнал U = К (Пш— -K 0 z Uz > U„ f (1) сигнал U =О, в противном случае Ug = 01о, при выполнении условия (U2 U1o>0) (2) сигнал Uq< = U13, в противном случае сигнал U1 = О. Анализ условий (1) производится блоком 11 управления, на входы которого поступают сигналы U>, 012 и Uqg . Блок 11 управления при выполнении условий (1) закрывает ключ 9. Второе логическое условие формируется с помощью реле 17, на вход которого поступает сигнал 01з = U2 U1o Ключ 14 замкнут при выполнении усло" вия (2). ha фиг.2 изображены графики изменения сигнала рассогласования U1 снимаемого с измерителя рассогласования 1, демпфирующего сигнала U o, пропорционального скорости поворота выходного вала системы; коэффициента местной обратной связи системы Ко,, а также отмечены четыре характерных момента времени В первоначальный момент времени t1 отработки сигнала задания Uq второй умножитель 15 в канале формирования логического сигнала коррекции вырабатывает положительный сигнал, т.е. U 5> О и U2 > U„2. При этом блок 11 управления вырабатывает сигнал (111 = О, в результате чего второи ключ 9 находится в разомкнутом состоянии H сигнал U1p, пропорциональный скорости поворота выходного вала системы, не проходит на второй вход второго сумматора 8 в цепи формирования корректирующего сигнала, т.е. U = О, Кроме того, срабатывает реле 17, в результате чего замыкается первый ключ 14 и на первый вход сумматора 8 поступает сигнал П1ц =П1з . Таким образом, при t1 < t < t2 U< = -П1з . В момент времени t > величина модуля сигнала рассогласования становится меньше допустимой, т.е. Uz 4 U В результате этого на выходе блока 11 управления появляется сигнал U 1, под воздействием которого второй ключ 9 открывается и демпфирующий сигнал U с, обратной связи с выхода тахогенератора 10 поступает на второй вход второго сумматора 8, т.е. Ug =- U1o . Таким образом, при t2< Г с tg В следующей четверти колебаний, т.е. при выполнении условий U1 (0 реле 14 отпускает, первый ключ 17 размыкается и снимает сигнал U 1Ç 10 с первого входа второго сумматора 8, в результате этого при t c t < t 3- 4 Ua =- Ug . При изменении знака произведения сигналов, пропорциональных сигналу рассогласования и скорости поворота выходного вала системы с отрицательного на положительный, т.е, при 01,> О, реле 14 вновь сработает, замыкается первый ключ 17 и подает сигнал U<> на первый вход 20 второго сумматора 8, а блок 11 управления изменяет сигнал на своем выходе на U« =О и тем самым закрывает второй ключ 9, который снимает демпфирующий сигнал (11 со второго входа второго сумматора 8, т.е. вновь станет Uq = -U1 . Глубину обратных, связей выбирают из условия обеспечения устойчивости системы в этом режиме. В дальнейшем цикл 30 формирования сигнала коррекции Ug будет повторяться. Таким образом, сигнал 03 на выходе первого сумматора 8 в цепи формирования сигнала управления равен Ug 02 US U2 119 1 (113 112 1 U1o Р7 П 0 112 (1 М7) " U Io Кос(11о гДе <<>c = " Ч "71 1, при 0201 < О или U7(Ц12 Ч „ = О, +PH 0201с + О или П 19 9при U2U1o) О, Ч = О, при U U o С О. График изменения К показан на ос фиг.2. Из графика видно, что на 5О участке разгона t1 - t 2 местная обратная связь является положительной, на участке торможения t -tL местная II 2 обратная связв является отрицательной. Функционально блок 11 управле55 ния может состоять из двух компараторов 18 и 19, элементов И 20, НЕ 21 и общей шины 22 (фиг.3). Сигнал на выходе компаратора 18 появляется! 2! 5773 при выполнении условия UÄ >0. Сигнал на выходе компаратора 19 появляется при выполнении условия U > U „. При наличии сигналов одновременно на выходах обоих компараторов !8 и 19 на выходе элемента И 20 появляется сигнал, который инвертируется элементом НЕ 21. Таким образом, формируется сигнал Б„, управления ключом 9. Данная нелинейная система содержит неизменную часть, которая описывается системой дифференциальных уравнений шестого порядка. Моделирование переходных процессов системы с помощью ЭВМ показывает, что указанные отличительные особенности изобретения позволяют уменьшить перерегулирование в системе и за счет этого повысить динамическую точность и быстродействие системы на 10-15Х по сравнению с известной системой. Ф о р м у л а изобретения Следящая система, содержащая последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласования, усилитель, первый сумматор, усилитель мощности и исполнительный двигатель, соединенный выходом через редуктор с вторым входом измерителя рассогласования., а через тахогенератор с первым входом первого умножителя 5 и с первым входом второго умножителя, подключенного вторым входом к выходу усилителя и входу детектора, соединенного выходом с вторым входом первого умножителя, подключенно-! и го выходом к информационному входу первого ключа, соединенного управляющим входом через реле с выходом второго умножителя, а выходом через второй сумматор — с вторым входом первого сумматора, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повышения динамической точности и быстродействия, в ней установлены источник опорного сигнала, второй ключ и блок управления, подключенный первым входом к выходу детектора, вторым входом — к выходу второго умножителя, третьим входом — к выходу источника опорного сигнала, а выходом— 2 к управляющему входу второго ключа, соединенного информационным входом с выходом тахогенератора, а выходом— с вторым входом второго сумматора. 1216773 Составитель 1О,Гладков Техред М,Надь Корректор А.Обручар Редактор П.Коссей Подписное Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4 Заказ 1001/58 Тираж 837 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5
