Адаптивная следящая система

 

Изобретение относится к области автоматического управления и регулирования технологическими процессами и предназначено для слежения за полезным в.ходным сигналом, поступающим на вход в смеси с помехой переменной интенсивности. Целью изобретения является повьшение точности и помехозащищенности системы. Поста ленная цель достигается тем, что в еле-; дящую систему, содержащую коммутатор 4, шаговый двигатель 5, объект управления 6, датчик положения 7, элемент сравнения 2, усилитель 3, генератор 8 прямоугольных импульсов, дополнительно введены последовательно соединенные нелинейный преобразователь 10 и формирователь 9 управляющих сигналов. Структурная организация следящей системы, основанная на введенной совокупности признаков , позволяет повысить точность и помехозащищенность следящей системы при отслеживании;полезного входного сигнала с переменной скоростью в условиях влияния помехи переменной интенсивности. 2 з.п. ф-лы, 7 ил. 1C (Л с o оо ас 05 СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1288651

А1 (5D 4 G 05 В 11/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ. f. . 4 ° .. (:

2 . ."

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ".,-.

Н ABTOPGKOMY СВИДКтЕЛЬСтВУ (21)3771647/24-24 (22) 12.07.84 (46) 07.02.87. Бюл. Р 5 (71) Одесский политехнический институт (72) В..С.Ситников, И.M.Гвоздева, В.Ф.Миргород, С.Н.Огинская, А.А.Рассохин и С.Т.Тихончук (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 585474, кл. G 05 В ll/14, 1977. (54) АДАПТИВНАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к области автоматического управления и регулирования технологическими процессами и предназначено для слежения эа полезным входным сигналом, поступающим на вход в смеси с помехой переменной интенсивности. Целью изобретения является повьппение точности и помехозащищенности системы. Поставленная цель достигается тем, что в сле-: дящую систему, содержащую коммутатор 4, наговый двигатель 5, объект управления 6, датчик положения 7, элемент сравнения 2, усилитель 3, генератор 8 прямоугольных импульсов, дополнительно введены последовательно соединенные нелинейный преобразователь 10 и формирователь 9 управляющих сигналов. Структурная органиэация следящей системы, основанная на введенной совокупности признаков, позволяет повысить точность и помехозащищенность следящей системы при отслеживании полезного входного сигнала с переменной скоростью в ус- ловиях влияния помехи переменной интенсивности. 2 з .п. ф-лы, 7 ил.

128865 !

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию технологическими процессами и предназначено для слежения эа полезным входным сигналом, поступающим на . вход в смеси с помехой переменной интенсивности.

Целью изобретения является повышение точности и помехоэащищен10 ности системы.

На фиг.1 представлена блок-схема адаптивной следящей системы; на фиг.2 — блок-схема формирователя управляющих сигналов; на фиг.3 блок-схема нелинейного преобраэовате!

5 ля; на фиг. 4 — входной и выходной сигналы (а),сигнал ошибки (б); на фиг.5 — графики зависимости и на Фиг.6 — гРафик о f (К ) в заь 20 висимости от параметров входно о сигнала; на фиг.7 - график зависимости выхода от входа преобразователя код — код. 25

Блок-схема адаптивной следящей системы содержит задатчик 1, элемент 2 сравнения, усилитель 3, коммутатор 4, шаговый двигатель 5, объект 6 управления, датчик 7 поло- 30 жения, генератор 8 прямоугольных импульсов, формирователь 9 управляющих сигналов, нелинейный преобразователь 10.

Блок-схема формирователя управ35 ляющих сигналов содержит преобразователь 11 амплитуда — время, первый формирователь 12 сигналов полярности, первый 13 и второй 14 логические вентили, первый 15 и второй 16 ин- !0 вертирующие усилители.

Блок-схема нелинейного преобразователя содержит второй формирователь

17 сигналов полярности, реверсивный счетчик 18, регистр 19, преобразователь 20 код — код, управляемые делители 21 и 22 частоты.

На фигурах приняты следующие обозначения: U „ - сигнал выхода К-ro

8Вх ю 6Вь1х Входной и Выход 50 ной полезные сигналы; Ч „ и Ч входной и выходной сигналы помехи; х — сигнал ошибки рассогласования.

Следящая система работает следующим образом.

Сигнал задатчика 18 1 + 7ь„поступает на второй вход элемента 2 сравнения, где сравнивается с выходным сигналом датчика 7 положения, поступающим на первый вход элемента сравнения. С выхода элемента 2 сравнения ошибка через усилитель 3, формирователь 9 управляющих сигналов и коммутатор 4 (например, типа БУ-14Д) поступает на шаговый двигатель 5 например, типа ШДР-7!!) . Усиленный и сформированный сигнал ошибки отрабатывается шаговым двигателем 5, объект 6 управления изменяет свое положение так, что ошибка уменьшается.

При изменении скорости входного сигнала изменяется и ошибка слежения, при этом для больших скоростей изменения входного сигнала система может иметь большую скоростную ошибку.

Усиленное значение ошибки с выхода усилителя 3 поступает на входы формирователя 9 и преобразователя !0.

Преобразователь 10 осуществляет подсчет длительности отрицательного и положительного значений ошибки х и по их разности реализует зависимость 67. = y (f) (фиг.?) . Выработанное значение частоты 1 поступает на второй вхоц формирователя 9, где формируются сигналы, поступающие на коммутатор 4, Сигнал ошибки U з поступая с выхода усилителя 3 в формирователь 9, преобразуется в во временной интервал, длительность которого пропорциональна амплитуде ошибки. Временной интервал положительной и отрицательной полярностей U„, в первом формирователе 12 сигналов полярности преобразуется в сигналы положительной полярности

"+" и "-". Выходы первого формирователя 12 сигналов полярности являются управляющими для вентилей )3 и

14, на вторые входы которых поступает частота заполнения временного интервала.

Инвертирующие усилители !5 и 16 усиливают импульсы до -U (так как существующие коммутаторы требуют отрицательного напряжения на входы управления "Вперед" и "Назад", которые поступают на коммутатор 4. Первый выход формирователя 9 обозначает управление вращением двигателя 5 вперед (В), второй выход назад (Н).

Следовательно, формирователь 9 на основе значений ошибки формирует управляющие сигналы, заполняемые частотой с преобразбвателя 10, поступа1288651 ющие затем на коммутатор 4 для вращения двигателя 5.

Усиленный сигнал ошибки U,ïîñòóпая на вход преобразователя 10, во втором формирователе 17 сигналов полярности преобразуется в сигналы положительной полярности: соответствующие выходы второго формирователя сигналов полярности 17 "+" и

При значении ошибки х 0 реверсивный счетчик 18 осуществляет суммирование импульсов частоты f,ïîñòóïàþùèõ с делителя 22 частоты. Если х(0, то счетчик 18 будет осуществлять. вычитание импульсов с частотой Е„ и эа период ошибки х в счетчике 18 будет код, соответствующий разности N, N » . Счетчик 18 поразрядно связан с регистром 19, который по переднему фронту выхода "+" второго формиро- 20 вателя 17 сигналов полярности осу-. ществляет запись полученного в счетчике IS кода, счетчик 18 затем сбрасывается в "О" и начинает счет сна25 чала.

Зафиксированный код разности

N> — N поступает из регистра 19 в преобразователь 20 код — код, имеющий зависимость кода выхода от кода входа, представленную на фиг.7. Сигнал второго формирователя сигналов полярности "+" разрешает преобразование и выдачу кода для записи в управляемый делитель 21 частоты, осуществляющий деление частоты f в f 35 в зависимости от поданного на него кода деления. Так, при отставании от входного полезного сигнала разность (N„,— N„, ) (О и частота на выходе делителя 21 и больше преды- 40 душей частоты f чем обеспечивается быстрое уменьшение ошибки слежения за входным полезным сигналом.

Пусть, например, полезный сигнал на некотором участке аппроксимирует- 45 ся линейно-растущей функцией с не.известной скоростью нарастания а:8Вх(t) = at; помеха — гармонической функцией с неизвестной амплитудой: V Ä (t) =, bsin M t.Ïåðåäàòî÷- 50 ная функция шагового двигателя 5

К

W(P) = — — - â€”вЂ”

P(T P+I)

n . и

sin-- ll и

К =

5 р

Выходной сигнал двигателя 5 отличается от полезного сигнала 8 „(t) на величину смещения д, определяемого скоростью измене .ия входного полезного сигнала, и на величину амплитуды помехи на выходе V ы„ (фиг.4а).

Зависимость д и V, îò К имеет вид

Я х т. (2) V„= — а A() sin(dt — Е. +FI ) (3) где A(d) — АЧХ следящей системы;

Ч вЂ” фазовый сдвиг;

К . К(КРВ

К4 К5 К% коэффициент усиления следящей системы;

M =23f — частота помехи.

Иаксимальная. погрешность имеет следующий вид:

МАКС

Ь = д+ V = — — + Ь А(и1) Вых К

E (4) V »„(t) Вх (С) + Ьз1поЖ (8Вх()-д)-b A(d) sin(dt-V) = д -b(Asin Qt-q) — sindt l д — b. C(u3(sin(dt -7), На фиг.5 представлены зависимости д(К ), V"", (K ), 3(K ) При достаточно большом К следящая систе5 ма будет отслеживать весь входной сигнал, т.е. следить за помехой, величина амплитуды которой в выход- . ном сигнале следящей системы и будет определять основную погрешность.

При малом К погрешность будет опре5 деляться величиной смещения д выходного полезного сигнала от входного.

Эти два противоположных процесса д(К 5) и V8s (Ks ) B сумме дают 9KcT ремальную характеристику, которая при некотором К имеет минимум максимальной погрешности S . При изменении скорости ц полезного сигнала или амплитуды Ь помехи график Б (Ks) будет смещаться (фиг.б) . Поэтому целесообразно управлять величиной К> с целью достижения минимума значения

8 . Информацию об оптимальном значе- нии К можно получить путем измере5 ния разности времени существования положительной и отрицательной ошибок слежения х (фиг.4б) .

Ошибка слежения равна

1288651

5 с ) - Гй Р:Й Х(4 *

1 ф = arctg А(и1) sin× -(A(id) cos Р— 1).

Отсюда на фиr.4б

d L

8 = л(1 + ----)

d x

Таким образом, при два значения (13) бТ= ь |, б имеет

Л1 --d )()=х) (х — C„) = 2с!., Р

«+ -1

Следовательно, Т = 2eku3

3 27 9 !

О

")х (з " ) = 2>- 2о!-= 2 (Э d).

Значит, = 2 (!J

Тогда 6 . = — .+ сЯ. ) (6) Так как Ь С(а!) cosa!. = <, -1 -1 то oL= arccos (d Ь С(сх! ) 20 (7) С точность Е можно аппроксимировать уравнением

JT о!.—

3 откуда с —

2 (8) Ь. С (а)) Тогда, подставляя выражение (8) в (5), получаем

J! Ь

41 = 2 (>-2 (— — ----- ) /,1

2 b С (и1) б — 2

d Ь. С(ц1)

Минимум 0 соответствует

Следовательно, A() = d /Ь, (10) 40 а это соответствует случаю, когда

Ц (e) + V „(t) касается положительнйм максимумом6 „х() °

Определим, какое значение дТ соответствует о „„, для этого подставим выражение (10) в (9), получим

2 д 2 А(<1)

hL = а!С (а\) b о С (u5) 50

Тогда а = 2 А(а!)/> C() - (! ) Подставим выражение (9) в (4) «кхкс 2 A(M) 1

8 = + V = ()+ -- — «;-) (12) В«1х и1 СQ) Подставим выражение (1!) в (12) — 2 (2!. — 2d ) о) 3

Отсюда d. =

-ф) u)

= 2(3 - ) ) — 2с!01 !

5 (5).

Ь С (ад) Ь" = 0

1 и Б"= 2а, 2 а это соответствует случаю касания положительным максимумом выходного сигнала входного полезного сигнала.

Решая совместно выражения (13) и (4), получим зависимость К =

= х (аг), однако, чтобы управлять

К, имеющим зависимость (1"),достаточно изменять количество подаваемых импульсов и, которое прямо пропорционально частоте импульсов f подаваемой на вход коммутатора и = $Jf. Тогда для того, чтобы управ— лять К шагового двигателя достаточ5 но изменять частоту 1, которая имеет зависимость от 6, представленную на фиг ° 7.

Таким образом, для того, чтобы управлять коэффициентом К, необходимо управлять частотой х, поступающей на коммутатор, которая изменяется в зависимости от величины п7 (фиг.7) .

Действительно, пусть с увеличит— ся (наклон полезного сигнала возрос). Тогда увеличится величина ошибки слежения к, что приведет к смещению оптимума вправо (фиг.б), следовательно, К необхоцимо увеличить. Рассматривая фиг.4б и фиг.7, можно заметить, что увеличение а. следовательно d приведет к уменьшению разности и увеличению частоты

Увеличение амплитуды помехи b приводит к увеличению амплитуды помакс мехи на выходе, системы Ч,при ьх этом оптимум смещается влево (фиг.б).

Следовательно, К необходимо уменьшить. Исследуя фиг.4б и фиг.7, можно отметить, что -увеличение 6 приводит к увеличению амплитуды помехи макс х, а это в свою очередь приведет

П к увеличению разности ш и уменьшению частоты f. В результате оптимальный коэффициент передачи двигателя 5

КБ определяется величиной а ", которая соответствует коду в реверсивном счетчике 18, путем вычитания числа импульсов N,ïðîøåäøèõ íà A счетный вход счетчика )8 в,режиме вычитания при х сО, из числа М соответствующего режиму сложения х )О:

) 28865!

6N= N — N (14) сивности.

35 ля.

Код реверсивного счетчика фиксирует дИ при переходе от х с 0 к х ) 0 и записывает в регистр 19. С выхода 5 регистра 19 код поступает на преобразователь код — код с зависимостью, представленной на фиг.7, и через управляемый делитель 21 частоты код 10 преобразователя 20 управляет изменением частоты f, в f обеспечивая установку оптимального значения коэффициента передачи, который уста— навливает в следящей системе режим слежения с минимальным отклонением выходного сигнала следящей системы от входного полезного сигнала.

Помехозащищенность следящей системы обеспечивается также выбранным

20 способом преобразования информации об оптимальном коэффициенте в код цепи управления коэффициентом передачи исполнительного элемента.

Таким образом, предлагаемая струк- 25 турная организация следящей системы позволяет повысить точность и помехозащищенность следящей системы при отслеживании полезного входного сигнала с переменной скоростью в усло— виях влияния помехи переменной интенформула изобретения

1. Адаптивная следящая система, содержащая генератор прямоугольных импульсов и последовательно соединенные коммутатор, шаговый двигатель, объект управления, датчик положения, элемент сравнения и усилитель второй вход элемента сравнения соединен с выходом задатчика, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и помехозащищен-.

45 ности системы, в нее дополнительно введены последовательно соединенные нелинейный преобразователь и формирователь управляющих сигналов, первый и второй выходы которого подклю50 чены соответственно к первому и второму входам коммутатора, а первые входы формирователя управляющих сигналов и нелинейного пр"образователя соединены с выходом усилителя, второй вход нелинейного преобразователя соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов.

2. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что формирователь управляющих сигналов содержит последовательно соединенные преобразователь амплитуда — время, первый формирователь сигналов полярности, первый логический вентиль и первый инвертирующий усилитель, вход преобразователя амплитуда — время соединен с первым входом формирователя управляюших сигналов, последовательно соединенные второй логический вентиль и второй инвертирующий усилитель, первые входы первого и второго логических вентилей соединены с выхсдом первого формирователя сигналов полярности, а вторые их входы соединены с вторым входом формирователя управляющих сигналов, входы инвертирующих усилителей соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя управляющих сигналов.

3. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что нелинейный преобразователь содержит последовательно соединенные второй формирователь сигналов полярности, реверсивный счетчик, регистр, преобразователь код — код, управляемый делитель частоты и делитель частоты, выход кото-. рого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, вход сброса которого соединен с одним из первых выходов второго формирователя сигналов полярности, входом записи ре-. гистра и входом управления преобразователя код — код, а вход делителя частоты соединен с вторым выходом нелинейного преобразователя, выход управляемого делителя частоты — с выходом нелинейного преобразователя, а вход второго формирователя сигналов полярности соединен с входом нелинейного преобразовате!

28865!

АгМ

1288651 кс к к ", Щис. Б

gt;tat

Составитель И. Гвоздева

Редактор А.Шандор Техред В.Кадар Корректор И.Эрдейи

Заказ 7805/45 Тираж 885 Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,. г. Ужгород, ул. Проектная, 4