Устройство компенсации нелинейности

 

Изобретение относится к техническим средствам коррекции систем управления и может быть использовано в следящих системах , системах стабилизации и программного управления, в приборах вычислительной техники и автоматики, содержащих инерционный нелинейный блок с нелинейностью типа люфт. Целью настоящего изобретения является повыщение точности устройства. Поставленная цель достигается за счет того, что входной сигнал устройства проходит через линейную модель нелинейного динами ческого звена, дифференцируется и сравни вается по уровню с пороговым значением и подается на первый информационный коммутатор . Кроме того, после сравнения с пороговым устройством сигнал масщтабируется первый раз и подается на второй вход информационного коммутатора, затем масштабируется второй раз и сравнивается с выходным сигналом коммутатора. Результат этого сравнения осуществляет управление коммутатором . Выходной сигнал коммутатора суммируется с входным сигналом устройства, а результат суммирования является выходным сигналом устройства. Этот сигнал поступает на вход динамического нелинейного блока с характеристикой типа люфт, влияние которой на систему необходимо компенсировать. 2 ил. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„„1381420

yg 4 G 05 В 5/01

ВСЕг,:". ;

II

i ! ус",,;".

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4044833/24-24 (22) 31.03.86 (46) 15.03.88. Бюл. № 10 (72) В. Г. Некрасов, Е. Г. Жанжеров и Л. А. Прокошев (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 318907, кл. G 05 В 11/12, 1970.

Авторское свидетельство СССР № 962841, кл. G 05 В 11/Ol, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1037204, кл. G 05 В 5/01, 1982. (54) УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ НЕЛИНЕЙНОСТИ (57) Изобретение относится к техническим средствам коррекции систем управления и может быть использовано в следящих системах, системах стабилизации и программного управления, в приборах вычислительной техники и автоматики, содержащих инерционный нелинейный блок с нелинейностью типа люфт. Целью настоящего изобретения является повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается за счет того, что входной сигнал устройства проходит через линейную модель нелинейного динами ческого звена, дифференцируется и сравни вается по уровню с пороговым значением и подается на первый информационный коммутатор. Кроме того, после сравнения с пороговым устройством сигнал масштабируется первый раз и подается на второй вход информационного коммутатора, затем масштабируется второй раз и сравнивается с выходным сигналом коммутатора. Результат этого сравнения осуществляет управление коммутатором. Выходной сигнал коммутатора суммируется с входным сигналом устройства, а результат суммирования является выходным сигналом устройства. Этот сигнал поступает на вход динамического нелинейного блока с характеристикой типа люфт, влияние которой на систему необходимо компенсировать.

2 ил.

1З

Изо .-тение относится к техническим средствам нелинейной коррекции систем управления и может быть использовано в следящих системах, системах стабилизации и программного управления, в приборах вычислительной техники и автоматики, содержащих инерционный нелинейный блок с нелинейностью типа люфт.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 — эпюры напряжений, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство содержит сумматор 1, инерционное линейное звено 2, безынерционное нелинейное звено 3, вторая модель инерционного звена 4, дифференциатор 5, релейный блок 6, первый и второй масштабирующие блоки 7 и 8, блок 9 сравнения, коммутатор

10, первая модель инерционного звена 11, инерционный нелинейный блок 12 и блок 13 управления.

В качестве инерционного нелинейного блока 12, влияние нелинейности которого необходимо компенсировать с помощью данного устройства компенсации нелинейности, для определенности рассмотрим двигатель постоянного тока с редуктором, который структурно можно представить в виде последовательного соединения инерционного линейного звена 2 и безынерционного нелиней ного звена 3. Инерционное линейное звено 2 структурно представляет собой последовательно соединенные два линейных динамических звена с передаточными функциями и w, (p), где w, (р) = " — -- аперио дическое звено 1-го порядка или w, (р) =

К

= — — — — — — апериодическое звено 2-го (Т,р 3) (Т рф 2) порядка, или w, (р) = —,—,— — — — колеК т*, г у, бательное звено; ч (р) = ф . 1,, 1,, „о эффициент усиления; Т, Т,, T — постоянные времени; f — коэффи циент колебательности; р преобразование Лапласа.

Входным сигналом этого соединения является напряжение, а выходным угол поворота вала двигателя. Вид передаточной функции w (p) зависит от характеристик двигателя, в частности от соотношения электромагнитной постоянной времени якорной цепи и электромеханической постоянной времени в общем сигнале. Функции w, (р) и

w„(p) могут иметь и другой вид.

Для обеспечения работоспособности данного устройства точный вид передаточной функции инерционного звена 2 знать необязательно, нужно знать только его частотные характеристики, которые всегда можно получить экспериментальным путем.

81420

В момент изменения знака производной входного сигнала для компенсации люфта необходимо на вход инерционного звена 2 дополнительно подать такой сигнал, который бы за минимально возможное время сформировал на выходе инерционного звена 2 сигнал, равный половине величины люфта.

Для этого нужно сначала подать на вход инерционного звена 2 максимально возможный сигнал исходя из эксплуатационных характеристик нелинейного блока 12, затем в момент достижения сигналом на выходе инерционного звена 2 половины величины люфта изменить величину входного сигнала настоль ко, чтобы выходной сигнал инерционного звена 2, формируемый в зависимости от выходного сигнала устройства компенсации нелинейности, оставался неизменным и равным половине величины люфта.

В идеале первая и вторая модели инерционного звена 4 и 11 должны точно отражать динамические свойства инерционного звена 2, т. е. иметь с ним одинаковые передаточные функции. Однако для повышения точности в данном случае достаточно, чтобы

25 первая модель инерционного звена 4 имела одинаковую с инерционным звеном 2 фазочастотную характеристику, а вторая модель инерционного звена 11 за одинаковое время с инерционным звеном 2 отрабатывала сигналы с выходов релейного блока 6 и первого масштабного блока 7. Величина люфта нелинейного блока 3 должна быть экспериментально определена в каждом конкретном случае. Чтобы свести к минимуму внияние изменения величины люфта в процессе работы устройства первый масштабирующий блок 7 должен быть выполнен регулируемым.

Релейный блок 6 (например, релейный усилитель) должен формировать максимально возможный для данного нелинейного блока

12 (например, для двигателя постоянного

40 тока) сигнал, при этом уровень этого сигнала отражается только на времени достижения сигнала на выходе инерционного звена 2 величины, равной половине величины люфта нелинейного звена 3, следователь45 но, высоких требований к точности выходного сигнала релейного блока 6 не предъявляется. Параметры релейного блока 6 выбираются такими, чтобы обеспечить в момент изменения знака производной входного сигнала устройства максимальную скорость из5р менения сигнала на выходе инерционного звена 2. Параметры первого масштабирующего блока 7 должны быть такими, чтобы обеспечить сигнал на выходе инерционного звена 2 и второй модели инерционного звена 11, равный половине величины люфта, если компенсационный сигнал снимается с выхода этого масштабирующего блока. Второй масштабирующий блок 8 играет вспомогательную роль, сигнал на его выходе дол1381420

Формула изобретения

3 жен быть несколько меньше сигнала на выходе масштабирующего блока 7.

Коммутирующие элементы в коммутаторе

10 соединены таким образом, чтобы в момент, когда величина сигнала на выходе второй модели инерционного звена ll превысит величину сигнала на выходе второго масштабирующего блока 8, произошло переключение коммутатора 10 в такое положение, при котором на второй вход сумматора 1 и на второй вход модели инерционного звена 11 подается сигнал с выхода первого масштабирующего блока 7. Такое состояние коммутатора 10 должно сохраняться до тех пор, пока не изменится знак сигнала на выходе дифференциатора.5, так как сигнал на выходе второй модели инерционного звена 1 больше сигнала на выходе второго делителя напряжения масштабирующего блока.

Устройство работает следующим образом.

Вторая модель инерционного звена 4, отрабатывая входной сигнал устройства, вносит такое же фаэовое отставание, как и инерционное звено 2.

Пусть при включении устройства в работу сигнал на выходе второй модели инерционного звена 4 возрастает с нуля в положительном направлении. Производная этого сигнала также положительная, следовательно, дифференциатор 5 и релейный блок 6 формируют постоянный положительный сигнал который подается на первый информационный вход коммутатора 10. Выходной сигнал релейного блока 6 через первый масштабирующий блок 7 подается на второй информационный вход коммутатора 10 и вход второго масштабирующего блока 8, выходной сигнал которого поступает на второй вход блока 9 сравнения. Первоначально сигнал, подаваемый с выхода первой модели инерционного звена 11 на первый вход блока 9 сравнения, равен нулю. Ьлок 9 сравнения оперирует абсолютными значениями входных сигналов. Так как абсолютное значение сигнала на выходе второго масштабирующего блока 8 больше, чем на выходе первой модели инерционного блока 11, то блок 9 сравнения, управляя коммутатором 10, подключает второй вход сумматора 1 к выходу релейного блока 6. При этом компенсационный сигнал значительно превосходит величину половины ширины люфта нелинейности.

Этот сигнал начинает отрабатываться как первой моделью инерционного звена 11, так и инерционным звеном 2 нелинейного блока 12. Скорость отработки м аксимальная.

В момент, когда величина сигнала на выходе первой модели инерционного звена 11 превысит величину сигнала на выходе второго масштабирующего блока 8, происходит переключение коммутатора 10 в противоположное состояние, при котором на второй вход сумматора 1 и на вход первой модели

4 инерционного звена 11 подается сигнал с выхода первого масштабирующего блока 7.

Этот сигнал равен по величине половине ширины люфта нелинейного звена 3. Возрастание сигналов на выходе первой модели инерционного звена 11 и на выходе инерционного звена 2 нелинейного блока 12 прекращается. Второй масштабирующий блок 8, незначительно уменьшая сигнал по сравнению с половиной ширины люфта нелинейно1О го звена 3, не позволяет компенсационному сигналу проскочить уровень, равный половине ширины люфта из-за инерционного переключения и, кроме того, обеспечивает после переключения небольшое превышение сиг нала на выходе первой модели инерционного звена 11 по сравнению с сигналом на выходе второго масштабирующего блока 8. Это, в свою очередь, не допускает дребезга коммутатора 0.

Такое значение компенсационного сигнала сохраняется до тех пор, пока не изменится знак сигнала на выходе дифференциатора 5. При его изменении начинает уменьшаться сигнал на выходах первой модели

25 инерционного звена ll и инерционного звена 2 нелинейного блока 12, что приводит к очередному переключению коммутатора 10, который подключает второй вход сумматора 1 и вход первой модели инерционного звена 11 к выходу релейного блока 6, сигнал на

З0 выходе которого становится отрицательным.

Снова начинается переходнын процесс, который заканчивается за миним ально возможное время и дальнейшая работа устройства повторяется.

Введение указанных блоков и связей обесЗ5 печивает по сравнению с прототипом повышение точности компенсации при использовании инерционных звеньев любого порядка, предшествующих нелинейному закону.

С помощью предлагаемого устройства

4р максимально нейтрализуются инерционные свойства звена 2 с тем, чтобы выдать компенсационный сигнал на вход нелинейности типа люфт, равный половине величины этого люфта.

Устройство компенсации нелинейности, содержащее первую модель инерционного звена, сумматор, первый вход которого является входом устройства и соединен с входом второй модели инерционного звена, а выход является выходом устройства, и последовательно соединенные релейный блок и первый масштабнрующий блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности

55 устройства, в нем дополнительно установлены коммутатор, блок сравнения, второй масштабирующий блок и дифференциатор, входом соединенный с выходом второй мо1381420

5 сои2 !

Составитель Г. Нефедова

Редактор Л. Пчолинская Техред И. Верес Корректор И. Эрдейи

Заказ 841/41 Тираж 866 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

5 дели инерционного звена, а выходом через релейный элемент — с первым информационным входом коммутатора, подключенного вторым информационным входом к выходу первого масштабирующего блока и к входу второго масштабирующего блока, управляю- 5

6 щим входом — к выходу блока сравнения, а выходом — к второму входу сумматора и к входу первой модели инерционного звена, выходом соединенной с первым входом блока сравнения, подключенного вторым входом к выходу второго масштабирующего блока.