Регулятор с ограничением управляющего воздействия

 

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано в системах с ограниченным управляющим воздействием. Цель изобретения - повьшение качества управления - достигается тем, что в регулятор, содержащий последовательно соединенные дифференциатор, первый масштабный блок и сумматор, второй масштабный блок, введены последовательно соединенные блок выделения модуля сигнала, умножитель и третий масштабный блок. Реализуемый с помошд ю регулятора закон управления позволяет приблизить переходный процесс в системе к оптимальному по -быстродействию и уменьшить скоростную составляющую ошибки в установившемся режиме. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 С 05 В 11/011 ф Р

В .1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ1 ", ia

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

C е (21) 4038480/24-24 (22) 20.03.86 (46) 23.03.88. Бюл. Я- 11 (72) Ю.И.Галахов (53) 62-50 (088.8) (56) Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. — M.: Мир, 1983, с. 482,484.

Жуков 10.И. Бртовые вычислительные машины. — Л.: Судостроение, 1984, с. 22. (54) РЕГУЛЯТОР С ОГРАНИЧЕНИЕМ УПРАВЛЯЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано в сис„„SU» 1383287 А1 темах с ограниченным управляющим воздействием. Цель изобретения — повьппение качества управления — достигается тем, что в регулятор, содержащий последовательно соединенные дифференциатор, первый масштабный блок и сумматор, второй масштабный блок, введены последовательно соединенные блок выделения модуля сигнала, умножитель и третий масштабный блок.

Реализуемый с помощью регулятора закон управления позволяет приблизить переходный процесс в системе к оптимальному по быстродействию и уменьшить скоростную составляющую ошибки в установившемся режиме. 4 ил.

1383287

Изобретение относится к области автоматического управления и предназначено для управления изменением различных параметров в системах автоматического управления, где управляющее воздействие ограничено по величине и пропорционально ускорению изменения параметра.

Цель изобретения - повышение качества управления.

На фиг. 1 изображена функциональ- . ная блок-схема системы автоматическо30

Xз Х 1 где X — сигнал рассогласования межt ду задающим и текущим значениями параметра;

55 го управления с ограничением управляющего воздействия объекта с аста- 15 тизмом второго порядка, на фиг. 2.— функциональная блок-схема предлагаемого регулятора", на фиг. 3 и 4 — фазовые портреты характерных линий.

На фиг. 3 и 4 А — траектория опти- 20 мального по быстродействию движения при ограниченном управляющем воздействии, Б — линия перехода управляющего воздействия через ноль,  — линия начала формирования максимального от- 25 рицательного управляющего воздействия, à — линия начала формирования максимального положительного управляющего воздействия, Д вЂ” фазовые траектории движения изображающей точки при использовании предлагаемого регулятора, Е, Ж, И -- линии формирования соответственно нулевого, начала максимального отрицательного и начала максимального положительного управляющего воздействия при использовании известного регулятора, К— фазовые траектории движения изображающей точки при использовании известного регулятора.

Система управления изменением параметра Х; объекта 1 содержит датчик

2 отклонения параметра, изображенный в виде элемента сравнения, регулятора 3 .и исполнительный орган 4. Предлагаемый регулятор наиболее эффективен при использовании в системах управления, в которых управляющее воздействие пропорционально ускорению.текущего значения параметра Хт и максимальное значение управляющего воздействия ограничено.

Датчик 2 обеспечивает формирование сигнала рассогласования по закону

Хз — задающее значение параметра;

Х вЂ” текущее значение параметра.

Регулятор 3 обеспечивает формирование управляющего сигнала У на исР полнительный орган 4. Исполнительный орган 4 обеспечивает формирование управляющего воздействия У по закону

К,У при /Ур / у ь

Ко ум

Y„sign У при /У /

Г Ко где У вЂ” управляющее воздействие, У вЂ” управляющий сигнал с регуГ лятора 3;

У вЂ” максимальное значение управляющего воздействия, К вЂ” коэффициент пропорциональности, Управляющее вОздействие У приводит к созданию ускорения текущего значения параметра Х-. Параллельно управляющему воздействию на объект 1 обычно действует возмущающее воздействие

Уд, что условно изображено с помощью сумматора 5.

Предлагаемый регулятор 3 содержит первый, второй и третий масштабные блоки б-8, дифференциатор 9, блок 10 выделения модуля, умножитель 11. и сумматор 12. Тогда выходной сигнал У с регулятора 3 будет формироваться по закону р К Х К Х КзХ/ где К„, К, К вЂ” коэффициенты усиления масштабных блоков б-8 соответственно.

Указанный закон формирования сигнала Ур от известного отличается наличием третьего слагаемого, модуль которого пропорционален квадрату скорости сигнала Х рассогласования.

Максимальное быстродействие в системах с ограничением управляющего воздействия достигается при релейном управлении, в котором знак формируемого максимального управляющего воздействия изменяется при попадании изображающей точки на фазовом портрете на траекторию А, оптимальную по быстродействию и заданную уравнением

Х = — 2ХУ К sign Х, где К вЂ” коэффициент пропорциональности между управляющим воз1383287 действием и ускорением изменения параметра.

Однако закон релейного управления при обеспечении оптимального быстродействия нельзя использовать в уста5 новившемся режиме. Из-за этого переходят на другой алгоритм управления, обеспечивающий требуемые динамические характеристики в установившемся режиме. Это приводит к усложнению системы управления. С другой стороны, для релейного закона, оптимального по быстродействию, необходимы малые допуска на разброс параметров систе15 мы, так как при выборе траектории переключения на одни параметры в реальной системе истинная траектория может пройти ниже или выше выбранной.

В первом случае не будет оптимального быстродействия, так как фазовая траектория выйдет за линию А и будет иметь место динамический заброс с соответствующим увеличением времени переходного процесса. Во втором случае возникает колебательный процесс относительно линии А, приводящий к частой смене знака управляющего воздействия. При наличии в системе колебательных звеньев это может привести к нежелательным последствиям а

При использовании известного регулятора на фазовом портрете (фиг.4) имеются три характерных прямых линии:

Š— линия переключения знака управляющего воздействия, Ж вЂ” линия начала формирования отрицательного максимального управляющего воздействия и

И вЂ” линия начала формирования максимального положительного управляющего воздействия. Оптимальное быстродействие в этом случае получается только для траекто-,рии изображающей точки, проходящей через точку пересечений линий

И и А. У траекторий ллзображающей точки, например К, пересекающих линию И за линией А, время переходного процесса резко возрастает за счет появления колебаний. У траекторий, про- 50 ходящих по другую сторону от точки пересечения линий И и А, время также увеличивается за счет того, что ско.рость не достигает своего допустимого значения. Более того, за счет уве-55 личения коэффициента К, обеспечивающего демпфирование, можно добиться, что во всем рабочем диапазоне линия.

И будет между осью Х и линией А. Однако при начальных отклонениях внутри рабочего диапазона будут достигнуты допустимые скорости, и время возрастет за счет медленного движения, С другой стороны, повышенное значение коэффициента К приведет к увеличению скоростной ошибки в установившемся режиме, т.е. при изменении

Х с постоянной скоростью будет больше установившееся значение X.

В предлагаемом регуляторе 3 наличие третьего слагаемого в законе управЛения при соответствующем выборе коэффициента К позволяет вместо прямых линий Е, Ж, И получить соответствующие линии Б, В, Г, которые располагаются на фазовом портрете таким образом, что линия Г во всем рабочем диапазоне располагается близко к линии А со стороны оси Х.

Исключение составляют только малые отклонения, но при малых отклонениях уже не требуется формировать максимальных управляющих воздействий.

Выбор коэффициентов К,, К, К для предлагаемого регулятора 3 можно проводить следующим образом. Коэффициенты К, и К выбрать из условия обеспечения динамических характеристик при малых отклонениях, т.е. в соответствии с теорией линейных систем автоматического управления без учета ограничений величины максимально управляющего воздействия. А коэффициент К выбрать по формуле

05К Хр Кг (ХНУ К + Уи!К р

ХЗУ К где Х, — рабочий диапазон изменения рассогласования Х. формула и з о б р е т е н и я

Регулятор с ограничением управляющего воздействия, содержащий последовательно соединенные дифференциатор и первый масштабирующий блок, второй масштабирующий блок и сумматор, к первому входу которого подключен выход первого масштабного " блока, второй вход сумматора соединен с выходом второго масштабного блока, вход которого подключен к входу дифференциатора и к входу регулятора, выходом которого является выход сумматора, о т л и ч а ю щ и й1383287 с я тем, что, с целью повышения качества управления, в него введены блок выделения модуля, умножитель и третий масштабный блок, причем вход блока выделения модуля соединен с выходом дифференциатора, первый вход умножителя подключен к выходу блока выделения модуля, второй вход — к выходу дифференциатора, а выход умножителя соединен через третий масштабный блок с третьим входом сумматора.

1383287

Составитель П.Кудрявцев

Техред А.Кравчук Корректор В.Бутяга

Редактор Е.Папп

Заказ 1295/44 Тираж 866 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