Система управления

 

Изобретение относится к области измерительной и испытательной техники и моЖет быть использовано при регулировании переменных нагрузок в циклических-программных испытаниях в процессе определения надежности (т.е. ресурса) конструкции. Целью из.обретения является повьшение точности системы. Поставленная цель достигается за счет того, что в контур регулирования дополнительно подается положительная (или отрицательная ) составляющая сигнала рассогласования , умноженная на коэффициент усиления, порядок которого равен порядку основного канала регулирования , Эти дополнительные сигналы коммутируются в зависимости от величины положительной (или отрицательйой) составляющей, производной от сигнала задания, величины сигнала рассогласования и величины постоянного опорного сигнала. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН (19) (И) (5ц 4 С 05 В 13/02

1 ф(Q

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4196084/24-24 (22) 16.02 ° 87 (46) 15.09.88. Бюл. У 34 (72) E.À.Êàëÿåâ и С.Н.Лукьяненко (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 723507, кл. G 05 В 13/02, 1974.

Авторское свидетельство СССР

Р 1205127, кл.. G 05 В 13/02, 1984. (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области измерительной и испытательной техники и может быть использовано при регулировании переменных нагрузок в циклических программных испытаниях в процессе определения надежности (т. е. ресурса) конструкции. Целью изобретения является повышение точности системы. Поставленная цель достигается за счет того, что в контур регулирования дополнительно подается положительная (или отрицательная) составляющая сигнала рассогласования. умноженная на коэффициент усиления, порядок которого равен порядку основного канала регулирования, Эти дополнительные сигналы коммутируются в зависимости от величины положительной (или отрицательйой) составляющей, производной от сигнала задания, величины сигнала рассогласования и величины постоянного опорного сигнала. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1423979

- ЗО

Изобретение относится к измерительной и испытательной технике и может быть использовано при регулировании переменных нагрузок в циклических программных испытаниях в процессе определения надежности (т.е. ресурса) конструкции.

Целью изобретения является повышение точности системы.

IIa фиг.1 приведена функциональная схема системы; на фиг.2 — принципиальная электрическая схема сис-темы; на фиг.3 — эпюра сигнала, поясняющая работу системы; на фиг.4 амплитудно-частотные характеристики системы с ПИД-законом регулирования.

Система вк качает объект 1 регулирования (например, нагружаемая. конструкция) 1,исполнительный механизм (например, гидропривод) 2, электрогидравлический усилитель 3, гидроцилиндр 4, датчик 5 обратной связи (например, динамометр), измеритель 6 рассогласования, зацатчик 7, усилитель 8„ первый и второй детекторы 9, 10, первый и второй ключи 1I, 12, релейный блок 13 управления ключами, общую шину 14, дифференциатор 15,пер вый и второй источники 16, 17 опорных сигнало.3> суммирующий усилитель

18 мощности, масштабные резисторы

19-22, интегрирующий конденсаrop 23> операционный усилитель 24,масштабный резистор 25, интегрирующий конденсатор 26, масштабные резисторы 27-29„ однотактный детектор 30... интегрирующий конденсатор 31, масштабные резисторы 32,, 33, операционный усилитель

34, однотактный детектор 35, масштабные резисторы 36-40, операционный усилитель 41,однотактный детектор 42„ масштабные резисторы 43-48, операционный усилитель 49, обмотки 50 51 управления электромагнитных реле„ масштабные резисторы 52-57, операционный усилитель 58, однотактный детектор 59, масштабные резисторы 60—

65, переменный масштабный резистор (например, потенциометр) 66, масштабный резистор 67, операционные усилители 68, 69, масштабные резисторы

70, 71, клеммы 72, 73 источника постоянного напряжения.

На фиг.З и 4 обозначены зона 74, определяющая фазовое запаздывание системы, т.е. разрешенная зона, запрещенная зона 75, дополнительная разрешенная зона 76 для многоканальных систем, сигнал задания 77, определяющий программу испытаний,амплитудно-частотные характеристики базового объекта и данной системы

78, 79; Л вЂ” амплитуда сигнала обратной связи, А „— амплитуда сигнала задания, f — частота, Ц„- напряжение на выходе задатчика 7, т.,е. сигнал задания, Uo — напряжение на выходе датчика обратной связи, т.е. сигнал обратной связи, U ош напряжение на выходе измерителя рассогласования, т ° е. сигнал рассогласования.

Интегрирующие конденсаторы 23 и

31 в измерителе 6 рассогласования и в дифференциаторе 15 предназначены только для фильтрации помех и не меняют функциональных характеристик указанных блоков.

Принцип работы системы заключается в следующем.

В процессе ресурсных испытаний конструкций 1 в соответствии с программой нагружения определяют зону фазового отставания сигнала обратной связи от сигнала задания во всем цикле нагружения и разрешают в разрешен:ой зоне 74 (фиг.З) увеличивать на 1-2 порядка коэффициент усиления прямого контура регулирования системл. При этом чтобы исключить

Г перерегулирование и возникновение автоколебаний, все остальные зоны объявляются запрещенными для увеличения коэффициента усиления. Для этого ко .:тур прохождения сигнала рассогласования раздавливают на два парал-.eëüHûõ канала. В первом канале выделяют положительную составляющую производной от сигнала задания, дополнительно усиливают сигнал рассогла-. сования выделяют положительную и отрицательную его составляющие с помощью детекторов 9, 10 и коммутируют составляющие в зависимости от величины положительной составляющей производной от сигнала задания и величины и знака сигнала рассогласова-. ния. Скоммутированный дополнительно. усипеннь1й сигнал рассогласования суммируют с сигналом рассогласования во втором канале. который постоянно работает с апериодическим законом регулирования.. При работе в многоканальных системах управления для устранения взаимовлияния канала на канал и:

1423979 повышения точности регулирования дополнительно усиленный сигнал рассогласования дополнительно коммутируют .по.величине допуска взаимовлияния системы в запрещенной зоне. В случае подхода сигнала обратной связи к запрещенной зоне 35 усиленный сигнал плавно уменьшается до нуля и дальше работает только второй канал сигнала рассогласования прямого контура регулирования системы с апериодическим законом регулирования,который всегда устойчив. Если при работе в многоканальной системе какой-либо канал или группа каналов выведет сигнал обратной связи в запрещенной зоне за установленный допуск, то усиленный сигнал рассогласования скоммутируется и вернет его снова в

"коридор" допуска, который не меняет фазового запаздывания. При этом усиленный сигнал рассогласования отключится, Рассмотрим первую четверть синусоидального сигнала задания 77 (фиг.3), когда нагрузка возрастает, Как правило, сигнал обратной связи в системе отстает от сигнала задания. Это отставание характеризует точность работы системы как по амплитуде, так и по фазе. При .увеличении коэффициента усиления контура регулирования системы уменьшается величина ошибки, а следовательно,увеличивается точность системы. Однако увеличение коэффициента усиления имеет определенные пределы, связанные с возникновением режима автоколебаний и потерей устойчивости системы. Вместе с тем автоколебания могут начаться только после перерегулирования, когда сигнал обратной связи превысит сигнал задания. Исключение перерегулирования исключает условия возникновения автоколебаний, В исходном состоянии системы (фиг. 1) ключи 11 и 12 открыты. Источники 16 и 17. опорных сигналов, опре- деляющие величину допуска,формируют опорные сигналы, соответ"твующие величине допуска или ширине запрещенной зоны 75. В результате этого на выходах. блока 13 управления ключами появляется положительный сигнал, который закрывает ключи 11 и 12. Система готова к работе.

В процессе нагуржения объекта регулирования 1 с помощью гидропривода хоцные сигналы измерителя 6 рассогла.сования и усилителя 8 и сигнал, проходящий через детектор 10, плавно уменьшается да нуля. Всегда подключенный нижний канал сигнала рассоглассвания вмес е с исполнительным механизмом 2 настроен ка апериодический закон регулирования, который всегда устойчив и не дает перерегулирования.

Таким образом, если нижний канал сигнала рассогласования имел коэффи|п|ент усиления по тракту 30, то система в зоне фазового запаздывания работает в диапазоне коэффициента усиления 30-1500 без автоколебаний.

Если по каким-то причинам сигнал обратной связи больше сигнала задания, то на выходе усилителя 8 появляется усиленный сигнал рассогласования отрицательной полярности, ко".oðûé не пропускает через ключ 12 сднотактный детектор 10, а ключ 11 закрыт. В этом случае работает только нижний канал сигнала рассогласования, который уменьшает сигнал обратной связи.

Если в многоканальной системе другие каналы нагружения, связанные с первым каналом через испытуемую кон55 струкцию, резко выведут сигнал обратной связи выше сигнала задания за коридор допуска, определяемый источником 16 опорного сигнала, то величина сигнала рассогласования после уси5

2 с датчика (динамометра) 5 снимается сигнал обратной связи, который меньше сигнала задания. На выходе измерителя 6 рассогласования появляется отрицательный сигнал ошибки. Перед этим блок 13 управления ключами выделяет в своем никнем канале положительный сигнал, который больше выходного сигнала источника 17 опорного сигнала, и открывает ключ 12.

Отрицательный сигнал рассогласования поступает на вход усилителя 8, в котором инвсртируется и усиливаетсн в 50 раз. Полученный сигнал проходит через детектор 10, ключ 12 на третий вход усилителя 18 мощности, в котором суммируется с сигналом рассогласования и с выхода которого поступает на обмотку управления электрогидравлического усилителя 3, который увеличивает скорость хода што1 ка гидроцилиндра 4. При подходе величины сигнала обратной связи к вели= чине сигнала задания уменьшаются вы1423979 лителя 6 будет больше сигнала источ.ника 16 опорного сигнала. При этом операционный усилитель 4 в блоке

13 управления ключами, оаботающий в режиме насыщения, открывает ключ 11, и отрицательный сигнал с выхода усилителя 8 через детектор 9 поступает на второй вход усилителя 18 мощности и возвращает сигнал обратной связи назад в коридор", При этом вновь закрывается ключ 11.

При уменьшении сигнала задания 77 во второй и третьей четверти сину, соиды (фиг.3) открывается ключ 11 и так далее. Форма нагружения при этом может быть не обязательно синусои- дальной.

Вьщеление зон фазового запаздывания и увеличение в них коэффициента усиления канала регулирования системы с 30 до 1500 позволяет на столько же повысить точность регулирования.

Для исследования частотных харак1 теристик системы использовали имею-! щийся гидропривод с гидростатическими подшипниками с развиваемым усилием 60 кН при перемещении штока поршня + 2,5 мм и с пропускной способностью ЭГУ 60 л/мин, . На фиг.4 приведены амплитудночастотные характеристики системы с оптимально настроенным ПИД-регулятором (кривая 78) и, с предложенным самонастраивающимся регулятором ,(кривая 79).

Как видно иэ приведенных графи ков, адаптивная система имеет боль) шую точность по сравнению с первой системой не только до пределов насыщения гидропривода, но и расширяет этот предел в 1,5 раза.

Большой коэффициент усилителя 8 в верхнем канале преобразования сигнала рассогласования эквивалентен дополнительному включению в систему источника постоянного напряжения, выходной сигнал которого подается в систему скачком со знаком, равным знаку сигнала рассогласования, потому что в этом случае реализуется релейный элемент с беконечно больпп1м коэффициентом усиления, который приводит к расширению зоны насыщения исполнительного механизма, 1

Таким образом, использование изобретения позволяет не только повысить точность нагружения во всем этот предел. Если использовать более быстродействующий гидропривод, можно обеспечить адаптивное управление до частот значительно выше 100 Гц.

f5

40 спектре исследуемых частот до насыщения гидропривода, но и расширить

Формула и зобр етения

Система управления, содержащая последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласования, усилитель мощности и исполнительный механизм, выход которого подключен к входу объекта регулирования и через датчик обратной связи — к другому входу измерителя рассогласования, дифференциатор, соединенный выходом с первым входом релейного блока управления ключами, подключенного вторым входом к выходу измерителя рассогласования, а первым и вторым выходами — к управляющим входам соответственно первого и BTopoI ключей, информационнымй входами соединеньых с выходами соответственно первого и второго детекторов, а выходами — с вторым и с третьим входами суммирующего усилителя мощности, отличающаяся тем, что,. с целью повышения точности системы, в ней додолнительно установлень, первый и второй источники опорных сигналов и усилитель, соединенный входом с вьгсодом измерителя рассогласования, а выходом — с входами первого и второго детекторов, выходы первого.и второго источников опорных сигналов соединены соответственно с третьим и четвертым входами релейного бгока управления ключами, а вход дифференциатора подключен к выходу задатчика, 2. Система по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что релейный блок управления ключами содержит первый однотактный детектор, соединенный анодом с первыми выводами первого масштабного резистора и второго масштабного резистора, вторым выводом подключенного к первым выводам третьего и четвертого масштабных резисторов и к прямому входу первого операционного усилителя, соединенного инверсным входом с первым выводом пятого масштабного резистора, а выходом — с анодом второго однотактногo детектора, подкл очанного катодoM через шестой резистор к первому

1423979 выводу седьмого масштабного резистора, третий однотактный детектор, соединенный анодом с катодом первого однотактного детектора а катодом—

У

5 с первыми выводами восьмого масштабного резистора и девятого масштабного резистора, вторым выводом подключенного к первому выводу десятого масштабного резистора и к инверсному входу второго операционного усилиФ теля, соединенного прямым входом с первыми выводами одиннадцатого и двенадцатого масштабных резисторов, а выходом — с анодом четвертого однотактного детектора, подключенного катодом через тринадцатый масштабный резистор к первому выводу четырнад. цатого масштабного резистора, общую шину, соединенную с вторыми выводами первого, четвертого, седьмого, восьмого, двенадцатого и четырнадца.того масштабных резисторов; второй вывод пятого масштабного резистора соединен с вторым выводом одиннадцатого масштабного резистора, причем катод первого однотактного детекто.ра,вторые выводы пятого масштабного резистора, третьего масштабного резистора и десятого масштабного резистора являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами релейного блока управления ключами, а вторые выводы шестого и тринадцатого масштабных реэисторов являются соответственно первым и вто-. рым выходами блока управления ключами.

1ч23979

1423979

РигЗ (д А3с

Юх

Ягц

Составитель Г. Нефедова

Редактор М.Циткина Техред П. олийнык Корректор Э.Лончакова

Заказ 5431 Тираж 866, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета CCCv по делам изобретений и открытий

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

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