Нелинейное корректирующее устройство
Изобретение относится к двухканальным нелинейным корректирующим устройствамJ может быть использовано в быстродействующих системах позиционирования , например, станков с программным управлением и приводов роботов-манипуляторов , а также в высококачественных следящих системах и является усовершенствованием известного устройства по авт.св. № 1126925. Целью изобретения является уменьшение энергоемкости устройства, повьшение его точности и уменьшение перерегулирования в устройстве. Цель достигается за счет того, что сигнал заранее дифференцируется в управляемом интеграторе , режим работы которого зависит от знака суммы сигнала рассогласования и его экстремального значения и от выходного сигнала нуль-органа. Продифференцированный сигнал усиливается , делится на экстремальное значение сигнала рассогласования и периодически подается с выхода нелинейного корректирующего устройства на вход двигателя с нагрузкой. 3 ил. «
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК дп 4 С 05 В 5/01
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1126925 (21) 4214777/24-24 (22) 02.02,87 (46) 23.09.88. Бюл. Р 35 (71) Минский радиотехнический институт (72) В.А.Барабаш, А.Д,Горбачев, N.Ñ.Ксандопуло и О.А.Сосновский (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Х 1126925, кл. G 05 В 5/01, 1984. (54) НЕЛИНЕЙНОЕ КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к двухканальным нелинейным корректирующим устройствам, может быть использовано в быстродействующих системах позиционирования, например, станков с программным управлением и приводов робо„.яи„„425594 л 2 тов-манипуляторов, а также в высококачественных следящих системах и является усовершенствованием известного устройства по авт.св. В 1126925. Целью изобретения является уменьшение энергоемкости устройства, повышение его точности и уменьшение перерегулирования в устройстве. Цель достигается за счет того, что сигнал заранее дифференцируется в управляемом интеграторе, режим работы которого зависит от знака суммы сигнала рассогласования и его экстремального значения и от выходного сигнала нуль-органа.
Продифференцированный сигнал усиливается, делится на экстремальное значение сигнала рассогласования и периодически подается с выхода нелинейного корректирующего устройства на вход двигателя с нагрузкой. 3 ил.
Изобретение относится: к двухканальным нелинейным корректирующим устройствам, может быть использовано в быстродействующих системах по5 зиционирования,напрнмер станков с программным управлением и приводов роботов-манипуляторов, а также в высококачественных следящих системах и является усовершенствованием чзвестного устройства по авт. св.
Р 1126925.
Цель изобретения — уменьшение энергоемкости, повышение точности устройства. 1Я
HR фиг 1 представлена функцио нальная схема нелинейно î корректи.рующего устройства в составе системы управления; на фиг.2 " эпюры напряжения, иллюстрирующие рабогу уст- 20 ройства; на фиг.3 — принципиальная схема управляемого дифференцнатора.
Устройство содержит измеритель 1 рассогласования, блок 2 умножения, суммирующее устройство 3, исполни- 25 тельный двигатель 4 с нагрузкой, датчик 5 скорости нелинейное коррек:тирующее устройство 6. пиковый детектор 7, первый масштабирующий блок 8, первЫй сумматор 9> сигнjì-реле 10„ 30 первый переключатель 11,, второй масштабирующий блок 12 второй. сумматор 13, второй переключатель 14„ источник 15 постоянного напряжения, нуль"орган 16,. первый усилитель 17„. управляемый дифференциатор 18, вто" рой усилитель 19, блок 20 деления. ключ 21, информационный вход. 22 нелинейного корректирующего устройства
6 по заданию, информвционнъй вход 23 щ нелинейного корректирующего устройства 6 по отклонению, третий сумматор
24, информационный выход 25 нелинейного корректирующего устройства 6, выход 26 управления нелинейного кор" ректирующего устройства 6, резисторы
27-31, стабилитроны 32 и 33, RH-триг-" геры 34 и 35, ключи 36 и 37, конденсаторы 38 и 39, операционные усилители 40-42, общая шина -,3, диффереициатор 44 U — выходной сигнал i-ra функционального блока, g-сигнал задания.
Устройс во работает в составе системы управления следующим образом..
Управляемый дифференциатор "8 служит для выработки сигнала производной от сигнала задания я в зависимости от текущей ошибки. системы. Согйас:1 но приведенному описанию алгоритма работы всего нелинейного корректирующего устройства 6 сигнал U16 с Bbl хода нуль-органа по К-входам сбрасывает в нуль RS-триггеры 34 и 35, выходные сигналы которых размыкают ключи 36 и 37. При срабатывании сигнум-реле 10, сигнал с его выхода U поступает на ограничитель уровня, собранный на резисторе 27 и стабилитроне 32, а также на инвертирующий операционный усилитель 40. Если уровень сигнала положительный, срабатывает только RS-триггер 34, потому что на выходе инвертирующего операционного усилителя 40 устанавливается отрицательный потенциал, который через резистор 28 и стабилитрон 33 зашунтируется на общую шину 43 и RSтриггер 35 не сработает.
Выходной сигнал RS-триггера 34 за . мыкает ключ 36 и сигнал задания g поступает на первый вход дифференциатора 44, собранного на операционном усилителе 42, резисторе 31 и конденсаторах 38 и 39. Когда снгнум-реле
10 перебрасывается, сигнал U Елюч 37 замыкается. Сигнал задания я, инвертируясь операционным усилителем 41, поступает на второй вход дифференциатора 44. Резисторы 29 и 30 обеспечивают коэффипиент усиления инвертирующего операционного усилителя 41, равный двум. Конденсаторы 38 и 39 и резистор 31 дают единичный коэффициент дифференциатора 44 по каждому их входов. По окончании переходного процесса нуль-орган 16 сигналом Uq сбрасывает в ноль RS-триггеры 34 и 35, и ключи 36 и 37 размыкаются. Таким образом, описанная схема позволяет дифференцировать входной сигнал задания 8 в зависимости от знака выходного напряжения сигнум-реле UIq . При перебросе сигнум-реле 10 на отрицательное напряжение на выходе дифференциатора 44. вырабатывается суммарный сигнал производных сигналов, поступающих на каждый из его входов. Производная от сигнала задания я,. хоторый поступил на второй вход ди Ьференциатора 44, является инвертированной и удвоенной по отношению к про(2) з 142559 изводной от сигнала задания В который поступил на первый вход дидхЪеренциатора 44. Второй усилитель 19 обеспечивает усиление выходного сиг5 нала управляемого дифференциатора 18 Тятм 1 с коэффициентом К < = †-- (4(, где Р Тя, Т„, К4, U4 — соответственно электромагнитная и электромеханичес.кая постоянная времени, коэффициент усиления и максимально возможное ускорение двигателя 4 с нагрузкой, Усилитель 19 может быть собран на операционном усилителе. 15 Блок 20 деления осуществляет деление выходного напряжения П,> усилителя 19 иа выходное напряжение U7 пикового детектора 7. Ключ 21 представляет собой анало- 20 говый ключ, управляемый нуль-органом 16, и служит для предотвращения поступления помехи на суммирующее устройство 3 при отключении управляемого дифференциатора 18. 25 Система работает в трех режимах. В режиме разгона при U /П,/ 0,5U> в режиме торможения при U i Ê |U,(0,5U7; в режиме апериодического движения в точке позиционирования при 06(П,(UI/Ê, где U, — сигнал рассогласования на выходе измерителя 1 рассогласования; U - экстремальное значение сигнала рассогласования, зафиксированное пиковым детек- З5 ,тором 7; К 20. Сигнум-реле 10 выдает в первом режиме на первый управляющий вход управляемого дифференциатора 68 положительный ступенчатый сигнал, на д0 выходе которого формируется сигнал производной задания В и усиливается усилителем 19 с коэффициентом усиления Кд а в блоке ?О деления делится на величину экстремального значения сигнала 07, запомненного в пиковом детекторе 7. Для входного сигнала типа скачок величина UT очевидно равна р. Через замкнутый ключ 21 (так как сигнал с нуль-органа 16 от- 5О сутствует) выходной сигнал U 0 поступает на суммирующее устройство 3, где суммируется с выходными сигналами первого переключателя 11 и блока 2 умножения. Во втором режиме сигнумреле 10 формирует отрицательный ступенчатый сигнал П,д, который, поступая на первый управляющий вход управляемого дифференциатора 18, позволяет сформировать на его выходе дополнительно к сигналу производной задания В первого режима удвоенное значение производной задания р с отрицательным знаком, т.е ° в момент переключения сигнум-реле 10 выходной сигнал U, равен П,я = -я, так как (U,II = Г + (-2Р) = -Г) . Сигнал li, опять усиливается усилителем 19 с коэффициентом 2, и делится в блоке 20 деления на величину сигнала П и поступае на суммирующее 7 устройство 3, где суммируется с выходными сигналами первого переключателя 11 и блока 2 умножения. Поскольку момент срабатывания сигнум-реле 10 определяется текущейошибкой системы, нелинейное корректирующее устройство формирует три сигуправления Пт4, Цз функции текущей ошибки U4 системы. Тем самым обеспечивается оптимальный переходный процесс с учетом электромагнитной постоянной времени двигателя 4 с нагрузкой. При ошибке системы, равной нулю, нуль-орган 16 сбрасывает в ноль пиковый детектор 7 и управляемый дифференциатор 18, а также кратковременно размыкает ключ 21 для предотвращения прохождения по" мехи в момент отключения ут1равляемого дифференциатора 1Р. Предлагаемый алгоритм работы позволяет получить оптимальный разгон и торможение с учетом электромагнитной постоянной Т двигателя 4 с нагрузкой. Двигатель 4 с нагрузкой имеет передаточную функцию вида 04 (Р) К4 (p) = — -- - - — — — — — (1) 4 U> (р) р(Т„Тмр +(Т„+Тм) р+1.1 где W4(p) — передаточная функция двигателя 4 с нагрузкой на валу. Дифференциальное уравнение, описывающее поведение системы с учетом (1), примет вид ТаТм " Тя + Тм " Э К4 4 К . 4 К4 4 Переходный процесс, вызванный ступенчатым воздействием g, называется оптимальным, если он является монотонным и время переходного процесса имеет минимально возможное значение Т „„, совместимое с огргни» 1425594 + v(r. — т„„,)) + v„ где 4(Т+Т )Г = ---"-- g(t) К (— 2p(t — — — )+ Тмин 2 () (3) 4я Т э о U4 (132 чителем, наложенным на значение ускорения (Б4! . Ускорение!114! сохраняет"свое максимально возможное зна"чение в течение периода разгона и тормо)нения. В этом случае оптимальная передаточная функция разомкнутой системы ранна v (р) U„() и (р} 4 ммы т - — — (1-2е Т2 .()з|л 4 «тм„и„т„„д Р 2 р2 — — — -(1 -2е +е ) 72 - мои о где М4(р) — оптимальная передаточная функция двигателя 4 с нагрузкой, U4(р) — оптимальный выходной сигнал двигателя 4 с нагрузкой, Для определенного оптимального процесса Т„„„ определяется выражением Дифференциальное уравнение, описывающее поведение разомкнутой оптимальной системы {3), принимает вид "о U Р Тм U = —,— -4,(С) -Ю, (t- — а )+ 4 Т2 (+ ц(e — т„„„))+, (v„(s) — (5) - п, (- - 2 -) + и, « — т„„, )). () T Дифференциальное уравнение замкнутой системы с учетом (5) принимает вид г () 2, () + U Г Тмин Тмин 2 + v(s - T„„„)j, (6) где p(t) - входное задание системы, р(е) - U,(t) + U, (t). Продифференцировав (6), получают U g(t) - 2j(t - — -)+ "о 4 Тм )( мН 2 (У) + 2(t — т„,„)) . Дифференциальное уравнение (2) с учетом (6) и (7) имеет вид ь 4Т4Т Тмин Uç 2 — p(t} — гр(t — — — -) + + p(t — Т ..} + — "4 В первом режиме, когда 02 ф,I0,5U» Uz<> очевидно равно II 5 || = — — — — - (|.} + — U . (10) 4(Т +тм2 25 Т2 К К 4 мин Для скачка p(t) = g и с учетом (4), получают Т+Тм " 1 = - — -- )U4! + — U . (11} 25 К4 4 К 4 Э ()т Во втором режиме, когда — 6)U,J((: 25 0 5U„выражение для Иу5 принимает вид 4 (Т)) +Тм) Тмий 1 U p(t) — 2p (t — — — ) } (12) Р Т мин К4 так как для скачка g(t - — — } Т С учетом (4) получают -Ту+T |" 1 U = — — — U + — U! t ° Обозначая - - -)U4! = U,, получают Т +Тм 4 (о+ U4, при 7Л2ъ!U,(0,5Uz; (14} U„ =-U„ + — U4, при 0,05Uzф1,(0,5n; (15) Таким образом, (14) и (15) описы. вают соответственно оптимальный разгон и торможение с ускорением IU! = — —— К4кю Т„+ Т„ С учетом (14}, (15) и (3) выражение (8) для lf> записывается при Uz ))» J U, 0,5U U =- - — - П (t 2 — 2р(е - — - ) + Т Тм) Тмн к 2 + U, + — U 1. (16) 1425594 (17) при 0,050 ь j U, /с 0,50т v - — — / ((д()— Т Тм 9 К 4 -2g(t — — — ) - U, + — U . Тмин К 8 ля за счет обеспечения режимов разгона и торможения с максимально допустимым ускорением. Формула изобретения Принимая во внимание, что момент времени t = 0 соответствует выработке сигнум-реле 10 положительного ступенчатого сигнала, а момент вреТмнн мени t = — -- соответствует выработке 2 отрицательного ступенчатого сигнала, получают описанный алгоритм работы предлагаемого нелинейного корректирующего устройства. На фиг.2 показана эпюра управляющего напряжения U в функции относительной ошибки рассогласования системы для К4 = 50, Т = Тм = 0,025 с, Ju„(= 400 с, g(t) = 1. Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить быстродей° ствие, уменьшить энергоемкость, улучшить качество переходного процесса .с учетом электромагнитной постоянной времени исполнительного двигатеНелинейное корректирующее устройство по авт.св. В 1126925, о т л ич а ю щ .е е с я тем, что, с целью уменьшения энергоемкости устройства, повышения точности устройства и уменьшения перерегулировання в устройстве, в нем дополнительно ус15 тановлены последовательно соединенные управляемый дифференциатор, второй усилитель, блок деления, ключ и третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого пере20 ключателя, а выход является информационным выходом устройства, управляющий вход ключа соединен с выходом нуль-органа и первым управляющим входом управляемого дифференциатора 25 информационный вход которого являет ся информационным входом устройства по заданию, а второй управляющий вход подключен к выходу сигнум-реле, выход пикового детектора соединен с 30 входом делителя блока деления. 1425594 Составитель Г.Нефедова Техред N.Õîäàíè÷ Корректор М.Васильева Редактор Н.Рогулич Тирах 866 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5 Заказ 4766/43 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная,
