Следящая система

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электрическими двигателями . Целью изобретения является повышение точности и уменьшение перерегулирования системы. Эта цель достигается тем, что в отличие от релейного закона управления применяется такое управление, при котором длительности формируемых интервалов управления равны между собой, величина управляемого воздействия на интервале - торможения в общем случае меньше или равна величине управляющего воздействия на интервале разгона, причем длительности интервалов являются функцией начальной ошибки следящей системы и уровня ограничения объекта управления . Это обеспечивается тем, что ощибка следящей системы измеряется в момент подачи задающего действия, запоминается , подается на устройство формирования интервалов управления, длительность которых определяется в зависимости от величины запомненной § ошибки, перемножается в каждом интервале на соответствующее заданное число и результат подается с противоположными знаками в различных интервалах управления на объект, обеспечивая5 переходный процесс без перерегулирования . 5 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 05 В 11 01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4089654/24-24 (22) 14.07.86 (46) 30.09. 88. Бюл. 1"- Зб (72) B..И;Гостев, А.А.Баранов и А.А.Кобяков (53) 62-50(088.8) (56) Павлов А.А. Синтез релейных систем, оптимальных по оыстродействию.

М., 1966, с.73-88.

Авторское свидетельство СССР

У 652530, кл. С 05 В 1Г/14, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1049863, кл. G 05 B,ll/01, 1982. (54) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электрическими двигателями ° Целью изобретения является повышение точности и уменьшение перерегулирования системы. Эта цель достигается тем, что в отличие от релейного закона управления применяется такое управление, при котором длитель„„SU„„1427327 A1 ности формируемых интервалов управления равны между собой, величина управляемого воздействия на интервале торможения в общем случае меньше или равна величине управляющего воздействия на интервале разгона, причем длительности интервалов являются функцией начальной ошибки следящей системы и уровня ограничения объекта управления..Это обеспечивается тем, что ошибка следящей системы измеряется в момент подачи задающего действия, запоминается, подается на устройство формирования интервалов управления, длительность которых определяется в зависимости от величины запомненной ошибки, перемножается в каждом интервале на соответствующее заданное число и результат подается с противопо- С ложными знаками в различных интервалах управлейия на объект, обеспечивая= переходный процесс без перерегулирования. 5 ил. ° Ф

)427327

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при. управлении электродвигателями.

Цель изобретения - повышение точности и уменьшение перерегулирования системы.

На фиг.l приведена функциональная. схема системы; на фиг. 2 ". эпюры сигналов, иллюстрирующих работу системьц 1„> на фиг.3 - регулировочиая характеристика для момента вращения объекта управления нри Юзр = 0; на фиг. 4 и 5графики, иллюстрирующие способ нахожде""я длит ности интервала у равле- 15 ния Ь, при работе следящей системы в линейном режиме и зависимость интервала h от величины ошибки системы 6 и уровня ограничения Ч т1 объекта управления з нелинейном режим ° 20

Система содержит измеритель рассогласования 1, пороговыми. блок 2, первый формирователь ..импульсов 3, дифференцирующий блок 4, первый генератор пилообразного напряжения 5, пер- 25 . вый интегратор 6 ° первый ключ 7, блок выделения модуля 8, релейный усилитель 9, тактовый генератор 10, второй ключ 11, первый фиксатор (экстраполятор 0-вого порядка) 12, счетный триг-. 30 гер 13, второй формирователь импульсов 14, второй фиксатор 15, первь1й усилитель 16, третий ключ 17, второй усилитель !8, четвертый ключ 19, суммирующий усилитель мощности 20, первый компаратор 21, дифференцирующий блок 22, второй генератор пилообразного напряжения 23, второй интегратор

24, второй компаратор 25, третий усилитель 26, пятый ключ 27, четвертый 4 усилитель 28, шестой ключ 29, блок па; мяти 30, сумматор 31, исполнительный механизм 32, объект управления 33, датчик 34, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 35, делитель частоты 36, задатчик 37, -45

Ug -выходной сигнал -ого блока системыу 11 у.04 сигналы иа прямом и ин

2 версном выходах счетного триггера 13, Иьр - момент вращения вала исполни тельного механизма 32 8 — ошибка сис темы, h - длительность интервала уп-, 50 равления, o(. и P - масштабные коэффициенты, Ч шр — уровень ограничения объекта управления 33 о входу.

В качестве объектов управления мо-. гут выступать двигатели постоянного тока, асинхронные двигатели и т.д.

Согласно фиг.1 измеряют. выходную величину объекта управления 33, сравТ

Ь

2 где Т вЂ” искомое время регулирования.

Длительность интервалов управления определяют в зависймости от величины ошибки. Вначале производят сравнение начальной ошибки системы 8 (О ) с величиной 8 p, определяемой по формуле. о

U orp (2)

Ко где Ч prp — уровень ограничения объекта управления 33 по входу (фиг.3);

Кр — заданный коэффициент усиления разомкнутой системы, U

t равный Кр = —, U 4 Чоган;

U — - выходное напряжение объекта управления 33;

8 †. ошибка системы.

Если 6 (О" ) 4 8 гр то управление объектом управления 33 происходит на линейном участке его регулировочной характеристики.

При этом принимая во внимание, что при управлении объектом управления

33 второго. порядка, передаточная функция которого описывается выражением оС

S(S + Ь) где oL и Ъ - коэффициенты;

S — оператор Лопласа, величина Кр выражается через длительность интервалов управления h с помощью формулы

Ъ У Р= Е 1 (3) где о(, Ъпараметры динамического объекта управления 33„ величина, соответствующая работе системы в линейном режиме, определя"

eicos из трансцендентного уравнения

-Sh е ь (4) ннвают ее с задающим воздействием в виде ступенчатой функции величиной

Ар ° 1(e), определяют ошибку системы 8..

Затем формируют два интервала управления, длительность которых h равна

1427327 тех же.параметрах объекта и 9 = 3 В погрешность не превышает 1,55%, После этого запоминают начальное значение ошибки 8 (О ) в первом ин5 тервале управления. Запомненную ошибку умножают на первую заданную величину Ко и подают на объект управления

33 произведение, равное

А< К<) В(О ), В этом случае h есть функция от начальной ошибки 8 (О ) при данном

Vorp как показано графически на 15

<)иг.5. Поэтому в процессе управления при 8 (0+) Я<р интервал h.äîëæåí постоянно вычисляться в зависимости от начальной ошибки 8 (О ) °

Уравнение (5) ввиду сложности ап- 20 паратурной реализации определения h может быть упрощено, если допустить, что его правая часть представляет собой первые два члена разложения

-х х х>

2. ЗГ при х -1.

Для уравнения (sy это справедливо, если . 30

Ь g (О ) акр

b с(Ъ 1 ., -" -" 8 (О ) что для большинства практических случаев имеет место.

Тогда уравнение (5) примет вид (7) f1<,. $ g(0+) е е

Kh Uorp или же

9 (О )

В результате получим соотношение

+ . 45

h + = m8(0 ), (6) оС Чогр где ш — коэффициент пропорциональности.

Положительным корнем уравнения (6) 50 и будет искомая длительность h интервала управления. При соответствющем выборе параметров объекта управления

33 можно получить удовлетворительную точность вычисления h.Òàê при VO„1)

300 B; K = 1О; Ъ = 2с" - 0 .10 В, относительная .погрешность вычисления.

h по уравнению (6) по сравнению с уравнением (5) составляет 2,9Х, при которое решается либо графически (фиг,4), либо методом последовательных приближений. Иэ уравнений видно, что при 9 (О ) + Я<р величина h не saвисит от величины ошибки.

При наступлении сграничения в объекте управления 33(9 (О )) 8 „) величину h находят иэ уравнения е = 1- — <е)

Ъ 8(0) о(Ь 7о<р обеспечивая разгон объекта в первом интервале управления.

Для получения переходного процесса беэ перерегулирования необходимо во втором интервале управления вновь измерить ошибку системы, соответствующую началу интервала, .равную. запомнить ее на длительность интервала, умножить ее на величину Ке, равную (bh) Е "h

7Р П- Р Т ЯИ Т

Полученное произведение равно

„-6h

СЪ(1-Е Щ

-bh

=А е

Как следует из выражения (7), достаточно во втором интервале запомнить величину управляющего воздействия А,, подаваемого на объект управления 33 в первом интервале, и умно" жить ее на величину С, равную в общем случае

-6h

С =Е (8) зависящую от длительности интервала

h, а значит, и от начального значения ошибки системы 9 (О ). В линейном режиме величина С будет равна

-6)1<)

С =Е =C-, при любых В (О ) 4- 8rp

Полученное из <выражения (7) произведение А подают с обратным знаком на объект управления 33, обеспечивая его торможение во втором интервале управления. В результате в конце второго интервала управления ошибка системы должна стать равной нулю.

1427327

Выход дифференцирующей цепи 22 соединен с управляющим входом блока 30.

Выход усипителя 26 соединен с первым входом ключевого элемента 27 и вхо5 дом усилителя с переменныа коэффициентом усиления 28.

Выход блока 30 соединен с управляющим входом усилителя 28, выход которого соединен с первым входем ключевого элемента 29. Выход ключевогоэлемента 27 соединен с первым входом сумматора 31, а выход ключевого элемента 29 — с вторым вычитающим входом сумматора 31. Выход сумматора 31 сое- lr динен с входом объекта управления 32.

Система работает следующим образом, Датчик 34 измеряет выходную величину объекта управления 33 и подает измеренное значение на вычитающий вход измерителя рассогласования l, на суммирующий вход которого подается задающее воздействие. Измеритель рас" согласования I измеряет ошибку следя- 2б щей системы и подает ее на информационные входы ключей 7, ll и на входы порогового блока 2 и блока выделения модуля 8. Модуль ошибки системы выхода блока выделения модуля 8 подает- 0 ся на вход релейного усилителя 9, амплитудная характеристика которого описывается выражением 11sio» 0вх >0

О» Цьк 0

K11sxg» .0вк 0, 35

11ььа где К - коэффициент усиления релейного усилителя 9, У,„ — напряжение, соответствующее уровню "1".

Выходное напряжение релейного усилителя 9 подается на.второй управляющий вход гактового генератора 10.

При отсутствии импульса запрета на его первом управляющем входе, что со- ответствует случаю О (О ) 4 Врр (система работает в линейном режиме), в момент подачи на тактовый генератор 50

10 напряжения управления с выхода ре" . лейного усилителя 9, иа выходе тактового генератора 10 формируется первый тактовый импульс. Период последовательности выходных импульсов выбирается йМным рассчитанной из уравнения (4) в длительности интервала управления Ьд. Выходные импуль@ы тактового генератора 10 подаются иа вход счетного триггера 13, который осуществляет своими импульсами на прямом и инверсном выходе коммутацию ключей 17 и 19 по управляющим входам, формируя тем самым первый и второй интервалы управления соответственно, причем импульс с прямого выхода в первом интервале управления включает ключ 17, а во втором интервале выключает его, импульс с инверсного выхода в первом интервале управления выключает ключ

19, а во втором интервале — включает

его. Выходные импульсы тактового генератора 10 поступают также на вход второго формирователя импульсов 14 иа выходе которого формируются короткие импульсы, первый из которых служит для стробирования сигнала ошибки при подаче его на управляющий вход ключа 7. На выходе ключа 7 выделяется начальное значение ошибки системы

8(0 ), которое подается на выход фиксатора 12 (экстраполятора 0-вого порядка) для запоминания на длительность 2ho. Передаточная функция фиксатора 12 описывается выражением

2М

1 — Е

K экстР

Запомненное начальное значение ошибки подается на выход усилителя 16, коэффициент усиления которого выбирается равным заданному значению К .

Выходное напряжение усилителя 16, выделенное в течение первого интерва-. ла управления с помощью ключа 17, подается в качестве управляющего воздействия на второй вход суммирующего усилителя мощности 20. Выходное напряжение усилителя 16 подается также на вход усилителя 18, коэффициент усиления которого определяют по равенству (9).

Выходное напряжение усилителя 18 через включенный во втором интервале управления ключ 19 подается в качестве управляющего воздействия на третий, вычитающий вход суммирующего усилителя мощности 20. На его выходе формируется управлящее воздействие различного знака в разных интервалах управления, подаваемого на объект управления .33 в линейном режиме.

При начальной ошибке системы

9(0 ) 8 гр, что соответстует наступлению ограничения в объекте управления 33, срабатывает пороговый блок

14273

2, амплитудная характеристика которого описывается выражением

А sign 8; tH)> игр U

О; 1д1С игр ,5 где А — постоянна"". величина;

8 — начальное значение ошибки системы.

Выходной сигнал порогового блока 10

2 запускает формирователь импульса

3, на выходе которого формируется импульс длительностью Р . 2h . Импульсы с выхода формирователя импульсов 3 подаются на первый управляющий вход тактового генератора 10. Таким образом происходит отключение канала, управляющего объектом управления 33 в линейном режиме. Импульс с выхода формирователя импульсов 3 подается 20 также на дифференцирующий блок 4, выделяющий передний фронт этого импульса. который запускает генератор пилообразного напряжения 5 и подается на управляющий вход ключа 11 и управляющий вход блока памяти 30. Пилообразчое напряжение, описываемое вьгражением

27 болы. Длительность импульса ксмпаратора 21 есть корень уравнения (6) и равна длительности интервала управления при данном значении начальной ошибки системы. Импульс компаратора

21 подается на управляющий вход ключа 27, на информационный вход которого подается запомненное. в фиксаторе

15 и усиленное в усилителе 26 с коэффициентом усиления, равным заданному значению, начальное значение ошибки, благодаря чему на выходе ключа 27 формируется управляющее воздействие, подаваемое на объект, управления 33 в первом .интервале управления. Импульс с выхода компаратора 21, кроме того, подается на дифференцирующий элемент

22, который выделяет заданный фронт импульса, подаваемый на вход генератора пилообразного напряжения 23 для его запуска и на управляющий вход блока памяти 30. При подаче заднего фронта импульса компаратора 21 на управляющий вход блока памяти 30 в нем заканчивается процесс формирования выходной величины дл (h) = Е

t= р, U(t) =

О; t ) tp

30! где Ь = —.„

К = 2 (Vprp

А„ = к,-д (о") где t — текущее время; tp — время развертки, tp > 2hp подается на интегратор 6 с масштабирующим коэффициентом усиления. 35 где о(, Vorp — параметра объекта управления 33.

На выходе интегратора 6 получают параболическое напряжение вида с (Л г

Пбы» цнэ (t) = К) "= 2CVprp х а с р х < Vp«t которое подается на второй вход ком паратора 21, на первый вход которого подается выделенное ключом 11 и запомненное в фиксаторе 15 на время 50

t 7 2Ьр начальное значение ошибки

8(0 ). Компаратор 21 решает уравнение (6). В момент совпадейия по величине напряжения интегратора 6 и заломненного напряжения сшибки & (О ) формиру-. 55 ется задний фронт выходного импульса компаратора 21, передний фронт которого образуется при подаче на второй вход кампаратора 21 напряжения лара— постоянная времени блока памяти 30, который начался с подачи на

его вход импульса с выхода формирователя импульсов 3 с единичной амплитудой и одновременным поступлением на управляющий вход Переднего фронта этого же импульса, выделенного дифференцирующим блоком .4.

Закон изменения выходного напряжения блока памяти 30 при подаче его на управляющий вход усилителя 28 обуславливает аналогичное изменение коэффициента усиления последнего. Таким образом, в момент подачи заднего фронта импульса компаратора 21 на управляющий вход блока памяти 30 коэффициент усиления усилителя 28 равен

-6h к„, =е где h — длительность интервала управления.

На вход усилителя 28 подается управляющее воздействие, сформированное в первом интервале управления на выходе усилителя 26, равное

142732

С выхода усилителя 28 постоянное напряжение, равное

А A„c. " - к; 8 (о )е " подается на информационный вход ключа 29, на управляющий вход которого поступает импульс с выхода компаратора 2S длительностью h полученный путем сравнения в коипараторе 25 на-. 10 чального значения ошибки. с» (О ) и напряжения параболы сформированного генератором пилообразного напряжения

23 и интегратором 24. Таким образом, формируется управляющее воздействие во втором интервале управления. С выхода ключа 29 оно подается на второй вычитающий вход сумматора 31, на первый вход которого подается управляющее воздействие первого интервала управления. На выходе сумматора 31 формируется управляющее воздействие, подаваемое на первый вход усилителя мощности 20 при наступлении в нем ограничения. 25

Таким образом, указанные отличительные особенности системы позволяют повысить ее точность и уменьшить ее перерегулирование.

Формула изобретения

Следящая система, содержащая первый компаратор, блок памяти, первый, второй и третий ключи, сумматор, первый генератор пилообразного напряжения, релейный усилитель и последовательно соединенные суммирующий усилитель мощности, исполнительный механизм, объект управления и датчик, подключенный выходом к одному из входов измерителя рассогласования, соединенно- 40 го другим входом с выходом задатчика, а выходом - с входами порогового бло" ка и блока выделения модуля, о т л ичающая с я тем, что, с целью повышения TQAHocTH H eHbIIIBHHH IIBPB 45 регулирования системы, в ней дополнительно установлены первый интегра-. тор, злемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, счетный триггер» последовательно соединенные первый фиксатор, первый и вто- 5О рой усилители и четвертый ключ, последовательно соединенные первый формирователь импульсов и первый дифференцирующий блок, последовательно соединенные тактовый генератор, второй формирователь импульсов и делитель частоты, последовательно соединенные второй дифференцирующий блок, второф генератор пилообразного напряжения, второй интегратор и второй компаратор, последовательно соединенные второй фиксатор, третий усилитель и пятый ключ, последовательно. соединенные четвертый усилитель и шестой ключ, подключенный управляющим входом к выходу второго компаратора, а выходом— к первому входу сумматора, соединенного выходом с первым входом сумми-. рующего усилителя мощности, а вторым входом — с выходом пятого ключа, подключенного информационным входом к входу четвертого усилителя, а управляющим входом — к входу второго дифференцирующего блока и к выходу первого компаратора, соединенного первым входом с выходом первого фиксатора и с вторым входом второго компаратора, а вторым входом — с выходом первого интегратора, подключенного входом к выходу первого генератора пилообразного напряжения, соединенного с выходом первого дифференцирующего блока; с управляющими входами первого фиксатора и второго ключа и с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу второго дифференцирующего блока, а выходом — к управляющему входу блока памяти, соединенного выходом с управляющим входом четвертого усилителя, а информационным входом — с выходом первого формирователя импульсов и с входом запуска тактового генератора, подключенного входом управления час- тотой к выходу релейного усилителя, соединенного выходом с входом счетного триггера, подключенного прямым и инверсным входами к управляющим входам соответственно третьего и четвертого ключей» соединенных выходами соответственно с вторым и третьим входами суммирующего усилителя мощности, выход первого усилителя, подключен к информационному входу первого ключа, выход порогового блока соединен с входом первого формирователя импульсов, выход блока выделения модуля соединен с входом релейного усилителя, выход делителя частоты соединен с управляющими входами первого фиксатора и первого ключа, подключенного выходом к информационному входу первого фиксатора, а входом — к выходу измерителя рассогласования и к информационному входу второго ключа, сое- . диненного выходом с информационным входом второго фиксатора.

1427327

llè

llg а

Иц р

-"м

Иу

6q

Ngp

<е

Ilgwu и, иб и, Elg б и„ иц . N л

Ogy

llz4

0zg

<и

ugu

lou

u„ ибб

Фиг.!

Фиг.2

1427327

Фиг. 3

Составитель Г.НеФедова

Редактор М.Товтин Техред А.Кравчук Корректор В.Бутяга

Закав 4850/43 Тираж 86б 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