Корректирующее устройство

 

Изобретение относится к средствам коррекции систем автоматического управления и может быть использовано для коррекции замкнутых систем управления объектами с транспортным запаздыванием в машиностроении, теплоэнергетике, станкостроении, химической промышленности и т.д. Целью изобретения является увеличение времени упреждения устройства и повышение его точности. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем две группы масштабирующих усилителей по N усилителей в каждой, сигнал рассогласования замкнутой системы регулирования преобразуется в последовательно соединенных пропорциональном звене и N - 1 интеграторах, где N - порядок высшей производной сигнала рассогласования, учитываемый при коррекции системы. Выходные сигналы пропорционального звена и каждого из интеграторов масштабируются соответствующими усилителями первой группы и суммируются в первом сумматоре и, кроме того, масштабируются соответствующими усилителями второй группы и суммируются во втором сумматоре. Выходной сигнал первого сумматора задерживается по времени и добавляется к слагаемым второго сумматора. Результирующий суммарный сигнал является сигналом управления, позволяющим обеспечить корректируемой системе астатизм нужного порядка и нулевую ошибку упреждения по N-ую производную сигнала рассогласования. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) д1) 4 G 05 В 5/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ замкнутых систем с предпагаемым и известным корректирующим устройством.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 426561 9/24-24 (22) 15.05,87 (46) 07.05.89. Вюл.,N - 17 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.ЯоЖуйков (SU) и Рьппард Стжелецки (Р1.) (53) 62-50(088,8) (56) Зайцев Г.Ф. и др. Основы автоматического управления и регулирования. — Киев: Техника, ) 9753 с. 167172, Патент Японии ))р 57-18202, кл, G 05 В 11./36, опублик. 1984. (54) КОРРЕКТИРУ)ОЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к средствам коррекции систем автоматического управления и может быть использовано для коррекции замкнутых систем управления объектами с транспортным запаздыванием в машиностроении, теплоэнергетике, станкостроении, химической промышленности и т.д, Целью изобретения является увеличение времени упреждения устройства и повышение его точности. Поставленная цель

Изобретение относится к средствам коррекции систем автоматического управления и может быть использовано для коррекции замкнутых систем управления объектами с транспортным запаздыванием в машиностроении, теплоэнергетике, химической промьппленности и т.д.

Цель изобретения — увеличение времени упреждения устройства и повьппение его точности. достигается тем, что в устройстве, содержащем две группы масштабирующих усилителей по N усилителей в каждой, сигнал рассогласования замкнутой системы регулирования преобразуется в последовательно соединенных- пропорциональном звене и N — 1 интеграторах, где N — порядок высшей производной сигнала рассогласования, учи тываемый при коррекции системы, Выходные сигналы пропорционального звена и каждого из интеграторов масштабируются соответствующими усилителями первой группы и суммируются в первом сумматоре и, кроме того, масштабируются соответствующими уси- а лителями второй группы и суммируются во втором сумматоре. Выходной сигнал первого сумматора задерживается ло времени и добавляется к слагаемым C второго сумматора. Результирующий суммарный сигнал является сигналом управления, позволяющим обеспечить корректируемой системе астатизм нужного порядка и нулевую ошибку упреждения по N-ю производную сигнала рассогласования. 4 ил. ОО

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 — структурная схема устройства с астатизмом

I первого порядка, обеспечивающего нулевую ошибку упреждения включительно по третью производную сигнала рассогласования; на фиг, 3 и 4 — эпюры сигналов, характеризующих работу

1478188

40 (2) 45

) ар Р) р o > - - -р в

+ kl-2

55

Схема содержит пропорциональное звено 1, интеграторы 2,, 2

2 д, масштабирующие усилители 3рр

3...,,,3Ns 4, 42,...,4 р где Н— порядок высшей производной корректирующего сигнала, учитываемой при построении корректирующего устройства, первый сумматор 5, блок Ь задержки и второй сумматор 7. !О

В основе принципа построения предлагаемого устройства лежит проводимая с помощью моментов, индуцированных на конечном интервале Чебышевской системой степенных функций, аппроксимация. требуемой, физически нереализуемой, передаточной функциИ астатического регулятора с упреждением, имеющей вид рт 1 20 р (р) = к,(и„(р) + e где W (р) — передаточная функция

Обычного регулятора с астатизмом L-го порядка, в котором отсутствует

25 упреждение сигнала рассогласования;

К вЂ” коэффициент пропорциоР нально сти; е — передаточная функция рт„ блока опережения, обеспечивающего управление с упреждением.

Эта аппроксимация сводится, по сути, к аппроксимации сигнала упреж- 35 дения E (p) e ), где K.(р) — изобрарт„ жение по Лапласу сигнала рассогласования Е(1), сигналом, получаемым на основе выражения рт -.рт„

Я (р)е =P,Я(р) + P Я (р)е +

М-2

+ . "nm))(p

n=-o рт где е — передаточная функция блока 6 задержки; заданные коэффициенты;

1 -рю п (1

- (p) = Е(р) - I(1-е .((l) n .—; (n-1)/Р T + J — операторное иэображение по Лапласу и-ro скользящего момента сигнала рассогласования, определяемого как

1 "„() .= Тт+(— E,()(-е+Т„) Ю.

1 г Н

В результате, как следует из выражений (2) и (3), передаточную функцию блока опережения можно реализовать с заданной точностью в линейном фильтре, передаточная фуйкция которого имеет вид

Й-2

W<(p) = +P,e +Qoi„F„(p), n=o (4) где F„(p) = m„(p)/Я(p).

Таким образом, на основе зависимостей (1) и (4) передаточную функцию регулятора с упреждением, реализующую предлагаемый способ, можно описать выражением

ы (р) = к (р (р) + р, (р)). (5)

При этом, поскольку в качестве элементарных звеньев фильтра Ч (р) используется (N — 1) последовательно. соединенных интегратора, то в случае, если L < (N — 1), эти интеграторы можно одновременно испольэовать с целью реализации передаточной функции WL(p) типа

1/„(р) = (а„р +...+а„р + а )/р

L L (6) где а р...,а р а) — заданные коэффициенты.

В другом случае, если L (N-1) (что встречается довольно редко), к фильтру необходимо присоединить (N-1) интегралов. Однако, как следует из изложенной теории, это позволяет всегда увеличить число N что приводит к первому случаю.

Выражение (5) при соответствующем выборе коэффициентов P» P,,()(„...,,, () д2, определяющих (совместно с коэффициентами а, а1,...,а ) коэффициенты масштабирования усйлителей 3 и

4 (фиг. 1), приближается к требуемой передаточной функции 1 с точностью

/(iр(р)/ =/ р)(р) wð (р)//Kð=

)1/

;= К+1 Т> рр р)

Эту точность, в силу равномерной сходимости ряда (7), можно оценить на основе неравенства

5 l 4781

:/к ь><= ----- - — — — -"- -,,- --I, (11+1) . Т N+1 а"," (р:о (8)

Причем, как следует из зависимос5 тей (7) и (8) полное (точное) управление с упреждением обеспечивается для сигналов рассогласования, обладающих производными до N-го порядка.

Устройство (фиг. 1) работает сле- 10 дующим образом.

Сигнал рассогласования, равный разности между заданным и регулируемым сигналами, увеличивают.в К - раз в пропорциональном звене 1, выходной 15 сигнал которого интегрируют (N-1) раз в цепочке, состоящей из последовательно соединенных (N-1) интеграторов 2,...,2<1,1, каждый с постоянной интегрирования Т; . Затем сигнал 2р с выхода пропорционального звена 1 и все сигналы с выходов интеграторов

2» ...,2 1, умножают в масштабирующих усилителях 3,,...,3д и 4,,...., 4 на заданные коэффициенты масштаби- 25 рования, значения которых определяют на основе значений коэффициентов

P,, P»Q,,..., ec, (4) и а,, а,,..., а1 (6). Выходные сигналы масштабирующих усилителей 3,,...,3 суммиру- З0 ют в первом сумматоре 5 и задерживают в блоке 6 задержки на время Т, равное требуемому времени упреждения, и, наконец, задержанный сигнал суммируют во втором сумматоре 7 со всеми незадержанными выходными сигналами.масштабирующих усилителей

4<,...,4>. Выходной сигнал второго сумматора используют в качестве управляющего.

Рассмотрим более подробно работу корректирующего устройства с упреждением на время Т на примере работы конкретного устройства (фиг. 2) с астатизмом первого порядка, обеспе- 45 чивающего нулевую ошибку упреждения включительно по третью производную сигнала рассогласования, т,е. при

N = 3.

В таблице приведены рассчитанные 50 для N = 2, 3, 4 значения коэффициентов Р0 8 к,,..., о, при которых фильтр с передаточной функцией

W (р) обеспечивает управление с упре дением для сигналов рассогласова 55 ния, обладающих производными высших порядков, соответственно до 2-ro (прототип), 3-ro и 4-го порядка включительно °

38

5 с, — 12

53,4

-9,6

-1693

168

-360

564

-924

wz„ (P) = к,(!Рт;+ P, + Pi, e +

1 рт

+oL, (1- е ) +, рт., рт„ рт„-, — — — (1 — е )j = К 1/рТ + 1 +

+ рТ + р Тр/2 + р Т /3,1+...

Сигнал рассогласования системы поступает на вход пропорционального. звена 1. Последнее с коэффициентом пропорциональности Кр вырабатывает напряжение, пропорциональное сигналу рассогласования, которое поступает на вход интегратора 2< с постоянной интегрирования Т и одновременно поступает на входы масштабирующих усилителей 3, и 4, с соответствующими коэффициентами масштабирования, равными -25 и 38. Напряжение с выхода интегратора 2, поступает на вход интегратора 2 и на входы масштабирующих усилителей 3 и 4 с коэффициентами масштабирования, равными сост" ветственно -168 Т,/Т и (1+169 Т;/T ).

Выходное напряжение интегратора 2 поступает на входы масштабирующих усилителей 3 и 4> с соответс "вующими коэффициентами масштабировсния, равными 360 Т /T и -360 T;/Т, 3aтем выходные напряжения масштабирующих усилителей 3, — 3> суммируются в сумматоре 5. Выходное напряжение сумматора 5 задерживается на время

Т в блоке 6 задержки, напряжение с выхода которого суммируется в сумматоре 7 с выходными напряжениями масштабирующих усилителей 4<- 4 . Получаемое таким образом на выходе сумматора 7 напряжение используется в качестве управляющего сигнала, который в рассмотренном примере (N=3) выделяется на выходе устройства, представленного на фиг. 2, и имеющего передаточную функцию

1478188 — коэффициент пропорциональности пропорционального звена 1; — время задержки блока задержки 6;

5 — постоянная времени интегрирования интеграторов 2,.

2,.

rpe K

Формула изобретения

Корректирующее устройство, содержащее четыре масштабирующих усилителя, последовательно соединенные пропорциональное звено и первый интегра\..

Из эпюр (фиг. 3 и 4), полученных при применении предлагаемого устройства для коррекции замкнутой системы регулирования с объектом управления, передаточная функция. которого И (р)

2,6/(1 + 1,52р + 0,085р ), следует, что качество управления улучшается.

Таким образом, благодаря формированию в устройстве сигнала упреждения более высокой точности удается в 20 дальнейшем повысить точность работы замкнутой системы автоматического управления в динамических режимах. тор и последовательно соединенные первый сумматор, блок задержки и второй сумматор, выход пропорционального звена через первый и второй масштабирующие усилители соединен соответственно с первым входом первого и вторым входом второго сумматоров, выходы интегратора через третий и четвертый масштабирующие усилители соединены соответственно с вторым входом первого и с третьим входом второго сумматоров, причем вход пропорционального .звена и выход второго сумматора являются входом и выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения времени упреждения устройства и повышения

его точности, в него дополнительно введены N-2 последовательно соединенных интеграторов, где N — порядок высшей производной корректируемого сигнала, и 2 (И-2) масштабирующих усилителей, причем выходы дополнительно введенных интеграторов через соответствующие масштабирующие усилители подключены к соответствующим входам первого и второго сумматоров, а вход второго интегратора соединен с выходом первого интегратора.

1478188

1478)88

Ф с

Составитель Г. Нефедова

Техред М.Ходанич Корректор Л. Патай

Редактор О. Головач

Заказ 2362/47 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, ул. Гагарина,101