Система стабилизации объекта с присоединенным упругим элементом
Изобретение относится к системам управления угловым движением динамических объектов, а именно к системам стабилизации углового положения объектов с присоединенными упругими элементами конструкции. Целью изобретения является повышение точности управления в процессе стабилизации углового положения объекта с упругим элементом конструкции. Система стабилизации объекта, содержащая объект управления 1 с присоединенным упругим элементом 2, блок 3 исполнительных органов, датчики угла 4 и угловой скорости 5, первый 6 и второй 7 усилители, первый 8 и второй 9 сумматоры, датчик 10 отклонения упругого элемента, дифференцирующий блок 11, дополнительно содержит блок 12 формирования закона управления, блок 13 формирования терминального управления и блок 14 формирования компенсирующего управления. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
СОЮЭ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51) 4 G О5 B 13/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4 91383/24-24 (22) 10.0 .88 (46) 30., 1,83. Бюл. t1 44 (72) М.С.Мануйлов, С.В.Шалымов и B.В.4ерныш (53} 62-50(088.8) (56} Кузовков t1.Т. Система стабилизации летательных аппаратов.
N. Высшая школа, 1976. (54) СИСТЕИА СТАбИЛИЗАЦИй ОБЪЕКТА
С ПРИСОЕДИНЕННЫМ УПРУГИИ ЭЛЕМЕНТОМ (57} Изобретение относится к системам управления угловым движением динамических объектов, а именно к системам стабилизации углового положения объектов с присоединенными упругими элементами конструкции. Цепью
„SU„, f525
2 изобретения является повышение точности управления в процессе стабилизации углового положения объекта с упругим элементом конструкции. Система стабилизации объекта, содержащая объект 1 управления с присоединенным упругим элементом 2, блок 3 исполнительных органов, датчики угла 4 и угловой скорости 5, первый 6 и второй 7 усилители, первый 8 и второй 9 сумматоры, датчик 10 отклонения упругого элемента, дифференцирующий блок 11, дополнительно содержит блок
12 формирования закона управления, блок 13 формирования терминального управления и блок 14 формирования компенсирующего управления. 3 з.п. ф-лы, 2 ил, Изобретение относится к с«стемам управления угловым движением динамических объектов, а именно к системам стабилизаци« углового положения сбъек5 тов с присоединенными упругими элементами конструкции.
Цель изобретения — повышение точности управления в процессе стабилизации угпового положения объекта с упругим элементом конструкции.
На фиг. 1 изоЬражена функциональная схема предлагаемой системы стабилизации; на фиг. 2 - фазовый портрет .движения системы стабилизации.
Система стабилизации содержит oG>ект 1 управления с присоединенным упругим элементом 2, блок 3 исполнительных органов, датчик 4 угла, датчик 5 угловой скорости, первый 6 и второй 7 усилители, первый 8 и второй 9 сумматоры, датчик 10 отклонений упругого элемента, дифференцирующий блок 11, блок 12 формирования закона управления, блок 13 формирова- 25 ния терминального управления и блок
14 формирования компенсирующего управIl8 HHR
Блок 12 формирования закона управ ления содержит сумматор 15, первый 16 и второй 17 формирователи моду.пя сиг- З0 нала, компаратор 18, первую 19, вторую 20 и третью 21 схемы сравнения знаков сигналов, первый 22 и второй
23 элементы И, первый 24, второ" 2 и третий 26 ключи.
Блок 13 формирования терминального управления содержит первый 27 и второй 28 квадраторы, первый 29 и второй 30 делители, первый 31 и второй 32
60 множители и сумматор 33.
Блок 14 формирования компенсирующего управления содержит первый 34 и второй 35 множители и сумматор 36.
Суть изобретения B cs:åäóþùeì, Динамика процесса угловой одноканальной стабилизации объекта с учетом основной низкочастотной формы колебаний присоединенного к нему упругого элемента описывается следующей системой дифференциальных уравнений 50
I/+ay=N» (1)
mq+bq+cq+ag=U где q «r,r - текущие рассогласования по углу и угловой скорости
55 объекта управления; ь
q,q « q — текущие отклонения, скорость и ускорение относ«тельного движения присоединеннсго к объекту упр -.or с элемента соответственно, момент инерции оЬъекта по оси управления; а ксзффиц«ент д«намическогс взаимовлияния объекта « упругого элемента;
m — массовый параметр упругого
G элемента;
Ь и с — соответственно д«сс«пативный и жесткостной параметры упругого элемента;
И - управляющий момент, прикладываемый к объекту управления со стороны исполниТельных органов системы стабилизации.
После разрешения системы (1) относительно старших производных и проведения несложных преобразований запишем систему уравнений в нормально« форме Коши:
u, =ко+к," к„cо;
К <О
2 традиционное пропорционально-дифференциальное стаЬилизирующее управление; компенсирующая управляющая добавка (компенсирующая возмущающее влияние упругого элемента);
Ь д=-(1-a2 l (err!-à) );
Ц 2 -(1-а2 /(1 — a))
m ас а*= — --1
Ir-а
Ьй=- — =
Т.m-a!
Самым простым очевидным решением формирования компенсирующегo управления 60, является следующее решение:
Ь urI =-9(q, q) .
Однако данное решение не учитывает тот факт, что при слаоом собственном (Ч9Ч) 5с а (2)
q=-dq-И2с- -(u +Ы )
1 в-ь <ф ь где 8 (q,q) =а= и+Ь q — возмущающее ускорение,. сЬусловленное динамикой упругого элемента.
1 демпфировании упругого элемента потребуется достаточно долго прикладывать компенсирующее управление, которое по величине при малых координатных рассогласованиях объекта может оказаться несоизмеримо большим самого стаЬилизир, ющего управления и, Ьолее того, противоположным ему по знаку.
А следовательно, любые, даже сравнительно малые погрешности в формировании компенсирующего упраьления могут привести к нарушению качества стабилизацил. цтобы этого не происходило или, го крайней мере, возможности проявления таких эффектов были сведены к минимуму, необходимо одновременно с эффективной компенсацией возмущения обеспечивать и активное демпфирование колеЬаний у,",ругого элемента..
Этого можно достичь 3а счет рацлонального (без ущерба основному контуру управления) целенаправленного изменения величины компенсирующего управленля в зависимости от текущего состояния упругого элемента, чем апределяется величина и знак создаваемого возмущающего ускорения, а также от "-нака формируемого по состоянию самого обьекта стабллизирующего упр".аления, Дело в том, что если знаки
U и 6 () совпадают, то имеется возможность не прикладывать компенсирующего управления, тем более если при этом а силу особенностей колебательного движения упругого элемента будет происходить снижение амплитуды его колебаний, определяемой по формуле R=(q +q- /О2) Я . Кроме того, если Ф знаки U и 9 () противоположны, то 1 знаки U и йБ будут совпадать, а это дает основание полагать, что если существует некоторое управление 11 позволяющее обеспечить перевод упругого элемента а новое состояние со значительно меньшей амплитудой колебаний, и если t>,11 =U U имеет тот
>ке знак, что и ЬБ,1, и, кроме того, JhU j (>>U> (, то вместо ЬБ можно использовать ЬU,. Для определения оЬластей, где нужно использовать
hU =0 и 6. Uт вместо KU>, рассмотрим нормированную параметром Я фазовую плоскость (q, q/(é) (фиг. 2) . Здесь прямой А-О-С обозначена линия 9 (q,q)=0 и, следовательно, справа GT нее область
8()>0, а слева - область 9(° )c0. Все, что изобра.,<ено на рассматриваемой фазовой плоскости, представлено для †в(1 в -r с1f)q=O (3) а! È2
2U где 0 — величина постоянного управляющего ускорения.
Разрешая (3) относительно U, получим выражения для расчета терминаль20 ного управления (управления, переводящего осциллятор в .начало координат) по текущим q и q:
О,5> q2
U =-- — — (— -+Ч) т с @2q (4) Данное выражение записано уже с учетом эффективности воздействия исполнительных органов системы стабилизации на упругий элемент. Анализ фазо. аой плоскости, представленной на фиг. 2, позволяет так же просто найти подобласть, в которой целесообразно использовать йБ =О. Эта подобласть ограничена криво>> А-0-В. Таким образом, закон формирования компенсирую35 щего управления может быть представлен в виде
О, SignU =Sign0hSignU =
=-$ gnq
6U = 5U, >>. U, ) !9(Л SignhU =
40 =-Sign9hSignU +=Signq (5)
-О(ч,ч) где h U, =U.-U ;
О 5ц а2
11 ? (3 +q) ° т с* й)2ц
45 11 =1<,(+1(zg
Предлагаемый закон управления реализуется системой стабилизации, функциональная схема которой представлена на фиг. 1, следующим образом.
Сигнал, соответствующий U, формируется на выходе сумматора 8. На выходе блока 13 формируется U в соответствии с выражением (1>), причем исходные значения параметров с* и й> поступают на установочные входы Ьлока 13. С выхода блока 14 снимается сигнал g (q,q)=a q+b*q, причем параметры а* и Ь* подаются на установочные (6) >67á 6 случая >> -О. ПОэтому для использО вания управления й11 пригодна лишь область, ограниченная кривой А-О-D.
Учитывая сравнительную малость собст5 венного демпфирования упругого weмента, опишем процесс .его управляемого движения в виде q=-43 q+U. Уравнение траектории, проходящей через текущую фазовую точку (q,q) и начало координат фазовой плоскости, может быть представлено в виде
1525676 е хОДы это," О блока, Ctt t . -1ал f 1.1 с. I-1vtf t.:."; с;TcR с выхОда сумматор2 1 >„ входящегQ
Б сост ан блока 12 на выходе которо,-0
t1I0pMII!»!етс 1 сОЬст Бенно значение AU!I .
Логика закона (», реал1лзуется в о. Оке 12, прич и истинность логического
Выражения (I> U,() (9(определяет компаpB Top 1 8,! iOI и 1Bc i
>1огического гыраженля sign(1U„=--Я>яг Сс— схема (c»,- а логическогG выражения
Я .gnU 1. =-Signq — схема 21. Истинность первого я второго лог; ческих ныражеГ ний1 закона 1»с) определяется элемен2Iftfa И 23 и 22 соответственно, которые и организуют формироьание требуемся управляющей информации на выходе блока 12 с помощью ключей 2(1 - 26, при
20 .Этом сумматор служит для формирования
О =11 +611 . На выходе датчика формируется текущее значение q, а на выходе блока — q соответственно.
Система стабилизации работает следующим образом.
Система стабилизации работает в полном соответствии с законом ()J управления. В обычных условиях, когда не требуется высокая точность управления, может быть использовано -оль- g0 ко 0 . Для этого параметры сй,с", а < и 1>" задаются нулевыми, а блоки 1»
v 14 формируют на выходе нулевую информацию. Соответственно и блок 12 формирует Ь11, =0. При необходимости высокоточного управления необходимо лишь задать значения вышеперечисленных параметров. Чем точнее эти параме гры будут заданы, тем, естественно, точнее и бь1стрее будут протекать нсе процессы в системе.
Предлагаемая система стабил>лзация (в Отличие от прототипа) обеспечинне †. практически полную компенсаци>0 возмущающе1-о влияния динамики присоединс«-,»= ного упругого элемента на угловое движение объекта управления. При этсм стратегия компенсирующего управления
БыЬра 42 так, чтоЬы обесг1ечить фактически я активное демпфирование колеgaI4vIt упру1-Oro элемента за ; ет рационального использонанля возможностей целенаправленного изменения нели.>яны компенс1 рующегo управления в зависимостии ст текущего состояния упругого элемента, что также способствует ДOстижению высокой то.;ности стабилизация ! углового положения объекта. В pBзультате Действия формируемого комбин
>Она1>ног Q уп ра аления я сам Ооъе,;
:;" а" ..-.ял.яЗИруЕТСЛ С ТрBOYB >bi!I XB×B. > Б<;;. я . Бове- ь колебаний, lp гог0 =.I::
1енТс> HBуклоннО я,<10<.: 2тОчнО Ьыстро убывает.,,пя>.ельность этого процесса в э1- ачительной степе;-,,: за исят От
IHBPЦИОННОСiX ИСПОЛЬЗУЕ<1ЫХ ЯСГ10ЛНЯ ОЛЬ14ЫХ ОРГБ140Н ., НБЧБЛЬНОi. БМПЛЯТ!t!Дbl
1<олебаний и требуемых точ .-осте . с., билизация объекта по у;-лу я усno ой
СКОРОСТИ > а Та КЖЕ Ча СТО i b! C! IBHbt На ка гриклзд>.lâàåìîãî управления. .Ф о р м у л а, з О О р е -: ..= н л я
Система стабилизации Объекта с г;рисоедя:-енным упруги> элементом содержащая блок 1 сполнителi=Hbfx органов „выходом подкл10ченный к входу объекта управления с присседи-:енным уп" ругим элем HTGH., первый Выход Об«BI<" та упранле-".я .Врез дат-.NI< угловой
СКОРОС,И ПОДКЛЮЧЕ I БХ >ДУ ПЕОБОГО, усиля. селя, а второй выход Объекта управления через да-»,як угла соеди - ЕН С ВХОДОМ Б ОРОГО УСИЛьi:ЕПЯ. нь1ходы первого и второго ус:,лителей подключенbl cooTdBòñònBI-::4о к пенному и второму ВходBII перноо сумматора, Вход датчи1<а 01 клОнения $ Ã1ругого элемента подклочен к выходу присоеди iBHHOf f p !f Ого В!>В IBHT2 а DblXOp датчика отклонения упругого э>1емента соединен с входом дяфференцирующего блока, о т л л ч а и щ а я с я тем, то, с целью повышения точности системы, она дополнительно снабжена вто-, рым сумма>ором, блоком формирования терминального управления, блоком формирования комп нси>зующего угравления я блоком формирования закона упранлеINR) причем выход датчика отклонения упруг, I-O элемента nO!„ I<ë10÷BH к первым
Входам блока формирования —,ерминальногс управления и блока формлрования компенсирующегo управления „к вторым входам которых подключены выход дифФерс.нцирующего блока л пе:рвый Вход блока формирования закона управленио, Выход Ьлока формирования компенсирую:1егс управлеHtfn соединен с ETopb:H Bxo
Дом блока формиpoâ2Hèÿ закона управле1 ия, третий вход ксп орегон соединен с выходом блока формирования тенминаль наго управления, а четвертый вход блока формирования за><01-12 управления соединен с выходом первогс сумма Opa л первым входом нтос>ого сумматора, Т0РО!1 ВХОД КOTOPOI ПОДКЛЮ ЕЬI К Hbl ходу логического бло:..à -"управления.
1525676
2. Система по и. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что блок формирования закона управления содержит сумматор, первый и второй формирователи модуля сигнала, компаратор, первый, второй и третий блоки сравнения знаков сигналов, первый и второй элементы И, первый, второй и третий ключи, причем первый вход блока формирования закона управления соединен с первым входом первого блока сравнения знаков сигналов, второй вход блока формирования закона управления соединен с первыми входами вто- 15 рого и третьего блоков сравнения знаков сигналов, информационным входом первого ключа и входом первого формирователя модуля сигнала, третий вход блока формирования закона управления соединен с первым входом сумматора, а четвертый вход - с вторым входом сумматора и вторыми входами первого и второго блоков сравнения знаков сигналов, выход сумматора связан с входом второго формирователя модуля сигнала, с вторым входом третьего блока сравнения знаков сигнала и информационным входом второго ключа, первый и второй входы компаратора связаны соответственно с выходами первого и второго формирователей модулей сигнала, выход компаратора подключен к первому входу первого элемента И, к второму входу которого подключен выход третьего блока сравнения знаков сигналов, а к третьему входу - выход первого блока сравнения знаков сигналов и первый вход второго элемента И, второй вход которого связан с выходом второго блока сравнения знаков сигналов, выход первого элемента И подключен к управляющим входам первого и второго ключей, выход второго элемента И связан с управляющим входом третьего ключа, информационный вход которого связан с выходами первого и второго ключей, выход третьего ключа соединен с выходом блока формирования закона управления, 3. С стема по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок формирования терминального управления содержит первый и второй квадраторы, первый и второй делители, первый и второй множители и сумматор, причем первый вход блока формирования терминального управления связан с первыми входами первого делителя и первого множителя, второй вход — с входом первого квадратора, третий вход - с входом второго квадратора и вторым входом первого множителя, а четвертый вход - с первым входом первого делителя, второй вход которого подключен к выходу второго квадратора, а выход второго делителя соединен с первым входом второго множителя, второй вход которого подключен к выходу сумматора, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом первого делителя и выходом первого множителя, выход второго множителя соединен с выходом блока формирования терминального управления.
4. Система по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок формирования компенсирующего управления содержит первый и второй множители и сумматор, причем первый, второй, третий и четвертый входы блока формирования компенсирующего управления связаны соответственно с первым и вторым входами первого множителя и первым и вторым входами второго множителя, первый и второй входы сумматора соединены с выходами первого и второго множителей, а выход сумматора - с выходом блока формирования компенсирующего управления.
,525676
Составитель В.Хромов
Техред N.Äèäûê Корректор С.Черни
Редактор А.Ревин
Заказ 7224/43 Тираж 788 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCP
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. ч /5
Производственно-издательский комбинат Патент, г.ужгород, ул,Гагарина, 101
