Нелинейное корректирующее устройство

 

Изобретение относится к двухканальным нелинейным корректирующим устройствам и может быть использовано в быстродействующих системах позиционирования, например станках с программным управлением, высококачественных следящих системах и т.д. Целью изобретения является повышение экономичности, надежности, точности и быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в контур регулирования вместо релейного элемента с зоной нечуствительности вводится линейный регулирующий элемент, передаточная функция которого обратна произведению передаточной функции регулируемого двигателя и датчики скорости. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

/ (19) (И) А1 (51)5 С 05 В 5/01

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4312429/24-24 (22) 03.08.87 (46) 15.01.90. Бюл. N 2 (71) Минский радиотехнический Ин" ститут (72) А.Д. ГорЬачев, В.А. Барабаш, В.А.Погребенко, Д.В.Кестнер и О.А.Сосновский (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1226403, кл. С 01 В 5/01, 1984.

Авторское свидетельство СССР

М 1282076, кл. G 05 В 5/01, 1987. (54) НЕЛИНЕИНОЕ КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) ИзоЬретение относится к двухкаИзобретение относится к двухканальным нелинейным корректирующим устройствам и может быть использовано в быстродействующих системах позиционирования, например станках с программным управлением, приводах роботовманипуляторов, высококачественных следящих системах и т.д, Цель изобретения — повышение экономичности и надежности работы устройства.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема линейного регулятора.

Нелинейное корректирующее устройство (фиг. 1) содержит первый измеритель рассогласования 1, блок 2 умножения, первый сумматор 3, исполнительный двигатель 4 с нагрузкой, дат2 нальным нелинейным корректирующим устройствам и может быть использовано в быстродействующих системах позиционирования, например станках с программным управлением, высококачественных следящих системах и т.д. Целью изобретения является повышение экономичности, надежности, точности и быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в контур регулирования вместо релейного элемента с зоной нечувствительности вводится линейный регулирующий элемент, передаточная функция которого обратна произведению передаточной функции регулируемого двигателя и датчика скорости.

2 ил. чик 5 скорости, нелинейный корректирующий блок 6, пиковый детектор 7, первый масштабирующий блок 8, второй сумматор 9, сигнум-реле 10, первый переключатель 11, второй масштабирующий блок 12, третий сумматор 13, второй переключатель 14, источник 15 постоянного напряжения, нуль-орган 16, усилитель 17, четвертый сумматор IB, блок 19 памяти, компаратор 20, ключ

21, релейный блок 22, первый и второй входы 23,24 и первый, второй, третий выходы 25,26,27 нелинейного кор ректирующего блока 6, интегратор со сбросом 28, второй измеритель рассо" гласования 29, линейный регулятор 30.

Линейный регулятор 30 содержит резисторы 31 — 35, конденсатор 36, операционные усилители 37 и 38, общую шину 39.

1536351

Рассмотрим работу нелинейного корректирующего устройства при постоянном моменте сопротивления нагрузки и неизменной электромеханической постоянной времени двигателя для двух случаев: треугольного и трапецеидального профилях диаграммы скорости исполнительного двигателя, В первом случае насыщения скорости 10 вращения двигателя 4 не происходит и ключ 21 остается все время в замкнутом состоянии, так как на его управ, ляющий вход не подается сигнал с. выхода релейного блока 22. Поэтому в этом 1 случае система характеризуется режимом разгона, движением с постоянной скоростью, торможением и режимом апериодического движения к точке позиционирования. При этом нелинейный корректирующий блок 6 обеспечивает режим разгона и торможения с максимально возможным ускорением ам.

В случае трапецеидального профиля диаграммы скорости исполнительного двигателя 4 система работает следующим образом.

Начиная с некоторого момента времени t<, двигатель достигает максимально возможной скорости (6< и продолжает работать в режиме насыщения.

До момента времени t =-d„/а устройство работает так же, как и в режиме разгона для первого случая, а в момент ti напряжение с датчика 5 скорости превышает зону нечувствитель35 ности. релейного блока 22 и на его выходе появляется сигнал, который поступает на управляющий вход ключа 21, вызывая его размыкание. При этом сигнал на выходе, первого переключателя

11 становится равным нулю, а сигнал с выхода источника 15 постоянного напряжения, пройдя через второй переключатель 14 и усилитель 17, перемножается в блоке 2 умножения с сигналом с выхода датчика скорости обеспечивая движение исполнительного двигателя в режиме насыщения.

В момент tq сигнал с выхода релейного блока 22 подается также на управляющий вход блока 19 памяти, в результате чего в нем фиксируется значение сигнала с выхода сумматора 18, которое хранится до появления на другом управляющем входе блока 19 памяти сигнала с выхода нуль-органа 16.

В компараторе 20 сигнал с выхода блока 19 памяти сравнивается с сигналом рассогласования с выхода измерителя рассогласования 1 и в тот момент, когда их значения сравняются, на выходе компаратора 20 появляются сигнал, замыкающий ключ 21.

При этом сигнал с выхода сигнумреле 10 через ключ 21 и переключатель 11 подается на сумматор 3, в результате чего обеспечивается оптимальное торможение исполнительного двигателя 4. Далее при подходе к точке позиционирования переключатели 11 и !4 пропускают на свои выходы сигнал с выхода измерителя рассогласования, создавая апериодическое движение в установившемся режиме.

Рассмотрим работу системы при изменении электромеханической постоянной времени двигателя или момента сопротивпения нагрузки.

На фиг. 1 можно выделить два контура. Первый включает в себя нелинейный корректирующий блок и исполнительный двигатель.

Второй контур, включающий в себя линейный регулятор и исполнительный двигатель, является более быстродействующим, чем первый контур. Динамические характеристики первого контура (системы в целом) задаются величиной входной уставки и в процессе регулирования должны огтаваться постоянными. При отклонении истинных динамических характеристик системы от желаемых динамических характеристик вторым контуром при помощи линейного регулятора осуществляется подача дополнительного сигнала к сигналу управления нелинейного корректирующего устройства. Дополнительный сигнал к сигналу управления с линейного регулятора 30 поступает на третий вход первого сумматора 3. Сигнал на вход линейного регулятора 30 поступает. со второго измерителя рассогласования

29 и представляет собой разность сигнала с выхода датчика 5 (формирующего истинный профиль скорости) и интегратора со сбросом 28 (формирующего желаемый профиль скорости, рассчитанный для номинального момента сопротивления нагрузки и номинального значения электромеханической постоянной времени двигателя)„ Интегратор со сбросом работает как B известном уст ройстве.

Высокое быстродействие второго кон-! тура достигается, осли передаточную

5 15 функцию линейного регулятора выбрать как передаточную функцию, обратную передаточной функции двигателя 4 с номинальными параметрами

w„(s)= — — ——

ТнS+t (1) зо где Изо(Ы) — передаточная функция линейного регулятора;

Т,ц,К, - соответственно номинальные электромеханическая постоянная времени и ко-. эффициент усиления двигателя 4; — малая постоянная времени линейного фильтра, выбирается из условия реализации с Т

Техническая реализация линейного регулятора представлена на фиг.2.

Если выражение (1) преобразовать к виду

36351

Ф о р и у л а

45

55.изведению передаточной функции исполая 4о (Б) =э +--,—

" 3+1

Ти 1-Тя/ где ai-- — — а = — — —— (в 2 о . O то передаточная функция (1) линейного регулятора 30 набирается при выполнеR32 нии соотношений: а =-, ---; с =Е32 С36.

Р3

R34=R35; а =- — —.

1 33

Первый сумматор может быть реали- зован на операционном суммирующем усилителе. Реализация линейного регу.лятора 30 по передаточной функции (1) позволяет практически без запаздывания непрерывно преобразовывать сигнал рассогласования с выхода измерителя рассогласования 29 и тем самым скомпенсировать появившуюся ошибку отработки заданной диаграммы скорости °

В результате этого характер изменения регулируемой величины все время стремится к желаемому виду, несмотря на отклонение параметров двигателя и нагрузки от расчетных.

Таким образом,. использование линейного регулятора, передаточная функция которого задана в виде (t), позволяет системе отрабатывать задающее ступенчатое воздействие с желаемыми динамическими характеристикаии как при заданных, так и при длительно изменяющихся моментах сопротивления нагрузки и электромеханической постоянной времени двигателя. В результате повышается экономичность и надежность работы системы в целом.

6 изобретения

Нелинейное корректирующее устройс ство, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, исполнительный двигатель с нагрузкой, датчик с;: скорости и блок умножения, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, а также последовательно соединенные первый измеритель рас согласования, пиковый детектор, первый масштабирующий блок, второй сумматор, сигнум-реле, ключ и первый переключатель, второй вход которого соединен с вторым входом второго сумматора, первым входом пикового детектора и входом нуль-органа, первыми входами третьего и четвертого сумматоров, компаратора и второго переключателя, выход которого через усилитель связан с вторым входом блока умножения, выход нуль-органа подсоединен к первому управляющему входу блока памяти, второму входу пикового детектора,и через интегратор - к первому входу второго измерителя рассогла-сования, второй вход которого соеди.-:: нен с выходом датчика скорости и входом релейного блока, выход пикового детектора через второй масштабирующий блок связан с вторым входом третьего сумматора, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго переключателей, выход релейного блока соединен с вторым управляющим входои блока памяти и первым управляющим входом ключа, второй управляющий вход которого подсоединен к выходу коипаратора, выход пикового детектора связан с вторым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к информационному входу блока памяти, выход блока памяти связан с. вторыи входом компаратора, второй вход второго переключателя подключен к выходу источника постоянного напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения экономичности и надежности устройства, выход второго измерителя рассогласования подключен к третьему входу первого сумматора через линейный регулятор, переда", точная, функция которого обратна пронительного двигателя и передаточной функции датчика скорости.

1536351

Составитель С.Никишов

Редактор M.Håäoëóæåíêî Техред Yi.Дидык Корректор В.Гирняк

« 4 Ве

Заказ 107 Тираж 637 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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