Нелинейное корректирующее устройство

 

Нелинейное корректирующее устройство относится к автоматическому управлению, предназначено для улучшения динамических характеристик системы автоматического регулирования, в частности приводов промышленных роботов и станков с числовым программным управлением, и является усовершенствованием известного устройства по авт.св. N 1120276. Целью настоящего изобретения является повышение точности и быстродействия устройства. Поставленная цель достигается за счет управления коэффициентом передачи усилителя устройства, которое позволяет целенаправленно изменять момент переключения корректируемой системы с отрицательной обратной связи на положительную и тем самым повышать ее быстродействие при изменяющихся параметрах. Переходный процесс системы с каждым шагом перестройки коэффициента передачи усилителя приближается к процессу с максимальным быстродействием и без перерегулирования. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) Щ)5 С 05 В 5/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Устройство содержит усилитель 1, блок 2 определения модуля, блок 3 умножения, первый пиковый детектор 4, масштабирующий блок 5, первый сумматор б, сигнум-реле 7, нуль-орган 8, второй сумматор 9, второй пиковый детектор 10 компаратор 11 формирователь 12 импульсов, элемент ИЛИ 13, реверсивный счетчик 14, блок 15 на чальной установки счетчика, пиковый . детектор 16 положительных значений, пиковый детектор 17 отрицательных значений, сумматор 18, источник 19 положительного напряжения питания, источник 20 отрицательного напряжения питания, конденсаторы 21 и 22, транзисторы 23-25, оптроны 26 и 27, резисторы 28-31, общая шина 33 устройства.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) !120276 (2l) 4491019/24-24 (22) 23.06.88 (46) 07.07..90. Бюл, 11 25 (71) Минский радиотехнический институт (72) А.Д.Горбачев, В.М.Коваленко, А.В.Николаев и Н.И.Ольшевский (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1120276, кл. С 05 В 5/01, 1983. (54) НЕЛИНЕЙНОЕ КОРРЕКТИРУЮ!ЦЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к автоматическому управлению, предназначено для улучшения динамических характеристик системы автоматического регулирования, в частности приводов про"

Изобретение относится к автоматическому регулированию, предназначено для улучшения динамических характеристик систем автоматического регулирования и является усовершенствованием устройства по авт.св.Р 1120276.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия устройства.

На фиг.! приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и 3 — фазовые траектории, поясняющие работу устройства; на фиг.4 — структурная схема пикового детектора; на фиг.5 — принципиальная электрическая схема сброса пикового детектора на фиг.б и 7 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.

2 мышленных роботов и станков С числовым программным управлением, и является усовершенствованием известного устройства по авт.св. Р 1120276.

Целью изобретения является повышение точности и быстродечствия устройства.

Поставленная цель достигается за счет управления коэффициентом передачи усилителя устройства, которое позволяет целенаправленно изменять момент переключения корректируемой системы обратной связи на положительную и тем самым повышать ее быстродействие при изменяющихся параметарх. Переходный процесс системы с каждым шагом перестройки. коэффициента передачи усилителя приближается к процессу с максимальным быстродействием и без перерегулирования. 7 ил.

1576881

Усилитель 1 выполнен управляемым.

В исходном состоянии он обладает ко ффициентом передачи К, определеным кодом, записанным в реверсивный

;счетчик 14 при помощи блока 15 наЬ вуальной установки счетчика. Каждый импульс, поступающий на суммирующий вход реверсивного счетчика 14, увеличивает его содержимое, что приводит к увеличению на К коэффициента усиления усилителя 1. Коэффициент усиления становится равным K +п,6К, где и — число импульсов, поступив,:ших на суммирующий вход счетчика 14.

Каждый импульс, поступающий на вычитающий вход реверсивного счетчи-. ка 14, уменьшает его содержимое, что приводит к уменьшению на К коэффициента усиления усилителя 1. Коэффициент усиления становится равным, К - пфК,где и<- число импульсов, поступивших на вычитающий вход реверсивного счетчика.

Пиковые детекторы 4 и 10 выполнены двусторонними..В качестве реверсивного счетчика может быть использован любой счетчик например двоичный.

Рассмотрим работу корректирующего .устройства на фазовой цлоскости (фиг.2 и 3) на примере системы второго порядка с передаточной функцией

К 35

Н(Р) - — — --—

Р(т + 1) где К = К K,K — коэффициент пеРеда о чи разомкнутой системы, корректируемой данным устройством, без учета коэффициента передачи корректирующего устройства;

К вЂ” коэффициент передачи корректирующего устройства.

Так как корректирующее устройство изменяет только знак обратной связи, характеристические уравнения для

5О положительной ц отрицательной обратных связей в системе записываются в виде

1 К

+ — - -- =0;

Т Т г 1. Ка

9+ - O+- =0

Т Т

Для первого случая характерно наличие двух фазовых траекторий в виде прямых 33, проходящих через нача-„ ло координат с угловыми коэффициентами, равными корням характеристического уравнения Я,> О, (О.Во втором

/ случае при 4К Т ) 1 фазовые траектории имеют вид скручивающихся спиралей 34 и:35. В исходном состоянии в системе включена отрицательная обратная связь, Начальные значения коэффициента передачи усилителя 1 и коэффициента передачи масштабирующего блока 5 устанавливаются такими, чтобы обеспечить в системе управления процесс без перерегулирования с требуемым быстродействием.

Выходной сигнал усилителя 1 преобразуется блоком 2 определения модуля к однополярному. В блоке 3 умножения происходит присвоение знака выходному сигналу блока 2 определения модуля-, Начальные условия заданы на фазовой плоскости (Х и Х фазовые координаты) точкой N. Движение происходит по фазовой траектории Nd (фиг.2). Первый пиковый детектор 4 запоминает экстремальное значение Х „входного сигнала Х корректирующего устройства.

В первом сумматоре 6 осуществляется сравнение текущего значения входного сигнала устройства с его запомненным экстремальным значением, преобразован ным масштабирующим блоком 5. Если коэффициент передачи масштабирующего блока 5 равен критическому, точка d достижения равенства Х = ш Х,принадлежит прямой с угловым коэффициентом фг, В точке d происходит включение положительной обратной связи системы,и движение происходит по этой прямой, Система обладает при этом наибольшим быстродействием при отсутствии перерегулирования.

Изменение параметров системы при заданном коэффициенте передачи масштабирующего блока 5 приводит к улучшению переходного процесса (фазовые траектории 34 и 35 на фиг.2 и 3 соответственно). Если произошло такое изменение параметров системы управления, что коэффициент передачи масштабирующего блока 5 станет выше критического, то движение из точки N проходит по спиралевидной траектории доточки а,, принадлежащей прямой с угловым коэффициентом 1C, 1ф

5 0 !

40

5 157

В точке а, выполняется равенство

Х = mX 1 и включается положительная

I обратная связь системы. Движение происходит до точки Х по участку гиперболы. В течение этого времени выходной сигнап второго сумматора 9 возрастает по модулю и входные сигналы компаратора II равны. В точке Х вью ходной сигнал второго сумматора 9 достигает экстремумаи начинает убывать по модулю. В этот момент на выходе компаратора 11 появляется перепад напряжений, из которого формирователь 12 формирует импульс сброса первого 4 и второго 10 пиковых детекторов. Импульс сброса поступает также на суммирующий вход реверсивного счетчика 14,увеличивая его содержимое, тем самым увеличивается на h,К коэффициент усиления усилителя 1.

После сброса пиковые детекторы 4 и 10 запоминают текущие значения входного сигнала устройства и выходного сигнала второго сумматора 9 соответственно. В системе включается отрицательная обратная связь системы и движение из точки Х в точку а, принадлежащую прямой с угловым коэффициентом 1С 7(С,, происходит по участку спиралевидной фазовой траектории. В точке а вновь включается положительная обратная связь системы, и процесс повторяется до тех пор, пока входной сигнал корректирующего устройства че станет равным нулю.

При этом с каждым переключением с положительной на отрицательную сторону связь системы происходит очередное увеличение на единицу соцержимого реверсивного счетчика 14 и, как следствие, увеличение коэффициента передачи усилителя 1 на 1 К, что обеспечивает пошаговое приближение переходного процесса к наилучшему для изменившихся параметров системы

Для сравнения на фиг ° 2 штриховой линией изображена фазовая траектория 34 переходного процесса системы без изменения коэффициента передачи усилителя 1.

Если параметры корректируемой системы изменились так, что значение коэффициента передачи масштабирующего блока 5 становится меньше критического, то переходныи процесс имеет колебательный характер {фиг.3, фазовая траектория 35 и фазовая траектория 33 для критического значения коэффициента передачи масштабирующего блока 5).

E исхоцном состоянии включена отрицательная обратная связь системы, При рассматриваемом изменении параметров движение в системе происходит из точки N по спиралевидной фазовой траектории. Первый пиковый детектор 4 и запоминает экстремальное значение сигнала Х, . При выполнении в точке а принадлежащей прямой с угловым

1 1 коэффициентом I С I> 3,1, равенства

Х = т Х происходит включение положио> тельной обратной связи системы. Далее до изменения знака Х движение проходит по участку гиперболы а Ь, В точке Ь, нуль-орган 8 вырабатывает и импульс, обнуляющий первый 4 и второй 10 пиковые детекторы и одновременно уменьшающий содержимое ðåâã-ðсивного счетчика 14, что приводит к уменьшению на К коэффициента передачи усилителя I. В системе включается отрицательная обратная связь и движение происходит по спиралевидной фазовой траектории 34. Первый пиковый детектор 4 запоминает очередное экстремальное значение входного сигнала Х . В момент равенства Х = m Х, (точка ". ) происходит о чередное включение положительной обратной сгязи системы. При этом точка а принадле.жит прямой с угловым коэффициентом С )((C I. .В дал íåéøåì процесс повторяется. Происходит пошаговое приближение переходного процесса к наилучшему для изменившихся параметров системы. При этом уменьшается колебательность и увеличивается быстродействие корректируемой системы.

Использование новых элементов реверсивного счетчика 14 и блока 15 начальной установки счетчика для управления коэффициентом передачи усилителя 1 выгодно отличает данное корректирующее устройство от известного, так как позволяет увеличить быстродействие и точность системы в условиях изменения ее параметров, и обеспечивается переходный процесс, пошагово приблюкаюшийся к процессу без перерегулирования. Отработку очередного воздействия при неизменных значениях параметров системы корректирующее устройство обеспечивает с наибольшим быстродействием и без перерегулирования.

1 576881 формула изобретения

Нелинейное корректирующее устройство по авт.св. У 1120276, о т л и— ч .а ю щ е е с я тем, что, с целью повь1шения точности и быстродействия устройства, в него дополнительно вве-! дены реверсивный счетчик и блок начальной установки счетчика, подключенный выходами к установочным входам реверсивного счетчика, соединенного суммирующим входом с выходом формирователя импульсов, вычитающим вхо.дом — с.выходом нуль-органа, а выходами — с группой входов управления коэффициентом передачи усилителя. ! 57688!

1576881

Редактор И. Горная

Заказ 1846 Тираж 651 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ, ССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101

- Уу

g)g

О

Составитель Г. Нефедова

Техред Л, Серд окова Корректор О. Ципле