Следящая система

 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано в системах с оптимальными по быстродействию переходными процессами, например в системах слежения за положением в робототехнических системах, в радиолокационных системах слежения за целью и других следящих системах широкого профиля. Целью изобретения является повышение быстродействия следящей системы и расширение области применения. Следящая система содержит элемент 1 сравнения, усилитель 2, первый сумматор 3, корректирующее звено 4, усилитель мощности 5, исполнительный механизм 6, блок 7 формирования управляющего сигнала, масштабный усилитель 8, второй сумматор 9, блок 10 формирования начальных условий, третий сумматор 11, блок 12 слежения-хранения (информации), ключ 13, блок 14 компенсации нулей передаточной функции следящей системы, блок 15 формирования модуля сигнала, блок 16 компараторов, первый 17, второй 18, третий 19, четвертый 20, пятый 21 и шестой 22 элементы И-НЕ. 10 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО!.!ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (!!) А1 (51)5 С 05 В 11/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (21) 4487468/24-24 (22) 28.09.88 (46) 30.08.90. Бюл. N - 32 (7!) Киевский институт автоматики им.XXV съезда КПСС (72) Н.В.Градобоева и А.В.Стеклов (53) 62-50(088.8) (56) Зайцев Г,Ф., Стеклов В.К. Квазиоптимальные следящие системы.

Киев: Вища школа, 1981, с.72, рис.3.!а. (54) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к .технике автоматического регулирования и может быть использовано в системах с оптимальными по быстродействию переходными процессами, например в системах слежения за положением в робототехнических системах, в радиолокационных системах слежения за целью и

2 других следящих системах широкого профиля. Целью изобретения является повышение быстродействия следящей системы и расширение области применения. Следящая система содержит элемент сравнения; усилитель 2, пер- . вый сумматор 3, корректирующее звено 4, усилитель мощности 5, исполнительный механизм 6, блок 7 формирования управляющего сигнала, масштабный усилитель 8, второй сумматор 9, блок !

О формирования начальных условий,: третий сумматор 11, блок 12 слеженияхранения (информации), ключ !З,блок 14 компенсации нулей передаточной функции следящей системы, блок 15 формирования модуля сигнала, блок 16 компа- Е раторов, первый 17, второй 18, третий !9, четвертый 20, пятый 21 и шестой 22 элементы И-НЕ ° 10 ил. С:

1589254

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано в системах, требующих оптимальных по быстродействию переход5 ных процессов, например, в системах слежения за положением в робототехнических системах, в радиолокационных системах слежения за целью, а также может найти применение при построении быстродействующих следящих систем широкого профиля.

Цель изобретения — повышение быстродействия следящей системы, расширение области применения. 15

На фиг.l представлена структурная схема следящей системы; на фиг.2 блок формирования управляющего сигнала; на фиг.3 — - блок слежения и хранения информации, на фиг.4 — схема мас- 2 штабного усилителя; на фиг.5 — блок формирования начальных условий; на фиг.6 — блок компенсации нулей передаточной функции; на фиг.7 — схема ключа; на фиг.8 — блок выделения модуля 25 сигнала на фиг.9 — блок компараторов; на фиг.10 - временная диаграмма работы следящей системы.

Следящая система (фиг.l)содержит последовательно соединенные элемент 1 сравнения, усилитель 2, первый сумматор 3, исполнительное устройство,включающее корректирующее звено 4, усилитель 5 мощности, исполнительный механизм 6, выход которого является выходом системы, блок 7 формирования управляющего сигнала, масштабный усилитель 8, второй сумматор 9, блок 10 формирования начальных условий, третий сумматор ll, блок 12 слежения-хра-4 нения (информации), ключ 13, блок 14 компенсации нулей передаточной функции следящей системы, блок 15 формирования модуля сигнала, блок 16 компараторов, первый 17, второй 18, тре- 45 тий 19, четвертый 20, пятый 21, шестой 22 элементы И-НЕ.

Блок 7 формирования управляющего сигнала (фиг.2) содержит последовательно соединенные измеритель 23 амп-, . 0 литуды скачков задающего воздействия, ключ 24, а также дифференцирующее звено 25 и два преобразователя 26 и 27 амплитуды выходного сигнала ключа 24 в длительность импульса, сумматор 28.

Блок 12 слежения-хранения информации (фиг.3) включает последовательно соединенные операционный усилитель 29, включенные параллельно транзисторы 30 и 3! и операционный усилитель 32, а также запоминающий конденсатор 33, включенный между неинверсным входом усилителя 32, выход. которого является выходом устройства 12 и общей шиной, транзистор 34, включенный между инверсным входом и выходом операционного усилителя 29, последовательно включенные элементы НЕ 35 и 36, резистор 37. При этом неинверсный вход операционного усилителя 29 является первым, информационным входом устройства 12. Вход элемента 35 является вторым, управляющим входом устройства 12. Затвор транзистора 3! соединен с входом элемента 36, выход которого соединен с затворами транзисторов 34 и 30. Резистор 37 включен между инверсным входом операционного усилителя 29 и выходом операционного усилителя 32.

Масштабный усилитель 8 (фиг.4) содержит последовательно включенные транзисторы 38 и 39 и опе-„ационный усилитель 40, а также резисторы 41-43.

Блок 10 формирования начальных условий (фиг.5) содержит резисторы 44-50, конденсатор 51, операционные усилители 52 и 53, транзисторы 54 и 55 и представляет собой последовательно соединенные апериодическое звено и инвертирующий усилитель.

Блок 14 (фиг.6) содержит резисторы 56-64, конденсатор 65, операционные усилители 66-68 и представляет собой интегро-дифференцирующее звено.

Ключ 13 (фиг.7) включает резистор 69, операционные усилители 70 и 71, диод 72. При этом резисторный вход является информационным. Неинверсный вход операционного усилителя 71 является вторым, управляющим входом, а выход усилителя 70 — выходом ключа 13.

Блок 15 (фиг.8) формирования модуля сигнала содержит три одинаковые по входам и выходам схемы, каждая из которых содержит резисторы 73-75, диод 76, операционные усилители 77 и 78.

Блок 16 компараторов содержит три одинаковые, автономные по входам и выходам схемы, каждая из которых содержит (фиг,9) резисторы 79 и 80, операционный усилитель 81, стабилитрон 82.

Следящая система работает следующим образом (фиг,l).

Входной сигна ((1) поступает на первый вход элемента l сравнения, где

15892

50 сравнивается с выходным сигналом исполнительного механизма 6. В момент приложения ступенчатого воздействия блок 7 начинает вырабатывать импульс амплитудой q с длительностью, определяемой параметрами системы и пропорциональной значению скачка входного воздействия, формируемого измерителем 23 амплитуды. Через ключ 24 ве- 10 личина q поступает на входы преоб1» разователей 26 и 27 амплитуды сигнала в длительность (на 26 — при положительном значении скачка, на 27 — при отрицательном), которые включаются сигналами с выхода дифференцирующего звена 25.

На выходе сумматора 28, первом выходе блока 7 формируется сигнал постоянной амплитуды q и длительностью, 20

1 пропорциональной амплитуде скачка входного сигнала. На выходе измерителя 23 амплитуды сигнала формируется сигнал, равный значению скачка входного сигнала, который представляет вто- 25 рой выход блока 7. Ключ 24 работает по алгоритму: при положительном значении скачка вход ключа соединяется с преобразователем 26, при отрицательном — с входом преобразователя 27. 30

Сигнал q поступает на второй вход

1 сумматора 3, вследствие чего начинается разгон исполнительного механизма 6 с максимальной скоростью, на первый вход блока 15 формирования модуля сигна35 ла, вследствие чего на первом выходе блоха 16 компараторов формируется сигнал "0", который проходит через элементы 17-19 и формирует сигнал "1" на втором входе усилителя 8, благода- 40 ря чему подключается сигнал с выхода блока 7 формирования управляющего сигнала на вход сумматора 9 с коэффициентом масштабирования, определяемым коэффициентом передачи усилителя 8, 45

На второй вход блока 10 формирования начальных условий поступает сигнал

"0" с выхода элемента 18 вследствие чего снимается обнуление блока 10.

При этом блок 12 слежения-хранения информации работает в режиме слежеиия, ключ 13 разомкнут "0", поступающим с элемента 22.

На выходе блока 10 формируется переменный во времени по амплитуде (при апериодическом звене — экспоненциальный), пропорциональный значению сигнала q и сигналу с выхода

1 усилителя 8, причем его динамической

54 б составляющей, за счет связи выход усилителя 8 — инверсный вход сумматора 11.

В момент окончания действия сигнала на выходе логического элемента 22

1 появляется сигнал "1", которая переводит блок 12 в режим хранения, а ключ 13 — в состояние "Включено",, тем самым подключая блок 12 к блоку 14, который является интегро-дифференцирующим. Постоянная времени интегрирующей части выбирается равной постоянной времени, соответствующей нулю передаточной функции следящей системы.

На выходе блока 14 начинает формироваться переменный во времени по амплитуде сигнал (экспоненциальный при опериодическом типе блока 14), убывающий. В момент равенства сигналов с выхода блока 14 и порога срабатывания, настроенного на "0", схемы блока 16 компараторов, на третьем выходе блока 16 компараторов формируется "1", поступающая на первый вход элемента 22, на выходе которого формируется "0", переводящий блок 12 в режим слежения, а ключ 13 — в состояние "Выключено", т.е. разомкнутое.

Блок 10 переходит в режим обнуления при появлении на выходе блока 14 ненулевого сигнала, а, значит, "0" на третьем выходе блока 16 компараторов. При этом усилитель 8 переходит в начальное состояние, так как íà его второй вход поступает "0", переводящий входной ключ на транзисторах 38 и 39 в разомкнутое состояние. Таким образом, на выходе блока 14 и на третьем входе сумматора 3 формируется . сигнал управления на второминтервале управления, переменный по амплитуде и определяемый параметрами блока 14 и значением выходного сигнала сумматора 11 в момент окончания первого интервала управления.

На временной диаграмме работы следящей системы (фиг.10) представлены: а — вариант изменения входного сигнала; б — выходной сигнал блока 7 по первому выходу; в — сигнал на выходе блока 10; г — сигнал на выходе элемента 22; д — сигнал на выходе блока 14; е — сигнал на выходе элемента 18; к — сигнал на выходе элемента 19; л сигнал на выходе следящей системы.

Например, для следящей системы, передаточная функция которой имеет вид

1589254

/(Т> Т, Ц /(T>S + 1);

-К(т,- тз)

W 1 W

«<,1

» т,— т, wÄ = (т,— т,)s/(ò,s + 1).

Я т, — т -«/т (t) -- — -е и

0

q,(t) 0(t

О»

Быходной сигнал следящей системы име- ет вид при q >a(i 011((20

1 к(Т,Б + 1) 8(Т18+1) (Т,8+1) 0(t (t

Tg)К

1) (Т,5+1)

Зт (Т,—

p(S) = U» (t ) ( э с«(S) Ц,К(1+С,е + С е ), 0

-a,«41

U„(t, ) К,(„« (е -е ) т, pj(t) =

t(t (t>, 1 ((), t

Благодаря этому в следящей системе исключается перерегулирование, которое всегда присутствует при наличии дифференциальной компоненты в правой части дифференциального уравнения, описывающего следующую систему, соТЗ- Ч1 40

С

1 т,— т

1 о(»

Следовательно, по быстродействию оптимизируется система без дифферен- 45 циальной составляющей, представляющей нуль передаточной функции, которая компенсируется на втором интервале управления, вследствие чего система, опи- сываемая передаточной Функцией, со- 50 держащей нуль, оптимизируется по быстродействию, благодаря чему повышается ее быстродействие, Таким образом, для обеспечения оп тимального по быстродействию управления используются два интервала управления: первый, на котором амплитуда сигнала управления постоянная, и второй, на котором амплитуда сигнала упк(Т„Б + 1)

"Ъ(й—

У (Т,Б+ I) (тр +1) пРичем Ть т, Т 7Т,; И = 1;

K1(T S+1)/S, y = 1; W = К /(Т Б +

+ 1), ° ю ° передаточные функции элементов компенсационного канала определяются

ы,- -1/K» ws- 1; wto= (к(т,— т,)/

30 что соответствует при q1>a(; U«(t1) )a(Сигнал управления, поступающий на сумматор 3, определяется следующим выражением

1589254 ответствующей нулю передаточной функции системы, и следящая система становится оптимальной по быстродействию в переходном режиме а в установивУ

5 шемся — имеет высокую точность эа счет наличия интегральной составляющей в передаточной функции корректирующего звена, вследствие чего повышается качество следящей системы при повышении ее быстродействия эа счет введения режима оптимального быстродействия для систем, описываемых передаточной функцией, содержащей нули.

Таким образом, в предлагаемой сле- 5 дящей системе rо сравнению с прототипом повышено быстродействие за счет применения оптимального по быстродействию управления при расширении ее технических возможностей эа счет вве- 20 дения компенсационного канала, позволяющего оптимизировать по быстродействию следящие системы с ПИД-регулятврами в контуре или системы, объект управления которых описывает- 25 ся передаточной функцией, содержащей нули, благодаря чему повышается быстродействие следящей системы при расширении ее технических воэможностей.

30 изобретения

Формула ния, в нее дополнительно введены блок компараторов, блок формирователей модуля сигнала, масштабный усилитель, второй и третий сумматоры, блок

Следящая система, содержащая элемент сравнения, суммирующий ход кото.— рого является задающим входом систе35 мы и соединен с входом блока формирования управляющего сигнала, выход элемента сравнения через усилитель подключен к первому входу первого сумматора, выход первого сумматора через 40 последовательно соединенные корректирующее звено и усилитель мощности подключен к входу исполнительного механизма, выход которого является выходом системы и соединен с вычитающим входом элемента сравнения, первый вы ход блока формирования управляющего сигнала связан с вторым входом первого> < сумматора, отличающаяся тем, что, с целью повьш ения быстродействия и расширения области примене- О формирования начальных условий, блок комгенсации нулей передаточной функции системы, блок слежения-хранения, ключ, а также первый-шестой элементы И-HE причем второй выход блока формирования управляющего сигнала соединен с информационным входом масштабного усилителя, вход разрешения которого связан с выходом третьего элемента И-HE а выход — с первыми входами второго и третьего сумматоров, второй вход второго сумматора соединен с первым выходом формирования управляющего сигнала, первым входом блока формирователей модуля сигнала и вторым входом первого сумматора, выход второго сумматора подключен к информационному входу блока формирования начальных условий, выход которого связан с вторым входом третьего сумматора и вторым входом блока формирователей модуля сигнала, третий вход которого подключен к выходу блока компенсации нулей передаточной функции системы и третьему входу первого сумматора, первый, второй и третий выходы блока формирователей модуля сигнала соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока компараторов, первый выход которого связан с первыми входами первого и пятого элементов И-НЕ, второй выход связан с вторым входом первого и входом четвертого элементов И-НЕ, а третий выход — с первыми входами второго и шестого элементов И-НЕ, выход первого эле-, мента И-HE соединен .с вторым входом второго элемента И-НЕ, выход которого связан с входом обнуления блока формирования начальных условий и входом третьего элемента И-НЕ, выход четвер- того элемента И-НЕ подключен к второму входу пятого элемента И-НЕ, выход которого связан с вторым входом шестого элемента И-НЕ, выход третьего сумматора подключен к информационному входу блока слежения-хранения, к управляющему входу которого подключены выход шестого элемента И-HE и управляющий вход ключа, выход блока слеженияхранения соединен с информационным входом ключа, выход которого соединен с входом блока компенсации нулей передаточной функции системы.

1589254

Ore

1589254

Фиг. 7! 589254 опорн

К1б —.Ф » g

O N

Составитель В.Хромов

Техред Л..Олийнык

Корректор Н.Ревская

Редактор И.Касарда

Заказ 2540 Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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