Трехканальная следящая система

 

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано при построении прецизионных следя ьцих систем с ш ироким диа пазр н о м регулирования скорости в различных областях техники. С целью повышения точности в системе используются оптимальные настройки регуляторов каналов, позволяющие минимизировать дисперсию ошибки трехканальной следящей системы при случайном полезном сигнале, измеренном со случайной помехой, и действии случайных возмущений при учете ограничений на управление и переменные состояния в исполнительных двигателях каналов управления. 2,ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 05 В 11/01

ГОСУДАРСТ8ЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4, (Ф

«О

1 (21) 4727161/24 (2 2) 27.04.89 (46) 29.02.92. Бюл. М 8 (71) Украинский заочный политехнический институт им; И.З.Соколова (72) Б.И, Кузнецов (53) 62-50 (088,8} (56) Авторское свидетельство СССР

N. .869050, кл. G 05 В 11/01, 1981.

Авторское свидетельство СССР

N 553590, кл. 6 05 В 1 1 /01, 1 977. (54) ТРЕХКАНАЛЬНАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕ-МА (57) Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть исИзобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для построения прецизионных; следящих систем с широким диапазоном ре-. гулирования скорости в различных областях техники.

Известна следящая .система, содержащая управляющий канал состоящий иэ последовательно соединенных чувствительного элемента, первого усилителя, пеп.- вого исполнительного двигателя и первого редуктора. и опорный канал, состоящий из последовательно соединенных второго усилителя, второго исполнительного двигателя и второго редуктора, причем выходы редукторов соединены через дифференциал и силовой редуктор с обьектом управления, соединенным с чувствительным элементом;

Система содержит первый и второй сумма-:— . торы, первый и второй источники опорного сигнала и измеритель скорости, при этоМ первый вход первого сумматора соединен с

„„5g 1716479 А1

2 пользавано при построении прецизионных следящих систем с широким диапазоном регулирования скорости в различных областях техники. С целью повышения точности в.си- стеме используются оптймальные настройки регуляторов каналов, позволяющие минимизировать дисперсию ошибки трехканальной .следящей системы при случайном полезном сигнале, измеренном со случайной помехой; и действии случайных возмущений при учете ограничений на управление и переменные состояния в исполнительных двигателях каналов управления.

2,ил. выходом чувствительного элемента, второй вход — с выходом первого. источника опорного. сигнала, а выход — с входом первого усилителя, вход измерителя скорости соединен с выходом первого исполнительного двигателя, а выход — с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходам второго источника опорного сигнала, а выход — с входом второго усилителя опорного канала.

Недостатком известной системы является относительно низкая точность обработки быстроизменяющегося задающегося воздействия, приложенного к обьекту управления.

Наиболее близкой по.технической сущности и достигаемому результату к изобретению является двухканальная следящая система с:.раздельной нагрузкой. содержащая последовательно соединенный первый чувствительный элемент, привод грубого канала, редуктор и первую платформу, с кото1716179 рой соединен первыи чувствит. ствительный эле- лителя мощности, третий привод содержит мент и на которой установле овлен моментный последовательно соединенные сумматор, двигатель, кинематически с и связанный с вто- усилитель мощности, исполнительный двирой платформои, на кото которой установлен гатель и датчик скорости, а также датчик датчик абсолютной угловой ск о ой скорости выход 5 положения, соединенный входом с выходом

I которого через первыи кор орректирующий исполнительного двигателя, и датчик тока, фильтр соединен с первым входо входом суммато- вход которого соединен с выходом усилитеЪ ра, второй вход которого ч к то ого через второй кор- ля мощности, введены три фильтра, по два ий фильтр соединен с выходом масштабирующих усилителя в первый и втовторого чувствительного элемента, кинема- 10 рой приводы, три масштабиру щ у тически соединенного с второй платфор- теля в третий привод, причем выходы мой, вход моментного двигателя через первого и второго усилителей сигнала ошибусилитель связан с выходом сумматора, кро- ки соединены через первый и второй фильметого,системасодержитпоследовательно тры с вторыми входами сумматорами соединенные датчик угл ик угла поворота ро- 15 соответственнопервогоитретьегопривода, тора моментного двигат двигателя относительно выход датчика скорости первого привода статора, масшта ирующии лок б блок и фильтр соединен через третий фильтр с вторым вховысоких частот, выход которого соединен с дом.сумматора второго привода, причем в дополнительным входом сумматор, сумматора, а мо- каждом приводе выход датчика тока соотментный двигатель соединен с датчиком угла 20 ветствующего привода через первый масшповорота ротора моментн г е тного двигателя от- табирующий усилитель соединен с третьим входом сумматора, выход датчика скорости носительно статора. ес ной системы — срав- соответствующего привода через второй

Недостатки известн нительно низкая точность системы при об- масштабирующий усилитель с четвертым работке случайных входных воздействий, 25 входомсумматора,а выходдатчикаположеизмеряемых со случ йн случайными помехами, и ния через третий масштабирующий усилидействий случайнь1х возмущающих воздей- тель — с первым входом сумматора третьего ствий, Имеющиеся в приводах регуляторы привода.

На фиг,1 показана структурная схема и-го поря ка не позволяют эф- 30 трехканальной следящей системы.

Трехканальная следящ я ая система содержит первый 1 и второй 2 измерители

3 т ой 4 силители сигЦель изо рет н

Ц бретения — повышение точно- ошибки, первый 3 и второи у и в ежиме слежения за случай- наловошибки,первуюБи вторую ф рт 6платфости системы в режиме сл и фе енциал 7, первый привод 8, ными входными сигналами при-. измерении 35 мы, дифференциал, и в их со случайными помехами и ми и воздействии включающий источник 9 опорного напряжеt ния с ммэтрр 10, усилитель 11 мощности, 3

У я ель достигается тем, что в исполнительный двигатель 12, редуктор 1 казанная цель до трехканальную следящу едящую систему, содер- датчик14токаидатчик13с ро, р н го нажащую первый и второи приводы, риводы соеди- 40 16, включающий источник 17 опорного нненные выходами через дифференциал фф ренциал с пряжания. сумматор 18, усилитель 19 мощт ль20, тий привод, испол- ности, исполнительный двигатель атчик 23 сконительный двигатель которого установлен редуктор 21, датчик 22 тока и датчик скона пе вой платформе и кинематически свя- рости, третий привод 24, включающий сумзан с второй платформой, первый и второй 45 матор, у на первой плат орме и кинемат то 25, сипитель 26 мощности, 27 этчик 28 тоизмерители ошибки, первые входы которых исполнительный двигатель 27, датчик 2 тоисте- ка, датчик 29 скорости и датчик 30 положеявляются первым и вторым входами системы, вторые входы кинематически связаны с н ия первый 31, второй, третии соответствующей платформой, е ф рмой первый и фильтры, первый 34 и второй 35 масштабииво а пе и сигнала ошибки, соеди- 50 рующие усилители первого привода, и р36 и 37 асштабирующие ненные входами соответствующих измерией оши ки, и ичем пе вый и второй усилители второго привода, первый38, вто,ф- ой 39 и третий 40 масштабирующие усилиприводы содержат последовательно сое »- рой и третий ненные источник опорн орного напряжения„тели третьего привода, ммэто, силитель мощности, исполни- 55

На фиг.2 показана структурная схема тельный двигатель и редуктор, выход которого является выходом привода, а также ф р фильтров. ходом с вы- Схема содержит интеграторы. . 41 42

A атчик скорости, соединенный входом с sатчик масштабирующие усилители 43 — 48, суммаходом исполнительного двигателя, и да

-:-,к а. вход которого соединен с выходом уси- р то ы 49-51.

1716479

Трехканальная следящая система работает следующим образом.

При равенстве входного Р> и выходного а1 воздействий грубого первого привода 8 исполнительный двигатель 12 и исполнительный двигатель 20опорного второгодривода 16 вращаются с. одинаковыми. по величине, но противоположными по знаку скоростями за счет опорных сигналов, подаваемых на сумматоры 10 и 18 источников:9 и 17 опорных напряжений. Выходной: мл дифференциала 7 неподвижен, а следовательно, неподвижна и первая платформа 5.

При появлении сигнала ошибки междуза@ающим,8 .и входным а1 воздействием исполнительный двигатель 12 первого привода 8 увеличивает (или уменьшает} скорость относительно опорного значения. За счет сигнала с датчика 15 скорости враще. ния исполнительного двигателя 12 изменя.-: ется скорость вращения и.исполнительного двигателя 20 второго привода 16:, причем в обратном-направлении по отйошению к ско:рости вращения основного исполнительного двигателя 12 грубого первого привода 8, за счет чего происходит изменение положения первой платформы 5 в сторону уменьшения рассогласования между входным

Р1 и выходным а1 воздействием грубого канала. Это позволяет повысить плавность,и точность работы па скорости (особенно при малых скоростях) и, следовательно, повысить точность работы по углу поворота первой платформы.

Перемещение второй платформы 6 происходит по сигналу рассогласования между

Входным Д и выходным ая вОЗдейстВием второй платформы. Так как первая платфор-. ма 5 вращается вместе с второй платформой

6, а выходная величина а равна сумме перемещения первой платформы отноСительно неподвижного основания и второй . платформы относительно первой за счет ра= боты исполнительного двигателя 27, третьего привода 24, то третий привод 24 отрабатывает ошибку первой платформы .5 и, следовательно, осуществляет точное слежение за воздействием Pz.

При пользовании двухканальной системы управления первой платформой

5 существенно расширяется диапазон регулирования скоростей, повышается плавность регулирования, а также увеличивз6тбябыстродействие. отработки углов перемещения первой платформы 5 по меньшей мере в два раза..

Так как ошибка отработки задающего воздействия Р1 с помощью первой платформы за счет введения опорного второго

\ канала существенно уменьшается, то это позволяет уменьшить зону линейности дискриминаторной характеристики второго измерителя 2 ошибки, точно го третьего

5 привода 24, так как эквивалентный спектр его входного сигнала определяется ошибкой отработки задающего воздействия с помощью первой платформы 5. Это позволяет повысить коэффициент усиления точного

10 третьего привода 24, а следовательно, дополнительно уменьшить ошибку слежения

- за основным управляющим воздействием.

Некоррелированные между собой случайные воздействияP>(t)P(t) и помехи из15 мерения f> (t), fz (t) задаются от источников типа белого шума единичной интенсивностью с. помощью формирующих фильтров.

Оптимальный канал, управления представляет собой последовательное соединение

20 оптимальногофильтра, с помощью которого восстанавливается с минимальной дисперсией эквивалентное задающее воздействие канала и собственно регулятор системы. Из теории оптимального управления известно, 25. что дисперсию ошибки управлейия минимизирует линейный регулятор, реализующий обратные связи по всем переменным состояния системы, Первый привод 8 содержит первый

30 фильтр 31 задающего воздействия. Оптимальный регулятор первого привода 8 представляет обратные связи по переменным состояния первого канала, реализованным с помощью масштабных усилителей 34 — 35.

35 Второй привод 16 содержит второй фильтр 32 эквивалентного задающего воздействия. Оптимальный регулятор второго привода 16 реализован с помощью масштабных усилителей 36, 37 в форме обратных

40 связей по переменным состояния второго канала.

Третий привод 24 содержит третий фильтр 33 эквивалентного задающего воздействия. Оптимальный регулятор третьего

45 канала реализован с помощью масштабных усилителей 38 — 40 в форме обратных связей по переменным состояния третьего канала.

Все три фильтра 31, 32 и 33 имеют одина ковую структурную схему, показа н ную на

50 фиг.2, и реализованы с помощью интеграторов 41, 42 и масштабирующих усилителей 43

-48. При этом с помощью масштабирующих усилителей 45, 46 осуществляется настройка фильтра в.соответствии с моделью фор55 мирующего фильтра эквивалентного задающего воздействия от источника случайных сигналов типа белого шума, С помощью масштабирующих усилителей 43, 44

Осуществляется оптимальная коррекция

1716479 фильтра в соответствии с идеями КалманаБьюси. С помощью масштабирующих усилителей,47, 48 реализуются оптимальные передаточные коэффициенты по переменным состояния фильтра. .Формула изобретения

Трехканальная следящая система, содержащая первый и второй приводы, соеди.ненные через дифференциал с первой платформой, третий привод, исполнительный двигатель которого установлен на первой. платформе .и кинематически связан с второй платформой, первый и вгорой измерители ошибки, первый входы которых являются первым и вторым входам системы, вторые входы кинематически связаны с соответствующей платформой; первый и втор-о:й усилители. сигнала ошибки, " „соединенные с входами соответствующих измерителей ошибки, причем.первйй и. вто° рой приводы содержат последовательно соединенные источник опорного напряжения, сумматор, усилитель -мощности., исполнительный двигатель и редуктор, выход которого является выходом привода, а также датчик скорости, соединенный входом.с выходом исполнительного двигателя, и датчик тока, вход которого соединен. с выходом усилителя мощности, третий привод содержит последовательно соединенные сумматор, усилитель мощности, исполнительный двигатель и датчик скорости, а также датчик положения, соединенный вхо5 дом с выходом исполнительного двигателя, и датчик тока, вход которого соединен с выходом усилителя мощности, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения точности, в нее введены три фильтра, по два

10 масштабирующих усилителя в первый и вто.рой приводы, три масштабирующих усилителя в третий привод, причем выходы первого и второго усилителей сигнала ошибки соединены через первый и.второй филь15 тры с вторыми входами сумматоров соответственно первого и третьего приводов, выход датчика скорости первого привода соединен через третий фильтр.с вторым входом сумматора второго привода, причем

20 в каждом приводе выход датчика тока соответствующего привода через первый масштабирующий усилитель соединен с третьим вхо- дом сумматора. выход датчика скорости соответствующего привода через второй масштаби25 рующий усилитель — с четвертым входом сумматора, а выход датчика положения че- рез третий масштабирующий усилитель — c первым входом сумматора третьего привода.

1716479 "Гехред M.M6ðãåíòàë

Корректор С.Шевкун

Редактор М.Бандура

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

Заказ 611 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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