Следящая система

 

Изобретение относится к следящим системам с переменной структурой, включающей интегратор. Целью изобретения является повышение быстродействия следящей системы. Использование интегратора в рабочем режиме в небольшой зоне фазового пространства, непосредственно прилегающей к плоскости переключения, а в остальных точках фазового пространства в режиме сохранения накопленного им значения, позволяет обеспечить существование скользящего режима в системе и повысить быстродействие как в режиме свободных, так и в режиме вынужденных движений при наличии на валу двигателя нагрузочного момента. 1 ил.

Изобретение относится к следящим системам с переменной структурой на основе вентильных двигателей.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

На чертеже приведена структурная схема следящей системы, которая содержит измеритель 1 рассогласования, четвертый усилитель 2, первый сумматор 3, первый выпрямитель 4, первый блок 5 умножения, четвертый блок 6 умножения, интегратор 7, широтно-импульсный модулятор 8, вентильный двигатель 9, датчик 10 угла, датчик 11 скорости вала двигателя, второй сумматор 12, элемент 13 сравнения, третий блок 14 умножения, пятый усилитель 15, второй блок 16 умножения, первый усилитель 17, второй выпрямитель 18, компаратор 19, релейный элемент 20, однополярный релейный элемент 21, датчик 22 скорости задающего воздействия, второй усилитель 23, третий усилитель 24.

Кроме того, на чертеже Θ_i задающее воздействие, ε рассогласование, w скорость, U₁₂ и U_k выходные сигналы второго сумматора 12 и компаратора 19, U_упр выходной сигнал первого сумматора 3.

Следящая система работает следующим образом.

При подаче на вход системы положительного скачкообразного сигнала q_i, появившееся рассогласование ε переводит в надлежащее положение релейный элемент 20 и однополярный релейный элемент 21, отключающий от управления отрицательную обратную связь по скорости. Выходной сигнал U₁₂ второго сумматора 12 через второй выпрямитель 18 поступает на вход компаратора 19, на выходе которого формируется сигнал U_k в виде логического "0" при выполнении условия и в виде логической "1" при , где U₀ - постоянная уставка компаратора. Поскольку в начальный момент времени рассогласование велико и равно величине входного скачкообразного сигнала, то при k₁₇ε>U₀, U_k 0, где k₁₇ коэффициент передачи первого усилителя 17. Модуль сигнала рассогласования не проходит на интегратор 7 и тот сохраняет свое начальное значение, которое при отсутствии в начальный момент времени нагрузки на валу вентильного двигателя 9 равно нулю. Если до подачи на вход системы скачкообразного сигнала на валу двигателя 9 присутствовал момент нагрузки M_н, то интегратор в этом случае сохраняет величину y kM_н, где y U_и выходная величина интегратора; k коэффициент пропорциональности. Двигатель 9 отрабатывает рассогласование. По мере приближения изображающей точки к плоскости переключения в некоторый момент времени t₁ сигнал . Тогда U_k 1 и модуль сигнала рассогласования проходит на интегратор 7, установленный релейным элементом 20 на заряд. Интегратор накапливает положительный сигнал.

Закон работы интегратора 7 где k_и коэффициент интегратора 7; плоскость переключения; K_ε и K₂₃ коэффициенты передачи первого 17 и второго 23 усилителей; K_ω коэффициент передачи датчика 11 скорости вала двигателя.

Параметры системы выбираются так, что в некоторый момент времени t₂ U₁₂ < 0 и релейный элемент 20 переключается в обратное состояние, устанавливая интегратор 7 на разряд и вызывая одновременно переключение однополярного релейного элемента 21, что приводит к подключению в управление отрицательной обратной связи по скорости. Величина U_упр меняет знак, двигатель 9 начинает тормозиться. При этом его скорость уменьшается и снова имеет место неравенство U₁₂ > 0. Релейный элемент 20 и однополярный релейный элемент 21 возвращаются в прежнее состояние, вентильный двигатель 9 разгоняется и т.д. В связи с этим, начиная с времени t₂, в системе наблюдается монотонное скользящее движение, при котором U₁₂ 0.

Таким образом, скользящий режим в системе организуется за счет подключения и отключения в определенные моменты времени отрицательной обратной связи по скорости.

Поскольку в скользящем режиме изображающая точка движется по плоскости переключения, то сигнал и, значит, U_k 1, т.е. в скользящем режиме всегда имеет место рабочий режим интегратора 7. Так как на начальном этапе движения системы интегратор 7 ничего не накапливает, то в момент пропадания изображающей точки на плоскости переключения выходная величина y интегратора 7 состоит лишь из значения, накопленного внутри зоны . При небольшом значении постоянной уставки U_o компаратора 19 выходная величина интегратора 7 в момент времени t₂ ничтожно мала. Это означает, что при попадании на плоскость переключения и последующем скольжении изображающей точки к положению равновесия интегратор 7, обладающий инерционными свойствами, даже находясь в рабочем режиме, оказывает слабое влияние на условия возникновения скользящего режима и на характер переходного процесса.

Выходная величина интегратора, накопленная в процессе скользящего движения системы, после завершения переходного процесса существенно зависит от наличия на валу вентильного двигателя 9 момента нагрузки. Так, если момент нагрузки, приведенный к валу двигателя 9, равен нулю (M_н 0), то после завершения переходного процесса y 0. Когда M_н ≠ 0, после завершения переходного процесса напряжение, запасенное интегратором, таково, что компенсирует влияние момента нагрузки, и ошибка в системе равна нулю.

При подаче на вход системы линейно нарастающего сигнала с некоторого времени t₃ возникает аналогичный скользящий режим, в ходе которого выходная ось двигателя 9 без ошибок отслеживает входной угол. В системе отсутствует ошибка по скорости изменения входного угла за счет подключения датчика 22 скорости задающего воздействия через второй усилитель 23 к соответствующим входам второго сумматора 12, элемента 13 сравнения и через третий усилитель 24 к соответствующему входу первого сумматора 3.

Таким образом, за счет введения в управление коммутируемой отрицательной обратной связи по скорости, использования интегратора в рабочем режиме лишь в небольшой зоне фазового пространства, непосредственно прилегающей к плоскости переключения, обеспечивается повышение быстродействия системы.

Формула изобретения

Следящая система, содержащая последовательно соединенные измеритель рассогласования, первый выпрямитель, первый блок умножения и последовательно соединенные интегратор, первый сумматор, широтно-импульсный модулятор, вентильный двигатель, выход которого подключен к входу датчика угла и к входу датчика скорости вала двигателя, выход которого подключен к инвертирующему входу второго сумматора, выход которого подключен к входу релейного элемента, выход которого подключен к второму входу первого блока умножения, выход датчика угла подключен к вычитающему входу измерителя рассогласования, выход которого через первый усилитель соединен с первым входом второго сумматора, выход датчика скорости задающего воздействия через второй усилитель подключен ко второму входу второго сумматора и через третий усилитель к второму входу первого сумматора, к третьему входу которого подключен выход четвертого усилителя, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия, в систему введены второй, третий и четвертый блоки умножения, однополярный релейный элемент, элемент сравнения, пятый усилитель, второй выпрямитель и компаратор, причем входы второго блока умножения подключены к выходу измерителя рассогласования и выходу релейного элемента, а выход второго блока умножения подключен к входу однополярного релейного элемента, выход которого подключен к первому входу третьего блока умножения, выход которого через пятый усилитель подключен к четвертому входу первого сумматора, суммирующий и вычитающий входы элемента сравнения подключены соответственно к выходу второго усилителя и выходу датчика скорости вала двигателя, выход элемента сравнения подключен к второму входу третьего блока умножения, выход измерителя рассогласования соединен с входом четвертого усилителя, вход второго выпрямителя подключен к выходу второго сумматора, а выход второго выпрямителя подключен к входу компаратора, выход которого подключен к первому входу четвертого блока умножения, выход которого подключен к входу интегратора, второй вход четвертого блока умножения соединен с выходом третьего блока умножения.

РИСУНКИ

Рисунок 1