Следящая система комбинированного регулирования

 

280613

OllИСАЙИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Респуйпик

Ц" — «в;„, ""отогнщту

it - р

"- о та 44 Р=.6

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено ЗО.Ч.1969 (№ 1334453/18- 24) Кл, 21c, 4 6/50 с присоединением заявки №

Приоритет

Номитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

МПК G 05b 13/00

УДК 621.316.71-503. .53 (088.8) Опубликовано 03.IX.1970. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 1.XII,1970

Авторы изобретения Б. В. Новоселов, А. А. Кобзев, Ю. С. Горохов, Г. А. Балаболов и

А. М. Потапов

Заявитель

СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА КОМБИНИРОВАННОГО

РЕГУЛИРОВАНИЯ и дифференциаторов ()=К,ч, .(о) =

1+Т . Т

4р

1+ 7,р

Кя= —, Т„Т,+Т,.

К где р

Т4, Тв

Ть Т, К, Кт — комплексная переменная: — постоянные времени;

Т, — постоянные коэффициенты; — коэффициенты усиления. где 0 — амплитудное значение полезного ВВ; =Ок+Од+ у+®

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано при .проектировании высокоточных следящих систем при наличии гармонической помехи во входном сигнале.

Известны следящие системы комбинированного регулирования, содержащие основной контур регулирования и два дифференциатора компенсирующего устройства.

Пусть, например, имеем передаточные функции основного контура (t)—

T р4 + 7 рв+ р2 +р

При воспроизведении входного воздействия

0t (ВВ) ошибку системы .можно представить в виде где О„ — ошибка, пропорциональная скорости ВВ;

0„— ошибка, пропорциональная ускорению ВВ;

Оу — ошибка, пропорциональная высшим производным ВВ;

0„ — ошибка, вызванная помехой на входе.

1о Прп воспроизведении ВВ видов

О,(r) Q,t; 6,(t) —, О,(t) O„„sin

2 для компенсации О, и Ох параметры компен15 сирующих устройств нужно выбирать из условий:

20 При этом компенсацию можно обеспечить при различных значениях Т.-.

При воспроизведении синусоидального полезного сигнала с наложенной на него гармо25 нической помехой

От(t) = 04,„.sinmt+ Пз1пвД (2) 2806И

Т но так как ция замкнутой системы; р — передаточная функция компенсирующего устройства.

О П1т

1т— Ф

ОЗ значение скорости или

o-. = I 1(.(/c ) IÏ„

ПЯ = O msincot, Oc(t) = п4 1, 01(1) =1(1). — амплитудное значение:помехи;

2ã. — — круговая частота,полезного т

ВВ;

1 — период полезного ВВ, f = —; т

2п о „= — — круговая частота помехи; т„

҄— период помехи, f„= —, f„) f, и в.системе ошибка определяется воспроизведением полезного BB и помехой П(р):

0(р) = Фе (р)0,(р) — Ф(р)П(р), 1+.(Р К Р) где Юе(р) — Р) (" передаточная функ1+ К(Р) ция замкнутой системы по ошибке;

Ф (р) = — Р Р передаточная функ1+ К(Р) При использовании эквивалентной передаточной функции разомкнутой системы К,(р) сшибка выражается

Кэ (Р)

1+ Кэ(Р) 1+ Ký(Р)

ï(p) = о„(р) - î.(р), ф (p) где К,р

0»(р) — ошибка от полезного ВВ;

0„(p) — ошибка, вызванная помехой.

Существенным недостатком следящих систем комбинированного регулирования (ССКР) является то, что, обеспечивая минимальные ошибки при воспроизведении входного воздействия видов (1), они имеют большую ошибку в случае, если на него наложена гармоническая помеха вида ПЯ = 17 sine„t, а также повышенную колебательность при отработке скачков угла и скорости

0 (t) = 1(1), 01(t) = —

Цель предлагаемого изо6ретвния состоит в минимизации ошибок как при ВВ вида (1), так и в случае, если на ВВ наложена гармоническая помеха а также в уменьшении колебательности при отработке ВВ вида

Рассмотрим условия, при которых ошиока от полезного ВВ будет минимальной о, (р) = о,(р), э (P) или в области комплексного переменного jco, Оф(/а) = О, (/а);

1+К.О ) 10 так как О„и О, скомпенсированы соответствующим выбором параметров компенсирую1 щих уcTpoHcTB К1К вЂ” > Т4 — Тз + Ti то в

)5 системе будут присутствовать ошибки, вызванные высшими производными от ВВ. Если н(1, то Кэ (/со) >>1, и максимальную ошибку 0», можно представить в виде

20 .Оф, — 0„, (КЭО ) I

25 (где τ— амплитудное

ВВ), то

1!

30 со К Оо) I

Из последнего выражения следует, .что для уменьшения О», нужно увеличить IK,(/а) .

Если и изменяется в небольших пределах, то увеличение К,(/ю) для сохранения ошибки

55 или ее уменьшения при изменении л„нужно вести пропорционально л,.

Составляющая ошибки, вызванной, помехой в области комплексного переменного /с), имеет вид

В случае, если частота помех о„»1, то

Кэ (jco) ((1, и ошибку от помехи можно пред45 ставить как

0„(/ю) = К, (/в) П(/а) 50 т. е. чем меньше (К, (/а) ), тем меньше ошибка от помехи.

Можно найти выражение минимума К,(/а) I = гп1п как функции Т„-.

Для этого необходимо дважды продифферепцировать iso Т.-. В результате получим К,(/о) — +О при Т; э-оо, Следовательно, увеличивая Т„можно умень60 шить ошибку, вызванную помехой. Вполне понятно, что с уменьшением частоты помехи нужно увеличивать постоянную времени Т, компенсирующего устройства, чтобы вторая производная, помехи не проходила в систему б5 С увеличением частоты помехи можно беЗ

280613

40 ущерба уменьшить Т. Однако при этом для компенсации ошибок, пропорциональных скорости и ускорению ВВ, нужно со ранить условия их компенсации, При воспроизведении полезного BB с наложенной на него помехой (2) ошибки, вызванные скоростью и ускорением ВВ, скомпенсированы соответствующим образом выбранными параметрами компенсирующих устройств

1 в данном случае К к = —, Т, =- Т,, + Т5

Для компенсации ошибок, пропорциональных высшим производным, нужно уменьшать постоянную времени компенсирующих устройств пропорционально амплитудному значению скорости полезного ВВ, но, с другой стороны. для уменьшения ошибки, вызванной помехой, нужно увеличивать Т.- с уменьшением частоты помехи, сохраняя при этом условия компенсации 0„ и О . Следовательно, для обеспечения минимальной ошибки от высших производных и от помехи изменение Т-. нужно вести в зависимости от соотношения л„и о „, т. е. О +0Ä = min = f; (» u>Ä) = f<(T.-), обязательно сохраняя при этом условия компенсации О, и О„, таким образом, с изменением Т; нужно одновременно изменять и так, чтобы Т вЂ” — Т,, + Т,-, и К а =—

При воспроизведении полезного ВВ с наложенной на него помехой вида:

iO (t) = к 1+ П,sino>„t, е Р2

0 (t) = + П,sinoiÄt в системе будут присутствовать ошибки

О = О,+ О„в первом сдучае и

О = О, + О„во втором случае.

Компенсация ошибок О, и О,, обеспечивается за счет введения компенсирующих сигналов, пропорциональных 1-й и 2-й производной от ВВ, и выбора параметров компенсирующих устройств из условия О, - О и О, = О. Для уменьшения 0„, как было показано выше, нужно изменять значение постоянной времени компенсирующего устройства Т;, сохраняя при этом условия компенсации О„и 0, т. е. с изменением Т; нужно одновременно изменить а так, чтобы К а —; Т вЂ” — T + Т-..

Кроме того в ССКР при ВВ вида (3) в основной контур будут поступать дополнительные форсирующие сигналы за счет наличия компенсирующих устройств при O (t) = 1(/) 0„„(t) = cp6(t)+ipse

dt при 0>(t) = 1л / 0 „,„(t) = y (t)л,, 5

6 где б(Г) — импульсная характеристика;

t р=к,а, р,=<1 — е ), что будет вызывать повышенную колебательность. Для уменьшения повышенной колебательности в этих случаях нужно уменьшать уровень форсирующих сигналов за счет значительного увеличения постоянной времени компенсирующих устройств .- в определенные моменты времени.

Предложенное устройство отличается от известных тем, что в нем дополнительно установлен блок самонастройки, выход которого подключен ко входам обоих дифференциаторов, одич из входов соединеч с выходом первого дифференциатора непосредственно, а другой вход — через ключ.

Кроме этого, система отличается тем, что в ней дополнительно установлены соединенный с выходом компенсирующего устройства второй фильтр низких частот и подключенный к его выходу третий дифферен циатор, выход которого связан со входом ключа, а также дополнительно установлены соединенный со вторым дифференциатором компенсирующего устройства блок реле и подключенный к его входу еще один дифференциатор, вход которого связан с выходом первого дифференциатора.

На чертеже представлена блок-схема следящей системы.

Вход основного контура регулирования 1 с передаточной функцией К (р) соединен с выходом компенсирующего устройства 2 с передаточной функцией cp(p), состоящего из двух последовательно соединенных дифференциаторов 8 с передаточной функцией К>ар и 4 спе. 1+т,Р редаточной функцией . Контур само1+ У5Р настройки 5 состоит из фильтра нижних частот 6, пропускающего .полезный сигнал, выход которого соединен со схемой измерения и запоминания амплитуды 7; фильтра верхних частот 8, пропускающего помеху, выход которого соединен со схемой измерения частоты 9. Выходы схем измерения и запоминания амплитуды 7 и измерения частоты 9 через масштабные устройства 10, 11 соответственно соединены с суммирующим устройством 12. Выход суммирующего устройства 12 соединен с входом релейного усилителя 18. выход которого соединен с входом усилителя мощности 14, выход последнего, в свою очередь, соединен с шаговым искателем 15. Кроме того в контур самонастройки 5 входит тактовый генератор 1б, который соединен с усилителем мощности 14. Вход фильтра верхних частот 8 соединен с выходом дифференцирующего устройства 8, с которым также соединен вход фильтра нижних частот 6 через ключ 17. Выход контура самонастройки 5, т. е. выход шагового искателя 15 (подвижный контакт), соединен с дифференцирующими устройствами 4 и 8, а также с суммирующим

280613

7 устройством 12. Вход диффе ренцирующего устройства 18 соединен с выходом дифференцирующего устройства 8, а выход — с блоком реле 19, который соединен с дифференцирующим устройством 4. Вход дифференцирующего устройства 20 через BTcgOH фильтр нижних частот 21, пропускающий полезный сигнал, соединен с выходом дифференцирующего устройства 4, а выход — с ключом 17.

При слежении с постоянной скоростью или с постоянным ускорением в отсутствие помехи на выходе фильтра верхних частот 8, а следовательно, и на выходах схемы измерения частоты 9 и масштабного устройства 11 сигнал отсутствуе1. На выходе масштабноro устройства 10 сигнал также отсутствует, так как цепь дифференциатор 8 — фильтр нижних частот 6 разомкнута ключом 17, потому что на выходе дифференцирующето устройства

20, вырабатывающего сигнал, пропорциональный 3-й производной от ВВ, при слежении с гостоянной скоростью сигнала нет, а при слежении с постоянным ускорением будет сигнал

Т;,К;,е„вызванный запаздыванием дифференциатора 4 (постоянная времени Т.-) и недостаточный для срабатывания ключа 17.

Контур самонастройки 5 не изменяет ни параметры суммирующего устройства 12, нп параметры дифференцирующих устройств 8, 4, а условия компенсации ошибок О„, О„, пропорциональных скорости и ускорению ВВ, выполняются. При наличии высокочастотной гармонической помехи, наложенной на полез ный сигнал, на выходе фильтра верхних частот 8 будет напряжение, пропо|рциональное частоте и скорости помехи, а на выходе схемы измерения частоты 9, а следовательно, и на выходе масштабного устройства 11 будет сигнал, обратно пропорциональный частоте помехи. Сигнал с масштабного устройства !О отсутствует, так как помеха не проходи через фильтр нижних частот 21 на вход дифференцирующего устройства 20, и ключ 17 разомкнут.

На выходе суммирующего устройства 12 будет сигнал, пропорциональный частоте помехи, который, усиливаясь в усилителя 18, 14, поступает на шаговый искатель 15, который изменяет положение своей выходной величины на угол, .пропорциональный выходной величине суммирующего устройства, с частотой работы тактового генератора lб, изменяя при этом параметры дифференцирующих устройств 8 и 4 (увеличивая постоянную времени Т. -дифференцирующего устройства 4, т. е. увеличивая степень фильтрации помехи и одновременно изменяя коэффициент а дифференцирующего устройства 8, что обеспечивает сохранение условий ком пенсации ошибок

Н, иО,).

При повороте на определенный угол, пропорциональный частоте помехи, за счет наличия обратной связи с выхода шагового искателя 15 на суммирующее устройство I? подвижный контакт шагового искателя 15 остабр

Предмет изобретения

1. Следящая система комбинированного регулирования, содержащая основной контур регулирования и два дифферен циатора компенсирующего устройства, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения ошибки при вооп роизведении синусоида IbHого входного воздействия как с наложенной на него высокочастот8

hBBJIKBBpTñÿ. В результате параметры компенсирующего устройства 2 изменяются таким об разом, что обеспечивается минимальная ошибка от помехи и сохраняются условия компенсации установившихся ошибок О„и О,, При воспроизведении синусоидального полезного ВВ с наложенной на него высокочастотной гармонической помехой система работает следующим образом. На выходе диффеlp ренцирующего устройства 20 будет сигнал, от которого срабатывает ключ 17, подключая филыр нижних частот б к,выходу дифференцирующего уст(ройства 8. На входы фильтров нижних частот б и верхних частот 8 подается

15 сигнал скорости ВВ и скорости помехи. На выходе схемы запоминания амплитуды 7, а следовательно, и на выходе масштабного устройства 10 формируется сигнал, пропорциональный амплитудному значению скорости по2р лезного ВВ. На выходе схемы измерения частоты 9, а следовательно, и на выходе масштабного устройства 11 формируется сигнал, обратно пропорциональный частоте помехи. С выходов масштабных устройств 10 и 1(сиг25 налы подаются на суммирующее устройство

12. на выходе которого фор мируется сигнал, пропорциональный алгебраической разности амплитудного значения скорости |полезного

ВВ и частоты наложенной на него помехи.

В дальнейшем контур самонастройки работает аналогично. В результате изменения параметров компенсирующих устройств в системе обеспечивается минимальная ошибка при данном соотношении параметров полезного

З5 ВВ и помехи. .Прп отсутствии помехи шаговый искатель

15 изменяет положение своей выходной величины на угол, пропорциональный амплитудному значению скорости ВВ, изменяя при

4р этом параметры дифференцирующих устройст|в 8 и 4 "àêèì образом, что сохраняются условия компенсации О„и О, и минимально возможная для этой системы ошибка от выс ших производных входного воздействия.

45 При отработке скачков угла и скорости дифференцирующее устройство 18 вырабатывает импульс, от которого орабатыьает блок реле

19 на время t==02 сек, и изменяет при этом параметры ди фференцирующего устройства 4 (значительно увеличивая его постоянную времени и уменьшая коэффициент передачи), в результате чего в основной контур систе IbI

1 лишь частично проходит форсирующий импульс, уменьшая тем самым колеоатсльность

55 ССКР.

280613

Составитель 3. Маркова

Редактор Л. А. Утехина Техред А. А. Камышникова Корректоры: В. И. Жолудева и T, A. Джаманкулова

Заказ 3399 19 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, K-35, Раушская наб., д. 4 5

Типография, пр, Сапунова, 2 ной гармонической помехой, так и без нее, в ней дополнительно установлен блок самонастройки, выход которого подключен ко входам обоих дифференциаторов, один из входов соединен с выходом первого дифференциатора непосредственно, а другой вход — через ключ, 2. Система по п. 1, отлича ощпяся тем, что, с целью уменьшения ошибки при слежении с постоянной скоростью или ускорением в присутствии высокочастотной гармонической помехи, дополнительно установлены соединенный с выходом компенсирующего устройства второй фильтр низких частот и подключенный к е о выходу третий дифференциатор, выход которого связан со входом ключа. ,3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения колебательности lIIpH OTработке скачков угла и скорости, дополнительно установлены соединенный со вторым дифференциатором компенсирующего устройlo ства блок реле и подключенный к его входу дифференциатор, вход которого связан с выходом первого дифференциатора.