Устройство для автоматической настройки систем регулирования

 

1 .4: ". !

- И -Е

ОП И CAR

ИЗОБРЕТЕНИЯ

297032

Союз Советских

Социалистикеских

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства ¹

МПК G05b 13/02

Заявлено 21.VI I 1.1969 (№ 1357683/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 02.111.1971. Бюллетень № 9

Лата опубликования описания 17Х1.1971

Ковтитет по делает изобретвиий и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.396.662.6 (088.8) Автс ры изобретения

Б. В. Новоселов и А. А. Кобзев

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ

СИСТЕМ РЕГУЛ ИРОВАН ИЯ

Изобретение предназначено для настройки систем автоматического регулирования и управления.

При эксплуатации систем автоматического регулирования и в частности следящих систем требуется их качественная настройка, что, как правило, осуществляется оператором. Однако в целом ряде случаев (например, при массовом производстве систем, когда требуется высококачественная настройка) целесообразней производить автоматическую настройку параметров системы.

Предлагаемое устройство, кроме усилителей, исполнительных двигателей и схем сравнения, содержит два квадратора, соединенных с выходом своей схемы сравнения, сумматор, входы которого связаны с выходами обоих квадраторов, два блока реле, а также подключенные к выходу системы блок для измерения и запоминания амплитуды, выход первого из которых через соответствующую схему сравнения и один из блоков реле соединен с исполнительным двигателем настройки коэффициента усиления, а выход другого через свою схему сравнения и второй блок реле связан с двигателем настройки коэффициента передачи обратной связи по скорости, кроме этого выходы сумматора подсоединены ко входам обоих усилителей.

Такое соединение блоков в устройстве дает возможность применять его для настройки коэффициента усиления и коэффициента передачи обратной связи по скорости линейных систем высокого порядка и нелинейных сисTP.М.

Амплитудно-частотная характеристика замкнутой системы определяется ее параметрами. Как в линейной системе любого порядка, 10 так и в нелинейной всегда имеется резонансная частота и вполне определенная амплитуда вынужденных колебаний на этой частоте гри определенном входном воздействии. Резонансную частоту и амплитуду вынужденных

15 колебаний на этой частоте можно определить экспериментальным или аналитическим путем. Для следящих систем эти величины довольно просто определяются экспериментальным путем. Резонансная частота в основном

20 определяется коэффициентом усиления, а амплитуда вынужденных колебаний — коэффициентом демпфирования. Следовательно, настройку коэффициента усиления можно вести в функции отклонения резонансной частоты

25 системы от эталонной, а настройку коэффициента передачи обратной связи по скорости— в функции отклонения амплитуды вынужденных колебаний от эталонного значения амплитуды вынужденных колебаний на резонанс30 ной частоте, для чего необходимо контроли297032 ровать резонансную частоту и амплитуду выi ужденных колебаний íа этой частотс.

Для построения устройства автоматической настройки используется критерий оценки качества:

1 =: ((Л вЂ” Л) + (о — а ) ) где М,—.-талонное значение амплитуды вынужденных колебаний на резонансной частоте;

М вЂ” текущее значение а;;:плитуды вынужденных колебаний; (o, — эталонная резонансная частота; юр — текущая резонансная частота.

B сcл у ч.аде e м. иH н иHмMиHзsаsUц иIи H э3т оoго критерия по методу градиента алгоритм настройки будет: для коэффициент-1 усиления

Ку= —,, (М. — Ф)) + (". — +ð())i (+э — +ð()1- 11 для коэффициента демпфирования

К, = — > { (М, — (t)) + (.— (1)) (,— (1)) .

Для упрощения реализации схем указаннь и алгоритм можно изменить без потери качества наcTpoHKH: для коэффициента усиления

Ку — — ) 1 (Л1э 1 (1)) + (oý ор()) sag (")э — up(t)J 1i для коэффициента демпфирования

Кл 1 (("э "" ()) + (u э ор(1)j I зщп (u> — u) ð(/))ä g.

Для настройки необходимо на вход или внутренний контур подавать пробное гармоническое воздействие с эталонной резонансной частотой и определенной амплитудой. В случае, когда ар (м, коэффициент усиления Ку будет увеличиваться, а когда юр ) аэ — уменьшаться, причем скорость изменения его в обоих случаях будет пропорциональна величине

P4 — М (Ц) + (вэ — ор (1) J. Коэффициент передачи обратной связи по скорости Кд будет увеличиваться, когда М ) М„и уменьшаться, когда М (М .

На фиг. 1 представлена блок-схема следящей системы и устройства автоматической настройки ее параметров, где Х,— входная величина; Х вЂ” выходная величина; Х вЂ” ошибка системы; А> sin о» t — пробное гармоническое воздействие; М, — эталонное значение амплитуды вынужденных колебаний на резонансной частоте ю, при пробном воздействии

Аэ з1п аэ .

На фиг. 2 приведены амплитудно-частотные характеристики замкнутой системы, где М— амплитуда колебаний, в — частота колебаний.

Следящая система представлена в виде основного контура регулирования 1, настраиваемого коэффициента 2 усиления (Кд), дифференциатора 8 цепи обратной связи, настраиваемого коэффициента 4 передачи обратной связи по скорости (Кд). Контур б автоматической настройки коэффициентов Кд и К состоит из блока б измерения и запоминания амплитуды и блока 7 измерения частоты, вход которых соединен с выходом системы. Выход блока 6 измерения и запоминания амплитуды соединен со схемой 8 сравнения, на которую подается эталонное значение амплитуды вынужденных колебаний М, на резонансной частоте а, а выход ее соединен с блоком 9 реле и через квадратор 10 — с сумматором 11. Вы. ход блока 7 измерения частоты, так же, как и

1О блок 6 измерения и запоминания амплитуды, соединен со схемой 12 сравнения, на которую подается эталонное значение частоты оэ, а выход схемы 12 сравнения соединен с блоком реле 18 8и через квадратор 14 — с сумматором

15 11. Выход сумматора 11 через усилитель 16 соединен с исполнительным двигателем 16 настройки коэффициента усиления и через усилитель 17 с исполнительным двигателем 18 настройки коэффициента передачи обратной связи по скорости. Исполнительный двигатель

16 соединен такж= с блоком 13 реле, а испол. нительный двигатель 18 — с блоком 9 реле.

Выходной вал двигателя 16 соединен с настраиваемым коэффициентом К,, (им может

Q5 быть в частности потенциометр), а выходной вал двигателя 18 — с настраиваемым коэффициентом Кд (им может быть в частности потенциометр) .

На фиг. 2 представлены амплитудно-частотно ные характеристики, настроенной системы 19 и ненастроепной 20, 21.

Настройка коэффициентов усиления К,, и передачи обратной связи по скорости Кд- происходит следующим образом. На вход или во внутренний контур системы подаются пробные гармонические колебания А sin co> 5 с эталонной частотой (равной резонансной частоте системы) о, и определенной амплитудой

А„. В настроенной системе на выходе будут колебания с такой же резонансной частотой ь и определенной амплитудой М, (отличной от амплитуды пробного воздействия) — кривая 19 на фиг. 2. В ненастроенной системе амплитуда и резонансная частота будут отлич45 ными от эталонных о» и М,— кривые 20, 21 на фиг. 2.

Пусть, например, настраиваемая система имеет резонансную частоту ар< и амплитуду

Мь Выходной сигнал системы поступает на

50 блок б измерения и запоминания амплитуды и блок 7 измерения частоты, на выходе которых соответственно выделяются амплитуда и частота вынужденных колебаний. С выхода блока б измерения и запоминания сигнал, 55 пропорциональный амплитуде колебаний, подается на схему 8 сравнения, на которую так. же подается сигнал, пропорциональный эталонному значению амплитуды М„в результате чего на выходе схемы 8 сравнения форми60 руется сигнал, пропорциональный алгебраической разности эталонного и текущего значения амплитуды М, — М,. В данном случае эта величина имеет отрицательное значение. С выхода схемы 8 сравнения сигнал поступает

65 на блок 9 реле и через квадратор 10 — на сум297032 матор 11. Блок 9 реле срабатывает и включает двигатсль 18 (подключает входной сигнал или подает напряжение на обмотку возбуждения), при этом направление вращения двигателя 18 определяется знаком разности

М,— М,. В данном случае М, — М, (О и коэффициент передачи обратной связи по скорости К изменяется в сторону увеличения. С выхода блока 7 измерения частоты сигнал, пропорциональный резонансной частоте вынужденных колебаний а в подается на схему

12 сравнения, на которую также подается сигнал, пропорциональный эталонному значению частоты а„в результате чего на выходе схемы 12 сравнения формируется сигнал, пропорциональный алгебраической разности эталонного и текущего значений резонансных частот оь — ар .

С выхода схемы 12 сравнения сигнал поступает на блок 13 реле и через квадратор 14— на сумматор 11. Блок 18 реле срабатывает и включает двигатель 1б (подключает входной сигнал или подает напряжение на обмотку возбуждения), при этом направление вращения двигателя 16 определяется знаком разности а,— ьрь В данном случае î,— ор1)0 и К изменяется в сторону увеличения. Скорости исполнительных двигателей 1б, 18 определяютея величиной выходного сигнала сумматора 11, пропорционального величине (M> — М) + (оь — u»i), который подастся на двигатель 1б через усилитель 15 и на двигатель 18 через усилитель 17. Усилители 15, 17 служат для усиления гыходного сигнала сумматора 11 по мощности.

Когда величина М, — М, = О, чго определяется чувствительностью схемы, блок 9 реле отключит двигатель 18, несмотря на то, что управляющий сигнал с сумматора 11 может быть не равен нулю, так как в этот момент ьь — оз„ может быть не равным нулю. Про5 цесс настройки коэффициента передачи обратной связи по скорости К закончен. 1 огда величина м — ор —— О, что определяется чувствительностью схемы, блок И реле отключит двигатель 1б, несмотря на то, что управляю10 щий сигнал с сумматора !1 может быть равен нулю, так как в этот момент М,— М может быть не равным нулю. Процесс настройки коэффициента усиления К,. закончен.

15 Предмет изобретения

Устройство для автоматической настройки систем регулирования, содержащее два усилителя, подключенных к исполнительным дви20 гателям, и схемы сравнения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно дополнительно содержит два квадратора, соединенных с выходом своей схемы сравнения, сумматор, входы ко25 торого связаны с выходами обоих квадратов, два блока реле, а также подключенные к выходу системы блок для измерения частоты и блок для измерения и запоминания амплитуды, выход первого из которых через соот30 ветствующую схему сравнения и один из блоков реле соединен с исполнительным двигателем настройки коэффициента усиления, выход другого через свою схему сравнения и второй блок реле связан с двигателем на35 стройки коэффициента передачи обратной связи по скорости, а выходы сумматора подсоединены ко входам обоих усилителей.

297032

Составитель 3. Маркова

Техред Е, Борисова Корректор T. А. Абрамова

Редактор Ю. Полякова

Типография, пп Сапунова, 2

Закал 1541!4 Изд. ¹ 653 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5