Способ определения резонансных свойств систем автоматического регулирования

 

О Л И С А Н И Е 3!8905

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 15.xl1.1969 (№ 1384751/18-24) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 28.Х.1971. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 22.XII.1971

МПК G 05b 11/01

G 05b 23/02

Комитет по лелем изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621 3.078(088.8) Автор изобретения ..-=CO:ÑÇVAe

1 г!

Б " БАИО Е1-1А

Г. В. Синайский

Заявитель

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ СВОЙСТВ СИСТЕМ

АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано при их настройке.

Практика настройки регуляторов показывает, что недостаточно настроить регулятор на максимальное быстродействие. Необходимо, чтобы система регулирования обладала определенными резонансными свойствами, соответствующими минимальному увеличению амплитуды колебаний регулируемого параметра резонансной частоты — минимальному раскачиванию колебаний.

Известен способ экспериментальной настройки резонансных свойств системы регулирования непосредственно по амплитудно-частотным характеристикам, получаемым возмущением системы гармоническими колебаниями различной частоты, Однако известный способ требует достаточно сложной специальной аппаратуры для генерации гармонических колебаний переменной частоты и для анализа реакции системы на эти колебания. Кроме того, этот способ требует длительного воздействия на объект регулирования колебаниями с частотами, близкими к резонансной. Амплитуда таких колебаний может в несколько раз превышать амплитуду задаваемых колебательных возмущений и быть недопустимой для объекта регулирования.

Предлагаемый способ отличается тем, что в разомкнутом состоянии системы определяют запаздывание сигнала в объекте регулирования, замыкают систему, формируют и подают в регулятор одиночный прямоугольный импульс длительностью, равной удвоенной величине запаздывания, измеряют амплитуды всех колебаний выходного сигнала регулятора, по сумме которых судят о резонансных свойствах системы.

10 Эти отличия делают предлагаемый способ проще известного.

На фиг. 1 представлены амплитудно-частотные характеристики астатической системы регулирования при гармоническом возмущении;

15 на фиг. 2 — резонансные свойства астатической системы регулирования, в которой постоянная времени интегрирования равна запаздыванию: па фиг. 2,а — реакция на одиночный прямоугольный импульс продал>кительностью

20 2,25 запаздывания, на фиг. 2,б — реакция на колебания прямоугольной формы с периодом в 4,5 запаздывания; на фиг. 3 — то же, что и на фиг. 2, но для случая, когда постоянная времени интегрирования равна 2-м запазды25 ваниям.

Характсристики па фиг. 1 показывают свойство астатпческой системы регулирования изменять амплитуду гармонических колебаний различной частоты. Здесь и далее имеется вви30 ду астатическая система, построенная на ба318905

3 зе интегрально-пропорционально-дифференциального (ИПД) регулятора. Причем имеется ввиду, что ПД-каналы регулятора используются для минимизации запаздывания сигнала

И-канала регулятора в объекте регулирования.

Такую систему можно рассматривать как систему с И-регулятором и объектом регулирования, характеризуемым определенным запаздыванием 4, близким к чистому запаздыванию.

На фиг. 1 частота колебаний f выражена в относительных единицах, как величина, обратная количеству колебаний за время запаздывания 4, а амплитуда колебаний q — в долях от амплитуды возмущения. Кривая А соответствует настройке И-регулятора на постоянную времени интегрирования, равную запаздыванию, а кривая Б — равную двум запаздываниям.

Имеет место значительное увеличение регулятором амплитуды колебаний резонансной частоты. Период резонансных колебаний по кривой А равен примерно 4,5 4, а по кривой Б — около 54.

На фиг. 2,а записан процесс отбраковки

И-регулятором одиночного прямоугольного импульса продолжительностью в 0,5 периода резонансных колебаний для случая настройки регулятора на постоянную времени интегрирования, равную 4 (продолжительность импульса 2,254). Здесь и далее время выражено в долях от запаздывания 4. Процесс отрабатывания импульса 2 построен графически по отрезкам, равным 4, путем интегрирования сигнала, бывшего в предыдущем отрезке. 3апаздывание 4 аппроксимировано чистым запаздыванием, что вполне допустимо для рассматриваемого класса систем регулирования.

Процесс отработки такого импульса при данной настройке регулятора имеет характер затухающих колебаний.

На фиг. 2,б записан процесс отработки таким И-регулятором колебаний прямоугольной формы резонансной частоты (период 4,54) .

Характер раскачивания колебаний 2 весьма близок к характеру отработки одиночного импульса: для завершения переходного процесса раскачивания колебаний требуется столько же периодов колебаний, сколько колебаний совершается в переходном процессе отработки импульса. Установившаяся амплитуда колебаний

qM примерно равна сумме амплитуд всех колебаний процесса отработки импульса:

Ъ=1+Ъ, +Ъ, +nM, +"

Из фиг. 2 видно, что режим отработки импульса во много раз легче для объекта регулирования, чем режим раскачивания колебаний резонансной частоты.

Увеличение амплитуды гармонических колебаний резонансной частоты, согласно кривой А на фиг. 1, составляет примерно 0,8 от увеличения амплитуды прямоугольных колебаний.

4

На фиг. 3 подобно фиг. 2 показана реакция системы регулирования с И-регулятором на возмущения в виде одиночного прямоугольного импульса (а) и на прямоугольные колебания (б) резонансной частоты, но для случая, когда постоянная времени интегрирования Ирегулятора равна 2-м запаздываниям сигнала регулятора в объекте регулирования (период резонансных колебаний примерно равен 54).

Все закономерности переходного процесса отработки импульса и раскачивания колебаний те же, что и на фиг. 2.

Таким образом, при реакции системы регулирования на одиночный прямоугольный импульс продолжительностью в 2 — 2,5 запаздывания сигнала регулятора в объекте регулирования можно с достаточной для настройки регулятора точностью судить о резонансных свойствах системы.

Предлагается следующий порядок настройки И-регулятора.

Предварительно в разомкнутом состоянии системы подстройкой ПД-каналов регулятора необходимо добиться минимального запаздывания в объекте регулирования.

Зная величину такого запаздывания, с помощью простейшего устройства типа реле времени формируют прямоугольный импульс определенной продолжительности, выбираемой в пределах 2 — 2,5 этого запаздывания.

В замкнутом состоянии системы (темп интегрирования И-регулятора устанавливается, исходя из заданного характера переходного процесса отработки скачкообразного возмущения) подают с выхода регулятора в объект регулирования сформированный импульс (можно подать его не на выход, а на вход регулятора) и записывают переходный процесс отработки поданного импульса. Измеряют сумму амплитуд всех колебаний полученного переходного процесса. Изменением параметров различных стабилизирующих средств (усиление ПД-каналов должно оставаться неизменным) добиваются минимума этой суммы.

Предмет изобретения

Способ определения резонансных свойств систем автоматического регулирования, например, содержащих интегрально-пропорционально-дифференциальный регулятор, путем подачи на вход системы возмущений, отличаюи ийся тем, что, с целью упрощения, в разомкнутом состоянии системы определяют запаздывание сигнала в объекте регулирования, замыкают систему, формируют и подают в регулятор одиночный прямоугольный импульс длительностью, равной удвоенной величине запаздывания, измеряют амплитуды всех колебаний выходного сигнала регулятора, по сумме которых судят о резонансных свойствах системы.

318905

<риг. 3,а бзиг. 3,о

Редактор Б. С. Наикина

Заказ 3535/2 Изд. Ко 1478 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель 3. В. Маркова

Техред Л. Н. Богданова

2 3

Корректоры: А. Абрамова и М. Коробова