Следящая система с нелинейной коррекцией

 

3389 07

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 23.Ч.1970 (№ 1439320/18-24) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 28.Х.1971. Бюллетень . и 32

Дата опубликования описания 28.1.1972

МПК б 05Ь 11/12

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.3.078-503.53 (088.8) Авторы изобретения

В. К. Стеклов, P. f(. Мищенко, А. А. Кошевой и А. П. Манжуло р 1 р Я

Заявитель

СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА С НЕЛИНЕЙНОЙ КОРРЕКЦИЕЙ

Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано в тех следящих системах, где наличие нелинейности типа люфта нежелательно.

Известная следящая система состоит из последовательно соединенных предварительного усилителя, усилителя мощности, двигателя с редуктором и объекта, охваченных единичной обратной связью, и релейного элемента, соединенного через усилитель и дифференцирующий блок со входом предварительного усилителя.

Предлагаемая система содержит также подключенную ко входу усилителя мощности модель усилителя мощности с двигателем, вход которой соединен с выходом предварительного усилителя, при этом двигатель через преобразователь подключен к вычитателю, второй вход которого связан с выходом релейного элемента, а выход — со входом усилителя мощности. В результате этого повышается точность следящей системы за счет полной линеаризации нелинейности типа люфта при медленно меняющихся управляющих воздействиях и устранения статической ошибки.

На фиг. 1 представлена структурная схема следящей системы с нелинейной коррекцией где: а(Г) — управляющее воздействие; p(t) — регулируемая величина; 0(1) — ошибка; Oi(t)— сигнал на выходе блока 1; Оз(t) — сигнал ошибки внутреннего замкнутого контура;

Х () — сигнал на входе блока 5; a() — сигнал на выходе реле; P (i) — регулируемая величина на выходе внутренней следящей системы;

Х,(() — суммарный сигнал Оi (t) +0 (t).

1 — предварительный усилитель; 2 — дифференцирующий блок; 8 — усилитель; 4 — модель; б — усилитель мощности и двигатель; б—

10 релейный элемент; 7 — редуктор с нелинейностью типа люфта; 8 — объект; 9 — преобразователь; 10 — вычитатель, На фиг. 2 представлены графики, иллюстрирующие прохождение гармонического сиг15 нала через нелинейное звено с нелинейностью типа люфт:

F (x) — нелинейная характеристика звена; у — угол наклона характеристики; Х вЂ” входной сигнал нелинейности; Х вЂ” производная

20 входного сигнала по времени; Х вЂ” входной сигнал нелинейности при наличии смещения;

+ U„„,— напряжение смещения; а — выходное напряжение нелинейного звена при отсутствии смещения; б — то же, при наличии смещения;

25 Лср — фазовый сдвиг.

Следящая система с нелинейной коррекцией (фиг. 1) состоит из основного замкнутого контура регулированич, состоящего из блоков 1,5, 7, 8, внутреннего замкнутото контура, состоя30 щего из блока б, охваченного отрицательной

318907 фl () 2 ()- ) (т,,„р — )р р(р) где К вЂ” коэффициент усиления; Т„, — постоянная времени двигателя; р — оператор Лапласа; Л(/з) =К2, -F(p) = (T p+1) р.

10 Обозначим передаточную функцию блока 4 через К,(р), тогда изображение по Лапласу сигнала на выходе двигателя, обусловленного только ошибкой 0 (t) равно: (р) =- д(Р) .0 (р) Л(р) — F (S) Л(р) + Р(р)

= К.(Ф М).

Поставим условие, чтобы прохождение сиг20 нала 0 (t) при наличии отрицательной связи внутреннего контура было таким же, как и при отсутствии отрицательной связи, т. е.

О, (s) К 0

Д() -.() )+Л()+.()

= д(» о,(р)

F(S) илн

fA(p)+ Д() К. (р)1 Г(p) = Д(р). (Д(р)+ (p)1

АФ F (р) (1+ I(. (Р)1= д(РМ (р)+ Ф)1

1 К (), 2(Р) + F(Р) 35 р (р) I(„=tgу, откуда:

3 обратной связью, модели блока 5 (блок 4), цепи нелинейной коррекции, содержащей дифференцирующий блок 2, усилитель 8 и релейный элемент 6. Основной замкнутый контур регулирования представляет собой следящую систему с астатизмом первого порядка относительно управляющего воздействия к(/).

При изменении управляющего воздействия появляется сигнал ошибки О(/). Сигнал ошибки дифференцируется по времени блоком 2, усиливается до величины, необходимой для срабатывания релейного элемента б. С него сигнал постоянной амплитуды поступает на блок 5, охваченный отрицательной обратной связью, через элемент сравнения. Блок 5 является внутренним замкнутым контуром регулирования и представляет собой слсдящую систему, где управляющим воздействием является сигнал g(t) с релейного элемента, а регулируемой величиной — (3< (1) . Внутренний замкпутый контур регулирования — следящая система с астатизмом нулевого порядка относи Iåëüно сигнала д®. Внутренний замкнутый контур регулирования отрабатывает g(t) точно на величину, равную половине ширины зоны нечувствительности люфта (Л), что позволяет быстро перейти на линейный участок нелинейной характеристики (см. фиг. 2) . При другой полярности сигнала ошибки напряжение g® также меняет полярность, а рабочая точка нелинейной характеристики перемещается на 2Л по оси Х. Коэффициент передачи нелинейного звена с нелинейностью типа люфта в этом случае (с цепью коррекции) будет определяться: где у — угол наклона характеристики.

Подключение цепи нелинейной коррекции приводит к тому, что в зависимости от фазы сигнала ошибки 0(t) меняется рабочая точка, что равносильно подаче смещения -t U„,„, íà вход нелинейности.

На фиг. 2 показано, что если смещения нет (кривая Х), выходное напряжение нелинейного звена сдвигается по фазе на Л и ограничивается (кривая а). Напряжение смещения меняет полярность в тот момент, когда производная сигнала Х меняет знак. Поэтому та же кривая Х при наличии переключающего смещения имеет вид Xi, а напряжение на выходе

-нелинейности представлено кривой б. Таким образом, устраняется фазовый сдвиг Лср и восстанавливается синусоидальная форма сигнала, нелинейность линеаризуется. Графики вычерчены без учета времени переходного процесса, полагая, что на вход системы поступают медленно меняющиеся сигналы, а время переходного процесса внутреннего замкнутого контура мало. Для того, чтобы замкнутый внутренний контур регулирования преобразовывал сигнал Oi (t) так же, как и в системе без цепи нелинейной коррекции, на выходе блока включается блок 4 — модель блока 5.

4

Найдем вид передаточной функции блока 4., если блок 5 имеет передаточную функцию вида:

К,() = — ".

Д(р) р(р)

Таким образом, блок 4 должен быть моделью звена, охваченного отрицательной обратной связью.

Статическая ошибка устраняется за счет замкнутого внутреннего контура. Если бы этот контур был незамкнут, то подача скачка д(/) на входе блока 5 (апериодическое и интегрирующее звено) привела бы к появлению статической ошибки, определяемой величиной зоны нечувствительности люфта.

Предмет изобретения

Следящая система с нелинейной коррекцией, содержащая пследовательно соединенные предварительный усилитель, усилитель мощности, двигатель с редуктором и объект, охваченные цепью единичной обратной связи, а также релейный элемент, связанный через усилитель и дифференцирующий блок со входом предварительного усилителя, отличаюиаяся тем, что, с целью повышения точности системы, она содержит подключенную ко входу усилителя мощности модель усилителя мощно318907 сти с двигателем, вход которой соединен с выходом предварительного уси ителя, при этом двигатель через преобразователь подключен к. вычитателю, второй вход которого связан с выходом релейного элемента, а выход — со входом усилителя мощности.