Экстремальный регулятор для резонансного объекта

 

(ti) 590695

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

1

4 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.04.75 (21) 2127257/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.01.78. Бюллетень № 4 (45) Дата опубликования описания 08.02.78 (51) М. Кл. 6 05В 13/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР

Ао делам изобретений и открытнй (53) УДК 61-50(088.8) (72) Авторы изобретения

Л. Г. Гольденберг и А. А. Шурупов

Воронежский инженерно-строительный институт (71) Заявитель (54) ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯ РЕЗОНАНСНОГО

ОБЪЕКТА

Предлагаемый экстремальный регулятор предназначен для использования в системах автоматического управления резонансными объектами (вибрационными машинами различного назначения, К1 С-контурами и т. д).

Известны экстремальные регуляторы, используемые для выявления и поддержания экстремума в объектах, обладающих экстремальной статической характеристикой, дрейфующей при изменении внутренних и внешних возмущений, поступающих на объект (1, 2).

Из известных экстремальных регуляторов наиболее близким по технической сущности является регулятор, содержащий датчик управляющего воздействия, датчик управляемой величины, два пороговых устройства, два дифференциатора, триггер, выход которого через интегратор соединен с исполнительным механизмом (3). Применение в схеме регулятора указанных элементов обусловлено особенностью резонансных объектов — однозначной зависимостью между амплитудными характеристиками объекта, имеющими экстремум (резонансный режим) и его фазовыми характеристиками, изменяющимися монотонно, а также использованием последних для выявления и поддержания экстремума. При этом резонансному режиму соответствует некоторый характерный угол фазового сдвига между управляющим воздействием и управляемой величиной, определяемый их выбором, а дорезонансному и зарезонансному режимам— углы фазового сдвига, соответственно, меньшие или большие характерного угла. Для

5 большинства резонансных объектов, применяемых в технике (вибрационные машины, В1 С-контуры), использование их полезных свойств достигается при таком выборе управляющего воздействия и управляемой величи10 ны, когда характерный угол равен л/2. Использование же фазовых характеристик объекта позволяет выявлять и поддерживать экстремум более простыми техническими средства ми.

15 Датчики управляющего воздействия и управляемой величины преобразовывают сигналы, поступающие с объекта, в сигналы, имеющие одинаковую физическую природу, необходимую для выявления угла их фазового

20 сдвига. Выявителем угла фазового сдвига является триггер, на который поступают сигналы с датчиков через пороговые устройства и дифференциаторы. Дорезонансному режиму соответствует одно устойчивое состояние триг25 гера, зарезонансному — другое. Сигнал с выхода триггера через интегратор поступает на исполнительный механизм, который оказывает регулирующее воздействие на объект, направляя управляемую величину в сторону эк30 стремума, 590695

Недостатком известных устройств является то обстоятельство, что при выявлении экстремума скорость изменения регулирующего воздействия является постоянной независимо от того, на каком расстоянии от экстремальной точки находится объект. Для улучшения же динамики экстремального регулирования, в частности, уменьшения потерь на рыскание в окрестности экстремума, необходимо, чтобы при приближении к экстремуму скорость изменения регулирующего воздействия уменьшалась.

Целью настоящего изобретения является повышение точности регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе установлены два выпрямителя, причем датчик управляющего воздействия через последовательно соединенные первое пороговое устройство, первый дифференциатор и первый выпрямитель соединен с первым входом триггера, а датчик управляемой величины через последовательно соединенные второе пороговое устройство, второй дифференциатор и второй выпрямитель соединен со вторым входом триггера.

На фиг. 1 изображена блок-схема регулятора; на фиг. 2 — характеристики, иллюстрирующие особенности резонансного объекта; на фиг. 3 — эпюры напряжений, поясняющие, работу экстремального регулятора.

Блок-схема содержит резонансный объект

1, датчик управляющего воздействия 2, датчик управляемой величины 3, первое и второе пороговые устройства 4, 5; первый и второй дифференциаторы 6 и 7; первый и второй выпрямители 8, 9, триггер 10, интегратор 11, исполнительный механизм 12, х — управляющее воздействие, поступающее на резонансный объект, у — управляемая величина объекта, а — регулирующее воздействие, ср„— фаза управляющего воздействия; ср фаза управляемой величины; — угол фазового сдвига между х и у; ui и n> — значения регулирующего воздействия, при которых достигается экстремум и при которых угол фазового сдвига равен л/2, р, у, P>, y> — возмущающие воздействия, вызывающие смещение экстремальной характеристики объекта (смещение экстремума); U и Ug — сигналы на выходе датчиков управляющего воздействия и управляемой величины; U< и U> — сигналы на выходе пороговых устройств; Ue и U> — сигналы на выходе дифференциаторов; Ug u Ug — сигналы на выходе выпрямителей, поступающие на первый и второй входы триггера (сплошными линиями показаны сигналы на выходе одного выпрямителя, пунктирными — на выходе другого); U« — сигнал на выходе интегратора; т — длительность нахождения триггера в одном устойчивом состоянии; т — длительность нахождения триггера в другом устойчивом состоянии, t — время.

Экстремальный регулятор для резонансного объекта функционирует следующим образом.

В резонансном объекте 1 (фиг. 1) выделяют

ЗО

55 бО

65 канал с экстремальной характеристикой, максимум или минимум которой необходимо выявлять и поддерживать, и канал с монотонной характеристикой, положение отдельных точек на которой определенным образом связано с положением отдельных точек на экстремальной характеристике.

Входом канала с экстремальной характеристикой является регулирующее воздействие а, выходом — управляемая величина у. Входом канала с монотонной характеристикой является то же регулирующее воздействие а, а выходом — угол фазового сдвига р= р.„ — грр между управляющим воздействием х и управляемой величиной у.

Экстремальный регулятор использует характерное свойство резонансных объектов, состоящее в том, что при определенном выборе управляющего воздействия и управляемой величины точке экстремума управляемой величины соответствует угол фазового сдвига ср

=cp,— у, между ними, равный и/2, а дорезонансному и зарезонансному режимам соответствуют углы фазового сдвига, меньшие л/2 и большие л/2 (фиг. 2, кривые 1 и II). При изменении некоторых возмущающих воздействий Р и у происходит смещение экстремума, однако его новому положению вновь будет соответствовать угол фазового сдвига, равный л/2, а дорезонансному и зарезонансному режимам вновь будут соответствовать углы фазового сдвига, меньшие л/2 и большие л/2 (фиг. 2; кривые Ш и IV). Следовательно, выявление экстремума эквивалентно выявлению угла фазового сдвига, равного л/2.

Входящие в экстремальный регулятор датчики 2 и 3 линейно преобразовывают сигналы х и у в сигналы U> и U>, имеющие одинаковую физическую природу.

Пусть, например, Ua u Ug изменяются по гармоническому закону, хотя в общем случае это условие не является обязательным. Пороговые устройства 4 и 5 преобразовывают

Uz u Ug в последовательности однополярных прямоугольных импульсов Ua и U>, длительности которых составляют половину периодов сигналов U> и Ug и фазовый сдвиг между которыми равен фазовому сдвигу

Дифференциаторами 6 и 7 прямоугольные импульсы U< и U; преобразовываются в двухполярные последовательности узких импульсов U< и U>, которые выпрямителями 8 и 9 вновь преобразуются в однополярные последовательности импульсов Ug и Ug, поступающие на входы триггера 10, имеющего два устойчивых состояния.

В заявляемом регуляторе взаимное временное расположение импульсов Ug u Ug является признаком, выявляющим экстремум, поскольку фазовый сдвиг, равный л/2, соответствует такому расположению импульсов Ug по отношению к импульсам U>, при котором импульсы Us u Ug чередуются через равные промежутки времени. В дорезонансном и зарезонансном режимах чередованиеимпульсов Ugz

590695

30

U9 происходит через неравные промежутки времени.

Переключение триггера 10 импульсами U8 и U, поступающими на его входы, и последующее интегрирование выходных сигналов триггера (на фиг. 3 не показаны), имеющих форму прямоугольных импульсов, длительность которых и пауза между которыми соответствуют промежуткам времени между поступлением импульсов U< и U>, осуществляется интегратором 11, который решает две задачи: а) обеспечивает движение объекта из дорезонапсного и заоезонанспого режимов к резонансному (т. е. к экстремуму); б) обеспечивает уменьшение скорости изменения регулирующего воздействия при приближении к резонансному режиму. Изменение регулирующего воздействия осуществляется ислолнительным механизмом 12.

В отдельных режимах работа экстремального регулятора осуществляется следующим образом: а) дорезонансный режим.

Фазовый сдвиг между сигналами U и U меньше л/2 и, следовательно, длительность т нахождения триггера в одном из устойчивых состояний будет меньше длительности т нахождения триггера в другом устойчивом состоянии (переброс триггера осуществляется импульсами, поочередно поступающими на его входы). При этом на выходе интегратора возникает «скользягций режим», т. е. в течение времени т сигнал U«< будет возрастать, а в течение времени т будет бывать. Так как т )ть «в среднем» сигнал U будет убывать, что приведет к движению дополнительного механизма в направлении, перемещающем объект в сторону экстремума. б) Резонансный режим.

Фазовый сдвиг между сигналами U> и U равен n/2 и, следовательно, длительности т и tg нахождения триггера в каждом из устойчивых состояний одинаковы. Сигнал U «на выходе интегратора будет возрастать и убывать на одинаковую величину, что соответствует автоколебательному движению системы в окрестности экстремума. в) Зарезонанспый режим.

Фазовый сдвиг между сигналами Uq и U больше т/2 и, следовательно, длительность т нахождения триггера в одном состоянии больше длительности т нахождения в другом состоянии. Так как Ti ) т, «в среднем» сигнал

U«будет возрастать, что приведет к движению исполнительного механизма в направлении, противоположном направлению при дорезонансном режиме, т. с. опять-таки в сторону экстремума.

Особенностью экстремального регулятора является возможность повышения точности и качества экстремального регулирования. Чем ближе находится система к экстремуму, тем меньше различие в длительностях т и т нахождения триггера в каждом из устойчивых состояний и, следовательно, тем меньше

«средняя» скорость изменения сигнала U на выходе интегратора. Уменьшение же скорости изменения регулирующего воздействия при подходе к экстремуму способствует уменьшению потерь на рыскание в окрестности экстремума.

Использование новых элементов-выпрямителей выгодно отличает предлагаемый экстремальный регулятор от известных устройств. В зависимости от инерционных свойств объекта потери на рыскание уменьшаются в 1,5—

2,5 раза, т. е. сугцественно повышается точность поддержания экстремального режима.

Учитывая, что потери на рыскание являются фактором. препятствующим применению экстремальных регуляторов на многих технологических объектах, указанное обстоятельство позволяет также расширить сферу применения экстремальных регуляторов.

Формула изобретения

Экстремальный регулятор для резонансного объекта, содержащий датчик управляющего воздействия, датчик управляемой величины, два пороговых устройства, два дпфференциатора, триггер, выход которого через интегратор соединен с исполнительным механизмом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулятора, в нем установлены два выпрямителя, причем датчик управляющего воздействия через последовательно соединенные первое пороговое устройство, первый дифференциатор и первый выпрямитель соединен с первым входом триггера, а датчик управляемой величины через последовательно соединенные второе пороговое устройство, второй дифференциатор и второй выпрямитель соединен со вторым входом триггера.

Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе

1. Либерзон Л. М. и др. Системы экстремального регулирования. М., «Энергия», 1965, стр. 7 — 41.

2. Теория автоматического управления. Под ред. А. В. Нстушила. ч. 1. М., «Высшая школ а», 1968, стр. 23, 84 — 86.

3. Самонастраивающиеся системы. Под ред.

П. И. Чинаева. Киев, «Наукова Думка», 1969. стр. 30 — 34.

590695 о иОНОнсньй " н0п

Резонансны врежете

Рог. У

Зарезононсный релтии

Составитель Ю, Гладков

Техред А. Камышникова

Корректор А. Степанова

Редактор P. Киселева

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 3184/11 Изд. М 161 Тираж 1109

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб„д, 4/5