Способ автоматического управления в системе с люфтом
g, .)!i) "з :) .-; :1«, ;он «й
«i«I 7281)) Союз Советских
Социалксткческкх
Реслублмк
ИЗОБРЕТЕНИЯ к авторском свидетельств ф, (61) Дополнителл««ос к G 05 В 11/01 с присоединением заявки ¹ Государственный комитет (23) П1«и««ритет СССР ао делам изобретений и,отнрытий Опубликовано 15 0480 Бюллетень № 14 Дата опубликования описания 15 04 80 (53) УДК 62-50 . (088 8) А.А.Галкин, А. Б. Градусов, С. А. Колмыков и Ю. А. Медведев (72) Авторы изобретения Владимирский политехнический институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВ" 1ЕНИЯ В СИСТЕМЕ С ЛЮФТОМ Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано при создании автоматических систем с люфтом. — -Известны способы автоматического управления в системах с люфтом, использующие линейное преобразование основного сигнала управления (рассогласования) 113(2) . Однако зти способы либо не позволяют устранить автоколебаний, присущих указанным системам, либо устраняют их лишь при весьма ограниченном 1О диапазоне изменения параметров системы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ автоматического управления, заключающийся в суммировании основного сигнала управления и дополнительного. кусочйо-постоянного сигнала (3) . Причем в этом спбсобе абсолютная величина дополнительного сигнала равна половине зоны люфта редуктора исполнительного устройства, а знак совпадает со знаком производной основного сигнала. При использовании этого способа компенсируется влияние люфта, благодаря чему в системе устраняются автоколебания. Недостатком такого способа является значительное перерегулирование и время затухания переходных процессов в слабодемпфированных системах. Кроме того, этот способ предусматривает точное соответствие величины дополнительного сигнала величине зоны люфта. Поэтому при изменении по какой-либо причине величины люфта (например вследствие износа редуктора) в системе могут возникнуть автаколебания. Цель изобретения заключается в повышении точности управления. Эта цель достигается благодаря тому, что в момент равенства нулю линейной комбинации основного сигнала управления и сигнала обрат- ной связи по скорости, запоминают основной сигнал и формируют из него дополнительный постоянный сигнал, определяемый коэффициентом передачи и постоянными времени системы. На фиг. 1 представлен фазовый портрет автоматической системы с люфтом, скорректиро) ванной по предлагаемому способу; на фиг. 2-пример конкретного выполнения автоматической системы с люфтом, реализующий предлагаемый способ. 1 мг(1 (+ 3 72811 В описании приняты следукнцие обозначения: Х вЂ” основной сигнал; V — сигнал обратной связи по -скоростй; G — линейная комбинация основного сигнала управления и сигнала обратной свя- " зи по скорости; Кос- коэффициент обратной связи; U — дополнительный корректирующий сигнал; Хо — запомненный основной сигнал; Кн — коэффициент пропорциональности; R — коэффициент передачи; Т вЂ” постоянная времени. Система, реализующая предложенный способ (фиг. 2), содержит датчик рассогласования 1, усилительно-преобразовательное устройство 2, исполнительный двигатель 3, редуктор 4, запоминающий элемент 5, нуль-орган 6, элемент сравнения 7, устройство 8 обратной связи. Работает система следующим образом. Предположим, что динамика системы может быль описана дифференциальным уравнением второго порядка. Для исследования процессов в этом случае воспользуемся методом фазовой плоскости (фиг.1) . Равенство нулю линейной комбинации основного сигнала управления (рассогласования) Х и сигнала обратной связи по скорости V О = X+ КосЧ 0 (1) . З0 где Koo — постоянное число, на этой плоскости будет соответствовать попаданию изображающей точки на прямую NM (фиг.1) . Предположим, что система находилась в положении равновесия. В этом случае линейная комбинация "G" основного сигнала управления и сигнала обратной связи по скорости будет равна нулю, поэтому производится фиксация основного сигнала Х= О. После этого дополни- 4о тельный корректирующий сигнал U будет поддерживаться равным нулю. Пусть в некоторый момент времени в системе возникает начальное отклонение Х(0); Х (О) (точка А, на фиг.1). Если точка А1 не попадает на прямую NM (то есть линейная комбинация 6 начального отклонения и начальной скорости не равна нулю), то движение будет происходить при нулевом корректирующем сигнале по траектории 1. В точке В1, когда скорость Х О, происхощит расцепление ведущего и ведомого вала редуктора, после чего ведо :мый вал в течение некоторого времени остается неподвижным, в то время как ведущий вал движется в обратном направлении. Отрезок: с В1С фазовой траектории 11 соответствует уравниванию скоростей ведущего и ведомого валов редуктора, после чего из точки С по траектории Щ происходит движение системы 1 4 с зацепленнь1ми валами редуктора. Это движение происходит до тех пор, пока изображающая точка не попадает на прямую NM (точка Л1 на фиг.1). При этом линейная комбинация (1) становится равной нулю. В этот момент осуществляется фиксация значения основного сигнала Хо (фиг. 1), после чего к основному сигналу добавляется дополнительный постоянный сигнал, равный части зафиксированного рассогласования 0 = — КнХо. Под действием его движение системы происходит по траектории 1Ч (фиг. 1). Коэффициент пропорциональности Кн можно выбрать так, что фазовая траектория lY попадает прямо в начало координат "0". При этом линейная комбинация G = О, поэтому в точке О фиксируется значение основного сигнала Х=О и дополнительный сигнал скачком становится равным нулю. Таким образом, за конечное время система из произвольного начального состояния переходит точно в положение равновесия и остается в нем, Если в системе возникает новое отклонение (точка Аз на фиг. 1), то процессы протекают аналогично (траектория А2В>С>Д2О на фиг,1) . Лля обеспечения описанного режима работы системы необходимо выбрать настроечный параметр К в выражении (1) так, чтобы прямая ММ имела наклон не меньше, чем наклон касательной к линии К1, точки которой соответствуют выравниванию скоростей валов редуктора. Если в системе произоццет увеличение зазора в редукторе, то это приведет к смещению линии К1 на фазовой плоскости (см. KqL на фиг. 1). Однако при этом наклон касательной в начале координат к этой линии не изменится. Поэтому изменение зазора, редуктора в ходе Ф эксплуатации системы не требует изменения параметров закона управления. На входе устройства 2 к рассогласованию системы Х добавляется дополнительный корректирующий сигнал U. Он формируется запоминающим элементом 5, управляющий вход которо- —..;:.-;=:- .. го связан с нуль-органом б. Нуль-орган дает сигнал на фиксацию основного сигнала управления Х в тот момент, когда равен нулю сигнал с выхода элемента сравнения 7, йа один вход которого поступает основной сигнал Х, а на другой —, сигнал Кос Ч с выхода устройства 8 обратной связи по скорости. Пусть передаточная функция разомкнутой управляемой системы (звеньев 2, Э, 4 на фиг.3 . имеет вид 7 "811 I 6 где t> является решением уравнения Покажем, как в этом случае определяются параметры Кос и Кн предлагаемого закона управления по параметрам управляемой системы. В соответствии с траекторией IV наклон касательной к линии К1 в начале координат будет равен (-VR3). Из уравнения (1) следует, что угловой коэффициент прямой NM равен (.I/К с). Поэтому значение коэффициента Кос определяется параметрами системы (коэффициент передачи R и постоянной времени Т)следующим образом 1 оС fRT (21 Часть КнХо основного сигнала Хо, используемая в качестве дополнительного сигнала U, выбирается так, чтобы фаэовая траектория 1Ч(фиг.1) попадала в начало координат. Дифференциальное уравнение, описывающее движение системы на этом участке, имеет вид Йх бк @„+ > <+ R„=-R.К„Х (О) = у, О x (О) = -х,/к Решая его, получим уравнение фазовой траектории Й в параметрической форме. В случае, . когда корни характеристического уравнения являются комплексно-сопряженными (Й> „— ) получим: где (V -— 2Т циента Кн к +е IA-ê bees — +» "-- в 1=0j (5) 5о Чтобы фазовая траектория через время t после начала движения из точки Ít (фиг.1) попала точйо в начало координат, необходимс. "(t 01 Х (х1 0 (4) Из условий (4), используя выражение (3), получаем уравнение для определения коэффиИтак, для реализации предложенного способа управления в системе необходимо значения параметров Кн и Ко„- выбирать в соответствии с соотношениями (2, 5, 6). Таким образом, предложенный спосоо автоматического управления, являясь несложным в реализации, в то же время позволяет существенно улучшить показатели качества системы с люфтом: устранить автоколебания, уменьшить время затухания переходных процессов, устранцть перерегулирование, уменьшить интегральную ошибку системы, обеспечить независимость характера переходных процессов от величины зоны люфта. Формула изобретения Способ автоматического управления в системе с люфтом, заключающийся в суммировании основного сигнала управления и дополнительного кусочно-пэстоянного сигнала, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности управления, в момент равенства нулю линейной комбинации осйовного сигнала управления и сигнала обратной связи по скорости запоминают основной сигнал и формируют иэ него дополнительный постоянный сигнал, определяемый коэффициентом передачи-и постоянными времени системы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Пальтов И. П. О синтезе линейных корректирующих устройств в йелинейных автомати. ческих системах.-"Анализ и синтез систем автоматического управления". Сборник "Наука", 19б8. 2. Нелинейные корректирующие устройства в системах автоматического управления под ред Е. П. Попова и Ю. И. Топчеева, "Машиностроение", 1971. 3. Авторское свидетельство СССР М 243010, кл. G 05 В 5/00, 19б8. 728111 )(/ Составитель Г. Романченко Техред Н.Ковалева Корректор Н, Стец 1 . Редактор Н. Каменская Подписное Филиал ППП Патеггт, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 1137(47 Тираж 95б ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по долам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раунгская наб., д. 4/5
