Система управления

 

ca „,» ч"--. »

; у :,»,"»

О Н -Й -

Союз Саветскнк

Социалистических

Реснубинк

САНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

{ii}798712

Х АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (6f ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 251278 (21) 2700948/18-24 с присоединением заявки Йо (51)М. Клз

С 05 В 17/02

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 2301,81. Бюллетень N9 (5З) УДК 62-50 (088. 8) Ь

Дата опубликования описания 230181 (72) Авторы изобретения

I0,A,Áoðöîâ, Н.Д.Поляхов, И.A. Приходько и В.В.Путов

Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В. И. Ульянова (Ленина) (71) Заявитель (54) CHCTENA УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относйтся к системам автоматического управления, в частности к следящим системам, объектом которых является исполнительный дви гатель с нагрузкой на валу, и может з быть использовано для управления электромеханическим объектом, в том числе с упругими связями и зазорами, когда выходные и промежуточные координаты нагрузки не все доступны измерению 10 с помощью датчиков, например в станкостроении в системах управления механизмами металлорежущих станков.

Известны следящие система, содержащие последовательно соединенные 35 измеритель рассогласования, регулятор и объект. регулирования, вход и выход которого соединены с соответствующими входами устройства для измерения текущих динамических ха- 20 рактеристик нестационарного объекта (идентификатором), выход которого соединен со вторым входом регулятора P) и (2). звестны также следящие систеьва, 25 содержащие последовательно соединенные эадатчик, измеритель рассогласования, регулятор и объект, выход которого соединен с первым входом ,сумматора, второй вход которого чераз 30

2 эталонную модель соединен с выходом эадатчика, а выход через устройство управления с бесконечно большим коэффициентом усиления и ограничением соединен со вторым входом регулятора.

В такой системе сравнивают реальные выходные координаты объекта с желаемами, а по их разности формируется дополнительный сигнал управления (31.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является самонастраивающая система, содержащая последовательно соединенные блок задакщих сигналов, рагулятор, усилитель мощности и исполнительный двигатель, кинематически связанный с объектом управления, и последовательно соединенные блок оценки состояний объекта, измеритель ошибки и нелинейный уеЗюлитель,вход которого соединен со вторым входом регулятора, второй вход блока оценки состояний объекта соединен со вторым вйходом регулятора, а второй вход измерителя ошибки — co вторым выходом блока задающих сигналов (4).

Недостатком известной систе}ва является то, что при работе с объектом управления, соединенным с исполнительным двигателем с помощью механи798712 ческой передачи с упругой связью и зазором, система становится неработоспособной.

Цель изобретения — расширение области применения системы для управления объектом, у которого выход и 5 промежуточные координаты нагрузки недоступны измерению, путем подавления резонансных колебаний объекта управления и расширения полосы пропускания за границу области резонанс- о ных частот.

Поставленная цель достигается тем, что система управления содержит блок масштабных коэффициентов, вход кото рого соединен со вторым выходом блока оценки состояний объекта, первый выход — с третьим входом регулятора, а второй выход — co вторым входом нелинейного усилителя.

При этом организовывается два контура управления объектом управления, 20 координаты нагрузки которого .недоступны измерению. Первый, внутренний, контур управления по состоянию объекта образованным регулятором, усилителем мощности и исполнительным двигателем 25 с датчиком скорости, замкнутым через блок оценки состояния объекта и блок масштабных коэффициентов, чем обеспечивается устойчивость и быстродействие при управлении объектом на основе восстановления блоком оценки состояния (n-1) независимых переменных объекта, где и — общий порядок дифференциальных управлений объекта.

Восстановление (оценка) недоступных для непосредственного измерения координат объекта управления по выходному сигналу исполнительного двигателя возможно потому, что в сигнале скорости двигателя содержится информация о динамических процессах в 40 объекте управления, накладывающихся в виде обратной реакции на движение вала двигателя вследствие неоднонаправленных свойств механической передачи. 4S

Второй, внешний, контур управления по вычислительному значению выходной координаты объекта управления образуют регулятор, усилитель мощности, исполнительный двигатель, замкнутые Я через блок оценки состояния объекта измеритель ошибки и нелинейный уситель. В контуре осуществляется правление с обратной связью по той вычислительной координате объекта управления, которая в процессе управления следует своему эталонному назначению, предписываемому блоком задающих сигналов. Таким образом, блок оценки состояния объекта на основе информации об (n-1) независимых переменных состояния объекта.управления формирует независимую переменную, пропорциональную или равную той физической координате объекта, которая контролируется в про, 65 цессе управления, приобретая смысл выходной координаты (выхода) объекта управления °

Блок задающих сигналов выдает на регулятор командный сигнал, а на измеритель ошибки эталонный сигнал выходной координаты объекта управле,ния, вырабатываемый в нем с помощью

1эталонной модели системы.

Блок оценки состояний объекта состоит из датчика скорости, иденти фикатора, определяющего (n-1) независимую переменную состояния объекта, н вычислительного блока, определяющего по известным (и-1) переменным состояния выходную координату объекта управления.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемой системы управления объектом с недоступным измерению выходом

Схема содержит блок 1 задающего сигнала, регулятор 2, усилитель 3 мощности, исполнительный двигатель 4, механическая передача 5, объект б управления, блок 7 оценки состояний объекта, идентификатор 8 состояния объекта, датчик 9 скорости, вычислительный блок 10, измеритель 11 ошибки, нелинейный усилитель 12 и блок

13 масштабных коэффициентов.

Система управления работает следующим образом.

Блок задающего сигнала вырабатывает командный сигнал, который через регулятор 2, усилитель 3 мощности, .исполнительный двигатель 4 и механическую передачу 5 передается на объект б управления, в котором возбуждаются резонансные колебания. Для обеспечения быстродействия и устойчивой отработки объектом управления задающего сигнала идентификатор 8 состояния объекта, получая сигнал от датчика

9 скорости исполнительного двигателя 4, на скорость которого ввиду обратной .реакции механической передачи накладываются колебания объекта управления, вырабатывает недоступные измерению (2п-1) независимых координат объекта управления„ имеющего и степеней свободы, именно: m упругих моментов, соответствующих m упругим резонансам, и m-1 обобщенных скоростей. Если объект управления однорезонайсный (ймеет одну степень свободы), то восстанавливается один упругий момент.

Выход идентификатора 8 состояния подается в блок 13 масштабных коэф» фициентов, формирующего линейную комбинацию с заданными весовыми коэффициентами сигналов, вырабаты-. ваемых идентификатором 8 состояния объекта. Сформированный блоком 13 масштабных коэффициентов сигнал через регулятор 2, усилителя мощности 3, исполнительный двигатель 4 и механическую передачу управляет

798712 объектом 6 управления принудительным образом, подавляя резонансы нагрузки с помощью исполнительного двигателя 4. При этом достигается полоса пропускания управления механическим объектом, перекрывающая 5 область его резонансных частот. Одновременно вычислительный блок .10, получая сигнал от идентификатора 8 состояния объекта, вычисляет выходную координату объекта управления, а

30 именно скорость той массы, которая связана с рабочим органом объекта управления и движение которой контролируется при управлении в соответствии с задающим сигналом. Затем выход вычислительного блока 10 сравнивается в измерителе 11 ошибки с задающим сигналом блока 1, и полученный сигнал рассогласования поступает в нелинейный усилитель 12, представляющий собой безынерционный усилитель Я с большим усилием и ограничением, причем вблизи нулевой части характеристики усилителя имеется участок с усилением на порядок выше остальной части характеристики. Сформированный 25 нелинейным усилителем 12 сигнал управ ления поступает на вход регулятора

2, образуя контур управления объектом по его вычислительной выходной координате. Пропорционально-интегрирующий регулятор 2 обеспечивает необходимое усилие контура для достижения предельного с учетом ограничений усилителя 3 мощности и исполнительного двигателя 4 быстродействия при управлении вычислительным выходом объекта управления, а также придает ему астатические свойства.

Одновременно с этим, вырабатывае. мая измерителем 11 ош :бки ошибка между вычислительной выходной координатой вычислительного блока 10 и задающим сигналом блока 1 поступает через нелинейный усилитель 12 и регулятор 2 на второй вход идентификатора 8 состояния объекта и через ф5 него на вход вычислительного блока

10, осуществляя корректирование оценок этих блоков при изменении параметров объекта управления в процессе управления и влияния нелинейностей как самого объекта управления (зазоров), так и характеристик усилителя 3 мощности, исполнительного двигателя 4 н механической передачи 5. Нелинейный усилитель 12 позволяет обеспечить выбор режимов работы предлагаемой системы при устранении нарушающего нормальную работу действия нелинейностей или переменности параметров, а именно: если превалирует влияние нелинейных свойств, то 60 благодаря участку с повышенным усилием в нелинейном усилителе 12 возбуждается скользящий режим, создающий линеаризацию нейлинейностей (например, заэороз в объекте б управ-65 ления и механической передаче

5 и зоны нечувствительности усилителя 3 мощности). Если же преобладает действие изменения параметров объекта управления, то сформированный нелинейным усилителем 12 сигнал управления по своему функционированию эквивалентен сигнальной адаптации, достигая при этом значений ограничения.

Таким образом, вычислительный блок 10 вырабатывает вместе с идентификатором 8 состояния объекта точ-. ную в прантмческом смысле оценку выхохной координаты, а вслед за ней также точные оценки промежуточных координат. Вы@ором коэффициентов в блоке 13 иааитабных коэффмциентов обеспечиваетсж устойчивость динамических процессов в системе с иногорезонаиснни объектом, а также быстродействие к предписанное блоком 1 задакар х сигналов качество переходных процессов по выходной координате объекта 6 увравленмя вплоть до ограиичений ресурсов усилителя 3 мощности н исполантельного двигателя 4.

Предлагаемая система обеспечивает устойчивость управления объектом с одним и более механическими резонансаии, работающего в условиях изменяющихся,параметров и .проявления нелинейных свойств и когда его выходная.и. промежуточные координаты недоступны измеренИю. При этом достигается предельное по энергетйческим возможностям бйстродействие с полосой йропускания, перекрывающей область резонансных частот. формула изобретения

Система управления, содержащая последовательно соединенные блок задающих сигналов, регулятор, усилитель мощности и исполнительный двигатель, кииеиатически связанный с объектом управления, и последовательно соедиыеиные блок оценки состояний объекта, изиерктель ошибки и нелинейный усилитель, вход которого соединен со вторыи входои регулятора, второй вход блока оценки состояний объекта соединен со вторыи выходом регулятора, а второй вход измерителя ошибки - co вторым выходом блока задающих сигналов, отличающаяся тем, что, с целью расширения области прииенненик систввж, она содержит блок масштабных коэффициентов, вход которого соедннен со вторым выходом блока оценки состояний объекта, первый выход - c третьим входом регулятора, а второй выход - со вторым входом не« линейного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

798712

Составитель Г. НеФедова

Техред Т.Маточка

Корректор Н. Швыдкая

Редактор Н.Рогулич

Заказ 10044/60 Тираж 951 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4

1. Андреев Ю.Н мерными объектами

1975, с 341-35 1, 2. Современные ния САУ. Под ред.

"Машиностроение", рис. 10,(.3).. Управление конечноМ., "Наука", рис. 31(1). методы проектироваБ.H.Ïåòðoâà, М., 1967, с. 219-223, 3. Боднер В.А.Теория автоматического уйравления полетом. М., "Наука", 1964, с. 319-320, рис. 7-22 °

4. Современные методы проектирования САУ. Под ред. Б.Н.Петрова. М., "Машиностроение", 1967, с. 223-225, рис, 10 (9) (прототип).