Система автоматического управления инерционным объектом

 

Союз Советсхик

Соцмалмстхчесхие

Республмх

ОП ИСАНЙЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<ц901994 с *

/ .ъ ="".Ф" (6l ) Дополнительное к авт. свхд-ву (22) Заявлено 09.06.80 (2l ) 2940569/18-24 (5 ) М . К л

6 05 B 11/26 с присоединением заявки М

Гооударстееииый комитет (23 } Приоритет по делам изооретеиий н открытий

Опубликовано 30.01.82. Бюллетень № 4

Дата опубликования описания 02.02.82 (53) УДК62-50 (088 8) A. A. Вавилов, Г. Д, Горшков, В. С. Закирни ный,. А,. В. Карас Ж и В. Б. Яковлев

1 !

Ф

I !

В

t

Й им В. И. Ульянова (Ленина) (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель. (54) СИСТЕМА ABTOMATH×ÃÑÊÎÃÎ УПРАВЛЕНИЯ

ИНЕPIINOHHbIM ОБЪЕКТОМ

Изобретение относится к дискретным системам автоматического управления, в частности к системам автоматическorо управления с частотно — импульсной мопуляцией второго роца, и препназначено пля управления суцном цля буровой установ— ки, находящегося в условиях возмушенной внешней срепы.

Известна частотно-импульсная система управления, сопержашая частотно-импульс— ный моцулятор второго ропа, выход которого соепикен со вхоаом формирователя сигнала управления, выполненного по схеме жпушего мультивибратора с регулируемой цлительностью импульсов, измеритель интервала времени межцу импульсами, вхоц которого соецинен с выхопом частотно-импульсного моцулятора второго роца, à BblxoG — с управляюшим вхоцом формирователя сигнала управления, выхоц которого соецинен со вхоцом исполнительного механизма 3 17 .

Нецостатками известной системы являются ее низкая пиначическая точность из-за того, что закон изменения мошности выхоаных импульсов формирователя сигнала управления не учитывает цинамических свойств суцна, преаназначенного ! пля буровой установки, и низкая нацежность из-за большого числа срабатываний исполнительного механизма, что существенно снижает их ресурс-.

Наиболее близкой к прецлагаемой по технической сушности является система автоматич "ского регулирования инерционным обьектом, сопержашим цатчик отклонения регулируемой величины от зацанного значения, выход которого через частотно-импульсный моцулятор второго роца и измеритель интервала времени межцу импульсами соецинен соответственно с сигнальным и управляюшим вхопами формирователя сигнала управления, выхоа которого через исполнительный механизм соепинен со вхоцом инерционного обьекта, выхоц которого соецинен со вхоаом цатчика отклонения регулируемой коорцинатЫ от зацанного значения $27

90 199

B качестве уравнений цля опрецеления функционального закона используются слецуюшие неравенства: (0) i 3- a/

) (2) гце Ч (Ш) — фазовая частотная х рактеристика непрерывной линейной части системы; ш — круговая частота;

k (В) — амплитуцная частотная характеристика непре†рывной линейной части системы, hQ Ч ЬМ вЂ” запасы устойчивости соответственно по модулю и фазе, выбираемые из условия обеспечения требуем ых и ок а за теле и качества свободных движений системы;

1 (и ) — текущий интервал време» ни меж цу цвум я с осец ними импульсами;

М 1 A) — мощность импульсов на выходе формирователя сигнала управления.

Заменяя неравенства равенствами можно сопоставить кажцому значению круговой частоты ецинственное значение текущего интервала времени Т и мощности импульсов М . Палее, исключая частоту

w из выражений (1) и (2), можно найти функциональный закон изменения мощности импульсов от времени М(Т ), который опрецеляет косвенно заданную точность динамических процессов систем управления. При этом значительно снижается число включений исполнительного механизма. — гицропривоца поворота лопастей винта регулируемого шага.

На фиг. 1 прецставлена схема системьг на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема оцного из возможных вариантов системы, на фиг. 3 — статическая характеристика нелинейного элемента; на фиг. 4 — графики сигналов отклонения регулируемойкоорцинаты от заданного значения в прецлагаемой (б) и известной (a) системах.

Система автоматического управления инерционным обьектом соцержит датчик

1 отклонения регулируемойкоорцинатыот

В известной системе в силу особенностей эксплуатации судов с установками цля бурения, заключающихся в том, что исполнительные механизмы не цолжны реагировать на составляющую сигнала отклонения, обусловленную волнами, времязацаюший фильтр модулятора не цолжен содержать цифференцируюших звеньев. Tpe- RВ) — —— бования по точности режима стабилизации судна с установкой цля бурения так- и +(+)< же накладывают ряц ограничений на виц времязадающего фильтра моцулятора. Во избежание появления эквивалентов зоны нечувствительности по сигналу отклонения времязацающий фильтр должен прецсгавлять собой звено без самовыравнивания. Так как алгоритм изменения мощности на вьгхоце формирователя сигнала управления не учитывает цинамических свойств инерционного объекта — суцна

2О цля буровой установки, динамическая точность известной системы низка, слецствием чего является уменьшение ресурса исполнительного механизма и низкая надежность системы.

Цель изобретения — повышение точности и надежности системы.

Поставле Iная цель цостиl аетcя тем, что в системе автоматического управле ния инерционным объектом, соцержащей, послецовательно соединенные цатчик отклонения регулируемой координаты от за,цанного значения, частотно-импульсный моцулятор второго роца, формирователь сигнала управления, и исполнительный механизм, выход которого соецинен со вхо- З5 цом инерционного объекта, выхоц которого соецинен с цатчиком отклонения регулируемой координаты от зацанного значения, измеритель интервала времени межцу импульсами, вхоц которого соецинен с выходом частотно-импульсного моцулятора второго рода, дополнительно установлен нелинейный элемент, выход которого соединен с выхоцом измерителя интервала времени между импульсами, а выхоц — с 45 управляющим вхоцом формирователя сигнала управления.

Ст ат ическ ая ха рак теристик а нелинейного элемента опрецеляется из условий сохранения заданных запасов устойчивос- 50 ти по моцулю и фазе системы управления для гармонических линеаризованных управлений, из которых можно получить выражения, определяющие функциональный закон изменения мощности выходных им- 55 пульаов формирователя сигнала управления от текшего значения интервала времени межцу цвумя сосецними импульсами.

90 зацанного значения, частотно-импульсный модулятор второго рода 2, формирователь

3 сигнала управления, измеритель 4 интервала времени между импульсами, нелинейный элемент 5, исполнительный механизм 6, инерционный обьект 7, операционные усилители 8 — 16, ключи 17—

21 и триггер 22.

Кроме того, на чертежах обозначены:

U, V, 0 и U<- опорные напряжения, М вЂ” мощность импульсов формирователя сигнала управления, T — интервал времени между двумя соседними импульсами, — сигнал отклонения регулируемой коорцинаты от зацанного значения, — текущее время. ,П атчик 1 отклонения регулируемой . коорцинаты от зацанного значения представляет собой систему ультразвуковых передатчиков, расположенных на морском

we в окрестности буровой скважины, и соответствующую систему приемников, распопагаемых на борту судна цля буровой установки. Исполнительный механизм

6 представляет собой гицропривоц лопастей винта регулируемого шага, винт регулируемого шага, вращающийся от двигателя постоянной скорости. Частотноимпульсный модулятор второго роца 2 состоит из интегратора, реализованного на операционном усилителе 8, релейного элемента с зоной нечувствительности Д, реализованного на опер ационном усиля теле

9, зона нечувствительности Ь формиру:ется с помо>цью опорного напряжения 04 и ключа 17.на полевом транзисторе. Формирователь 3 сигнала управления представляет собой жцуший мупьтивибратор с управляемой длительностью импульсов и состоит из k5 — триггера 22, интегратора, реализованного на операционном усилителе 13 и устанавливаемого в нулевое состояние с помощью транзисторного ключа 20, и релейного элемента на операционном усилителе 14. Измеритель интервала времени между импульсами представляет собой последовательное соецинение интеграра, реализованного на операционном усилителе 10 с ключом 18 в-цепи обратной связи, и элемента выборки-запоминания цля фиксации измеренного значения ин— тервала времени между двумя соседними импульсами на время срабатывания формирователя сигнала управления, реализованного на операционном усилителе 11 с ключом 19 на входе. Функциональный закон изменения мощности импульсов формирователя 3 сигнала управления от интервала времени между импульсами вво1994 6 аится с помощью нелинейного элемента, реализованного на операционном усилителе 13, и кусочно апъроксимируюшего вы,численную зависимость >(г ) . .Полярность выхоцных импульсов восстанавливается моцупятором, реализованным с помощью операционного усилителя 9 . и ключа 21, в соответствии с полярностью времязацаи>щего фильтра-интегратора, реализованного на операционном усилителе 8. Сит нал полярности на интервале времени между цвумя сосецними импульсами фиксируется релейным элементом, реализо.— ванным на операционном усилителе 15.

Система работает следующим образом.

Сигнал огклонения регулируемой координаты от зацанного значения (т.е. сигнал отклонения текущего положения судна от заданного положения) с выхода

20 цатчика 1 поступает на вход часготноимпульсного моцулятора 2,который преобразует сигнал отклонения суцна от зацанного положения в послецоввгельность импульсов, моцулированных по частоте.

25 Параметры час готно-импульсного моцулятора 2 (зона нечувствительности й. релейного эпе;.tenra, выполненного на операционном усилителе 9) выбираются с учетом возможного уровня центрированной

5а составляющей сигнала отклонения судна таким образом, чтобы в отсутствии постоянной составляющей сигнала отклонения модулятор не реагировал на центральную составляющую, обусловленную волнами.

Импульсная последовательность с выхода моцулятора 2 поступает на вхоц формирователя 3 сигнала управления. на выходе которого формируются прямоугольные импульсы амплитудой А с полярностью, со4а ответствующей полярности выходных импульсов частотно-импульсного моцулятора

2, и цлительностью, опрецепенной на основании интервала времени межцу импульсами, измеренного измерителем интервала

4 времени между импульсами 4 в соответствии с функциональным законом, зацаваемым нелинейным элементом -, статическая характеристика которого определяется по заданным показателям качества Ь {1 и Ь4нз частотных характеристик линеаризованной системы Q. (.о) и ((ш). С выхоца формирователя 3 сигнала управления импульсы, модулированные по частоте, цпительносги и полярности, воздействуют на исполнительный механизм 6, 55 выполненный в виде гидропривоца поворота лопастей винта регулируемого шага, при-, Водимого во врашенив двигателем постоянной скорости. При повороте лопастей винта регулируемого шага создается упор> определяющий импульс силы, направленный в сторону уменьшения отклонения супна от заданного положения, причем величина это о импульса функционально зависит от З интервала времени между двумя соседними импульсами.

В процессе экспериментальных исследований установлено, что указанные отличительные особенности позволяют повысить

B четыре раза точность системы, уменьшить число выходов сигнала отклонения из опасной зоны и в шесть раз снизить число срабатываний исполнительного механизма 6 и примерно в пва раза повыЧить надежность системы. нала управления If исполнительный механизм, выход которого соединен со входом инерционного обьекта, выход которого соединен с датчиком отклонения регулируемой координаты от заданного значения, измеритель интервала времени между импульсами„вход которого соединен с выходом частотно-импульсного мопулятора второго рода, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что„с целью повышения точности и надежности системы, в ней установлен не лине йный элем ен т, вход к от орог о с оепинен с выходом измерителя интер.,ала времени между импульсами, а выход — с управляюшим входом формирователя сигнала управления.

Формула изобретения го

Система автоматического управления инерционным обьектом, содержащая последовательно соединенные патчик отклонения регулируемой координаты от запанно— го значения, частотно-импульсный модулятор второго рода, формирователь сигИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лвторское свидетельство СССР

Мо 491202, кл. Н 03 К 5/02, 1973.

2. Кунцевич B. М. и пр. Нелине йн ые системы автоматического управления с частотно- и широтно-импульсной модуляцией, Киев, "Техника", 1970, с. 49-53 (прототип).

901994

Составитель Ю. Гладков

Редактор Л. Горбунова Техред М, Пекарь Корректор Е. Рошко

° аказ 12383/58 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/S

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