Система автоматического регулирования

 

АНИЕ >

Союз Советскик

Социапистическин

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6.1) Дополнительное к авт. свид-ву 11 467322 (22)Заявлено18.06.79 (21)2780317/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет— (53)M. Кл.

G 05 В 11/01

Косударствапе11 квинтет

СССР на делам нзебретеннй н открытнй

Опубликовано 23.05 82 ° Бюллетень Рв 19

Дата опубликования описания 23.05. 82 (53) УДК 62-50 (088. 8) f=В.С.Жабреев, А.И.Коровин и В.Г.Попов

:!

4елябинский политехнический институт им. енинского и комсомола (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54 2 СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Изобретение относится к классу высокоточных быстродействующих следящих. систем и может быть применено для управления объектами, для которых требуется максимально уменьшить влияние периодических помех переменной частоты на регулирующую величину.

Известна следящая система, состоящая из вычислительного устройства, отрабатывающего элемента, усилителя, то исполнительного двигателя, в которой для компенсации периодических помех с частотой питающего напряжения используется отрицательная обратная

3$ связь по помехе, содержащая в качестве основных элементов синхронный детектор и модулятор(1).

Недостатком этой системы является то, что в ней подавляется только квадратурная помеха постоянной частоты, равной частоте питающего напряжения.

По основному авт.св. У 467322 известна система автоматичесокго управления, содержащая последовател— но соединенные измеритель рассогласования, корректирующий элемент, исполнительный механизм и датчик обратной связи, выход которого соединен с одним из входов измерителя рассогласования и входом первого линейного фильтра, выход которого через последовательно соединенные первый блок умножения, второй линейный фильтр и второй блок умножения подключен к первому входу сумматора, а через последовательно соединенные третий блок умножения, третий линейный фильтр и четвертый блок умножения — к второму входу ,сумматора, выход которого через четвертый линейный фильтр соединен с вторым входом исполнительного механизма, вторые входы блоков умножения подключены к соответствующим выходам первого источника гармонических сигналов 21.

2 4

На чертеже приведена блок-схема системы.

Система включает измеритель 1 рассогласования, корректирующий элемент 2, исполнительный механизм 3 в виде исполнительного элемента, датчик обратной связи 4, первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 линейные фильтры, первый сумматор 9 первый 10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 блоки умножения, первый источник 14 гармонических сигналов, второй сумматор 15, фазовый детектор 16, третий сумматор 17, пятый линейный фильтр 18, интегратор 19, второй источник 20 гармонических сигналов, сийусный А и косинусный В выходы источника 14.

Система работает следующим образом.

При действии в системе периадичес" кой помехи переменной частоты на суммирующий вход исполнительного элемента 3 поступает сигнал с выхода корректирующего элемента 2, представляющий собой сумму полезной низкочастотной составляющей и периодической помехи

3 93023

Однако эта система не обеспечивает подавления периодической помехи на выходе системы в случае переменности частоты помехи, препятствует прохождению полезного сигнала S на частоте помехи и формирует дополнительную помеху на этой же частоте,мощность которой пропорциональна мощности полезного сигнала в полосе частот пропускания компенсирую- 10 щего фильтра, это снижает эффективность подавления периодических помех постоянной частоты на выходе системы.

Цель изобретения - повышение по- 1$ мехрзащищенности системы.

Поставленная цель достигается тем, что в системе установлены второй источник гармонического сигнала и последовательно соединенные второй сумматор, фазовый детектор, третий сумматор, пятый линейный фильтр и интегратор, выход которого соединен с входом первого источника гармонических сигналов, косинусный выход которого соединен с вторым входом фазового детектора и первым входом второго источника гармонических сигналов, а синрсный выход - с втоРым входом вто- )(й(р)=М/В (р) ((йв(р)-((вХ „,„(p)+)(> (р)1 рого источника гармонических ((сигналов, выход которого соединен с вто- где (р) - передаточная функция коррым входом третьего сумматора, вы- ректирующего элемента; ход первого линейного фильтра соеди- коэффициент передачи нен с первыми входами первого и тре- датчика обратной связи

3S тьего блоков умножения через второи Х ф)- изображение по Лапласу

ы И р сумматор, второи вход которого под- сигнала периодической поключен к выходу измерителя рассогласоA на вычитающий вход исполнительВведение втоРого сумматоРа позво- ного элемента 3 подается сигнал с

Щ ляет исключить влияние полезнои низко- выхода линейного фильтра 7 предчастотнои составляющеи на качество ставляющий собой оценку сигнала пеподавления сигнала периодической по- риодической помехи мехи, а введение фазового детектора, второго источника гармонических сигX,ó® I (Р) Ии (Р)

43 налов, тРетьего сУмматоРа, пЯтого где ) (р)- изображение по Лампласу линейного фильтра и интегратора позвосигнала оценки периодичесляет осуществлять настройку первого кой помехи. источника гармонических сигналов на В результате вычитания этих сигчастотУ периоДической помехи и тем . налов подавляется сигнал периодичессамым повысить эффективность подавле- кой помехи на выходе системы, т.е.

50 ниЯ пеРиодических помех на выходе выходной сигнал Х ь,„(Р) зависит системы как пеРеменной, так и посто- только от задающего воздействия янной частоты. При этом наличие вто- () В (р)-1(, Х ь „(р)): рого источника гармонических сигна1P),= ) (Р)1Х,â)-)(лов и третьего сумматора обеспечива- >> 8 l< p S ) < Р) ч®Ъ ет подавление второй гармоники по- "-®()®>t) )Ex> (Р)4чх „„Ф1 мехи, образующейся при фазовом де- где 4!g(p)- передаточная функция исполтектировании. нительного элемента 3.

930 вваЮ 4 в>

1х"-в» ®

)(. О- A (ð61È ф2О

5.

Сигнал оценки периодической помехи хт(р) формируется следующим образом.

На суммирующий вход сумматора 15 поступает сумма полезной низко- 5 частотной составляющей и периодической помехи Хвх(1>) 1 4 Хъь х (Р)+Хи (p)3 которой вычитается сигнал, поступающий на вычитающий вход сумматора 15 с выхода линейного фильтра 6, пред- 10 ставляющий собой выходной сигнал системы, пересчитанный на вход корректирукицего элемента 2. С целью этого пересчета передаточная функ- . ция линейного фильтр(а 6 выбирается 15 равной! 1 где Ф (p) = — ® (ф-передаточная 20

W5(Ð) функция, которая выбирается равной, в случае пренебрежительно малой инерционности. испрлнительного элемен- 25

ra

4 ъ,(р) = —, Ъ где М - статический коэффициент передачи исполнительного элемента, а в случае инерционного исполнитель- . ного элемента

4 ж,(P)= Р)

В результате на выход сумматора 15 проходит только сигнал периодической помехи

"хв(Р> -(" вх(в>->(в>(вцх О»+>(„(в>)®G (Р)1 4 ХВых Р)-"и®: разложение в ряд Фурье которого представим в виде

X>(A>,e.) = А„Ыи ф„+О(Ь), где Аи - амплитуда основной гармоники периодической помехи, Фи - текущая фаза основной гар- моники периодической поме50 хи,"

6(ф)- остаточный член разложения в р А Фурье, учитывающий высшие гармоники периодической помехи.

Далее сигнал помехи поступает на первые входы фазового детектора 16 и блоков 10 и 12 умножения. На второй

232 G вход фазового детектора 16 поступает. гармонический сигнал с косинусяого выхода В источника 14 гармонических сигналов

Х1 = А14СОбф где Ахи 914- амплитуда и текущая фаза гармонического сигнала, соответственно.

При наличии расстройки по частоте между сигналом периодической помехе Х11 и опорным гармоническим сигналом Х<4 выходной сигнал фазово"

ro детектора 16 может быть представлен в виде Х g д д (>(ф„ ф ) f6 2. 16 8 14 L 14

- + В1и(ф +фц))+ ((фи) А„4СЮф14, где 1(„ - коэффициент передачи фазового детектора.

В сумматоре 17 из этого сигнала вычитается сигнал источника 20 гармонических сигналов двойной частоты помехи где А и ф — амплитуда и текущая фаза гармонического сигнала двойной частоты помехи соответственно.

При A = 1(1@ A@A14.=A и при фуо=

= 2ф14 на вход линейного фильтра 18 поступает сигнал

Х = Д В1И (.©8 ф 4)+ ,П - I

+ gМ>л ч>"4 сов

° 6 -9 @и+уФ ..2

+6 (ф „) А14, COSФ14, который:проходя через линейный фильтр 18; сглаживается и поступает на вход интегратора 19. В результате на управляющий вход источника 14 гармонических сигналов поступает сигнал, пропорциональный разности фаз между сигналом периодической помехи Xg и опорным гармоническим сигналом Х14. . По этому сигналу источник 14 гармонических сигналов перестраивается на частоту помехи.

С синусного А и косинусного В выходов источника 14, настроенного нв частоту помехи, подаются сигналы на вторые входы блоков 10 и 12 умножения. Выделенные в результате синхронного детектирования, производимого . блоками 10 и 12 умножения, и последующего сглаживания линейными фильтрами 6 и 18 огибающие квадратурных

930232 составляющих периодической помехи подвергаются модуляции в блоках 11 и 13 умножения с частотой помехи.

После этого на выходе сумматора 9 имеется отфильтрованный сигнал по- 5 мехи -, который посредством ли— нейного фильтра 7 преобразуется таким образом, чтобы полученная на его выходе оценка сигнала помехи Хт поступив на вычитающий вход исполнительного элемента 3, скомпенсировала действующую в системе периодическую помеху. С этой целью передаточная функция фильтра 7 выбирается равной 15

W (Р1 4 (P) (Следует отметить, что %g(P) и % (Р) можно реализовать в диапазоне частот полосы и пропускания системы.

При действии в системе периодической помехи переменной частоты наличие расстройки по частоте между сигналом помехи и выходным сигналом источника 14 гармонических сигналов, равной 5 Гц, приводит к тому, что компенсирующий фильтр подавляет периодическую помеху на выходе системы всего в 3-5 раз. И в результате компенсации полезной составляющей в N сумматоре 15 на вход компенсйрующего фильтра и контура фазовой синхронизации поступает ослабленной на 20-30 сигнал периодической помехи. В предлагаемом устройстве по мере настрой- 3S ки источника 14 гармонических сиг, налов на частоту помехи уменьшается ослабление периодической помехи в сумматоре 15 и увеличивается коэффициент подавления периодической помехи40 на выходе системы, и при настройке источника гармонических сигналов на частоту помехи он достигает 50. Это значение коэффициента подавления поддерживается неизменным в предлагаемом устройстве во всем диапазоне рабочих частот системы, в то время как известная система обеспечивает такое подавление только на фиксированной частоте.

Преимущество изобретения перед известной системой который подавляет периодические помехи, действующие на систему на фиксированной частоте или в очень узком диапазоне частот (десятые доли герца), заключается

1 в том, что она обеспечивает подавление периодических помех в широком диапазоне частот (десятки килогерцу, при этом применение источника гармонических сигналов двойной частоты помехи позволяет снизить нижнюю частоту полосы подавления до десятых долей герца.

Формула изобретения

Система автоматического регулирования по авт.св. М 467322, о т л и-. ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения помехазащищенности системы, в ней установлены второй источник гармонического сигнала и последовательно соединенные второй сумматор, фазовый детектор, третий сумматор, пятый линейный фильтр и интегратор, выход которого соединен с входом первого источника гармонических сигналов, косинусный выход которого соединен с вторым входом фазового детектора и первым входом второго источника гармонических сигналов, а косинусный выход - с вторым входом второго источника гармонических сигналов, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, выход первого линейного фильтра соединен с первыми входами первого и третьего блоков умножения через второй сумматор, второй вход которого подключен к выходу измерителя рассогласования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Азов А.К. и цр. Усилители следящих систем переменного тока, Л., "Энергия", 1972, с. 6.

2. Авторское свиаетельство CCCP

N 467322, кл. G 05 В 11/О1, 19.02.74 (прототип) .

930232

Составитель Г.Нефедова

Редактор Н.Лазаренко Техред М.Рейвес Корректор О.Билак

Заказ 3468/61 Тираж 908 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Рауаская наб., д. 4/5

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