Устройство для автоматического управления инерционным объектом при ограниченном управляющем воздействии

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву >1 334551 (51)М. Кл. (22) Заявлено 09. 11. 78 (2! ) 2681303/18-24

G 05 В 13/02 с присоединением заявки М

Ф (23) Приоритет

Ркудвретинный кемнтет

СССР аа йш1ак нэабретеннй н юткрытнй (53) УДК621;3.073(088.8) Опубликовано 23. 05.82. Бюллетень .%19 а

Дата опубликования описания 23.05 82

В. Б..Букша, С. В; Зимонин, В. А. Логвине и Л. Н, Ященко (72) Авторы изобретения (Ф Я (7t.) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ИНЕРЦИОННЦИ 08bEKT0M ПРИ ОГРАНИЧЕННОМ УПРАВЛЯЮЩЕЙ

ВОЗДЕЙСТВИИ

Изобретение относится к устройствам автоматического управления, используемых перимущественно для управления объектами, обладающими

:большой инерционностью, нежесткастью и механическими нелинейностями типа люфт, сухое трение и др.

По основному авт. св. И 334551 известно устройство для автоматического управления инерционным обьек"

«тe том при ограниченном управляющем воздействии, содержащее последовательно соединенные усилитель-преобразователь, исполнительный орган и объект управления, выход которого соединен

15 с первыми входами усилителя-преобра. зователя и формирователя сигнала ошибки, второй вход которого соединен с вторым входом усилителя-преобразователя, а выход - с входом дифференциа- > тора, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом формирования сигнала ошибки, а выход через триггер соединен с вторым входом испол» нительного органа.

Недостаткамй известного устройства являются низкая точность и большая колебательиость при непрерывно меняющейся по амплитуде и частоте входном воздействии.

Цель изобретения - повышение точности и уменьшение колебательности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве автоматического управления инерционным объектом при ограниченном управляющем воздействии второй вход усилителя соединен с вторым входом триггера.

Причем триггер содержит последовательно соединенные второй и третьи дифференциаторы, второй сумматор, выпрямитель, третий сумматор, первый фильтр, коммутатор и второй фильтр, второй вход второго сумматора с уединен с входом второго дифференциатора, третий вход - с выходом второго диф930251

3 ференциатора, второй вход третьего сумматора соединен с выходом второго сумматора, третий вход — с выходом источника опорного напряжения, первым входом четвертого сумматора и через коммутатор с первым входом пятого сумматора, второй вход которого соединен с вторым входом четвертого сумматора, а выход — с третьим входом четвертого сумматора, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — график работы устройства; на фиг. 3 -схема изменения порога срабатывания коммутатора.

Устройство содержит объект 1 управления, исполнительный орган 2, усилитель-преобразователь 3, формирователь 4 сигнала ошибки, первый дифференциатор 5, первый сумматор 6, триггер 7 коммутатор 8, второй и тре1 тий дифференциаторы 9 и !О, второй

l1, третий 12, четвертый 13, пятый

14 и шестой 15 сумматоры, инвертор

16, выпрямитель 17, источник 18 постоянного напряжения, первый 19 и второй 20 фильтры, вентиль 21.

15

25

Кроме того, приняты обозначения:

Х „- входной сигнал, 011<1- выходной сигнал, (/ — сигнал на выходе i-го функционального блока,22- значение сигнала U6 при постоянном форсирующем

35 сигнале.(U <= const); 23- значение сигнала U 6 при переменном форсиру-ющем сигнале (9<0 аг); 24 — порог срабатывания коммутатора 8 {gP;

25 — уменьшенный порог срабатыва40 ния коммутатора 8 {1(; 26- значение сигнала e при переменном форсирующем сигнале О„„и пороге Ucp срабатывания коммутатора Ug, 27 - постоянный знакопеременный форсирующий сигнал (Ц )= const; 28- переменный форсирующий сигнал 0 0при пороге срабатывания коммутатора 8 (Ос4; 29 - переменный форсирующий сигнал U„o npa пороге срабатывания коммутатора 8 (Оср1.

На фиг. 2 кривые 22, 23, 24, 25 и

26 .изображены в координатах Ug, кривые 27 и 28 - в координатах U t, где Об=К.,04+ К Оу

К4 и К - коэффициенты усиления.

0 — сигнал ошибки;

U - производная сигнала ошиб5 ки;

Ugg - форсиоующий сигнал.

Ча фиг. 3 по оси абсцисс отложено значение сигнала Ug, по оси орди. нат показаны линии переключения коммутатора 8, где U p — порог срабатывания коммутатора {ОВ);

Ол — величина сигнала U, на которую уменьшается порог срабатывания коммутатора

8 (аb);

U — порог срабатывания коммута1ср тора 8, уменьшенный на величину сигнала Up{0a);

О.1а- зона нечувствительности коммутатора 8, смещенная влево на величину U .

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим случай отслеживания основным контуром (блоки 1,2 и 3) гармонического воздействия Х „ в заданном диапазоне частот и амплитуд.

Предварительно рассмотрим работу устройства в случае, когда на вход третьего сумматора 12 подается только постоянный сигнал Ол, сформированный источником 19 постоянного напряжения.

При этом сигнал 01@, проходя через . третий сумматор 12, первый (низкочастотный) фильтр 19, в случае, если коммутатор 8 находится в несработанном состоянии, т.е. выполняется условие

U(,= K404+ К Об Осp через его второй инвертированный выход, замкнутый контакт коммутатора 8, второй {низкочастотный) фильтр 20, попадает на второй вход исполнительного органа 2.

При этом на втором входе исполнительного органа 2 формируется сигнал 0<> При .условии Ug)<0 р коммутатор

8 переключает свои контакты, и на второй ход исполнительного органа 2 попадает сигнал +Оля. Таким образом, создается режим осцилляции на выходе объекта относительно входного воздействия Х „, устраняющий ошибку и уменьшающий влияние нелинейностей

{кривые 22 и 27 на фиг. 2). При этом, в зависимости от установленной величины U® возможна большая или меньшая степень перерегулирования, приводящая к неплавному движению объекта, величину 018 можно регулировать с помощью усиления сумматора 12.

Для улучшения формы выходного сигнала необходимо величину сигнала управления изменять в зависимости от амплитуды и частоты входного сигнала, сохраняя при этом форсирующий

5 9 сигнал Lk const для каждого конкрет -Й9 ного значения амплитуды и частоты входного сигнала Xo .. Для этого в

Вх1 устройство введены второй 9 и третий

10 дифференциаторы, сумматор 14, выпрямитель 17.В результате на выходе сумматора 12 формируется переменный сигнал U<= К1 0 В+/К1 X@+ К9Х +К Х +

+ К1,К1. (@+ Kg ХЦ+ К10 Хц) . где Ки, К9, 10 оэфф ц ы усиле" ния входного сигнала Q< и его первых двух производных Хя„, l х„;

К - коэффициент усиления на втором входе сумматора 12.

Низкочастотный фильтр 19 с передаточной функцией U =----" --- усредняет и ограничивает" сигнал 0<<,обеспечивая тем самым U gconst, а на выходах фильтра - сигналы +01 0- Ов, где К П и Т соот ветст венно коэффици t ент усиления и постоянная времени этого фильтра.

Для более плавного воздействия на объект 1 скачкообразного знакопеременного сигнала 0, возникающего на входе исполнительного органа 2 B результате переключения коммутатора 8, сигнал Ugg пропускается через второй

И низкочастотныи фильтр 20 с 4 - =------.

70 Гя,ОР+ где Т,- постоянная времени низкочастотного фильтра 20. При этом объект

1 более плавно и быстро отрабатыва-; ет входной сигнал (кривые 22 и 27 на Фиг. 2)..

30251 6

При достижении сигналом Ug значения, равного U,коммутатор 8 срабатывает и подключает сигнал 01В на вход сумматора 15, формируя на его выходе сигнал К1 0 - 0 8,где К 15- коэффициент усиления на первом входе сумматора 15; К вЂ” коэффициент усиления на втором входе сумматора 15.

В тот момент когда сигнал К150, >О уменьшаясь, достигает значения U<8, вентиль 21 открывается, и на вход сумматора 13 поступает сигнал с выхода сумматора 14. С этого момента левая граница зоны нечувствительности (порог отпускания) начинает смещаться в исходное положение, и коммутатор 8 отключается при нулевом сигнале на его входе, т.е. при условии 0 =0; Сигнал 01В отключается от входа сумматора 15, и зона нечувствительности сумматора скачком возвращается в смещенное состояние.

В результате описанных смещений зона нечувствительности уменьшаешься (фиг. 3) до заданной величины U

Таким образом, форма выходного сигнала объекта 1 управления и его качества регулирования резко улучшилась, (кривые 26 и 29 на фиг. 2). Для определения значения коэффициента К и постоянного сигнала U e при выбранном значении U< следует воспользоваться следующйми соотношениями (с =K4 Ц(В+U c К1Уф К,, откуда

К,„ 0„ Qp- И1с, К1 — -1. Устроиство работает аналогичным образом при входном сигнале произвольной формы.

Для уменьшения порога срабатыва" ния коммутатора 8, влияющего на ка.чество регулирования, в устройство включен пятый сумматор 14 селектирующего типа с отрицательным выходным сигналом, содержащий инвертор

16, шестой 15 сумматор и вентиль 21, пропускающий только отрицательный сигнал и сумматор 13. Работа схемы поясняется диаграммой (фиг. 3).При положении коммутатора 8 в состоянии

"Выключено" íà его обмоткУ постУпает с выхода сумматора 13 сигнал 0,.

5О

=К Ц®+ 0В, где К1 01В<0сР- постоянная величина, формируемая источником 18 постоянного напряжения, на которую— зона нечувствительности коммутатора

8 (С - на фиг. 3) смещается влево, SS тем самым уменьшая порог срабатывания Ч. до заданного значения U 1 Р . (О -а на фиг 3).

Таким образом в предлагаемом устройстве точность отслеживания входного сигнала повышается в 3-4,раза и рактически не зависит от его часто"

ы и амплитуды, причем, при скачкоебазном входНом воздействии степень перерегулирования объекта уменьшается в 4-5 раз. Кроме того, в рабочем диаазоне частот и амплитуд устраняется влияние нелинейности объекта на процессе регулирования.

Формула изобретения

1. Устройство для автоматического управления инерционным объектпм при ограниченном управляющем воздействии по авт. св. И 334551, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности и уменьшения колебате льности устройства, в нем второй

7 930251 8 вход усилителя-преобразователя сое- тий вход - с выходом источника опординен с вторым входом триггера. ного напряжения, первым входом четвер" м

2. Устроиство по и. 1, о т л и - того сумматора и через коммутатор с ч а ю щ е е с я тем, что триггер со- первым входом пятого сумматора, втодержит последовательно соединенные 5 рой вход которого соединен с втовторой и третьи дифференциаторы, рым входом четвертого сумматора, а второй сумматор, выпрямитель, третий выход — с третьим входом четвертого сумматор, первый фильтр, коммутатор сумматора, выход которого соединен и второй фильтр, второй вход :второ- с управляющим входом коммутатора. го сумматора соединен с входом вто- Источники информации, рого дифференциатора, третий вход- принятые во внимание при экспертизе с выходом второго дифференциатора, 1. Авторское свидетельство СССР второй вход третьего суиматора соеди- И 334551, кл. G 05 В 13 /02, 05.04.71. нен с выходом второго сумматора,тре- (прототип).