Самонастраивающийся регулятор

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и >96073! (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 270381 (21) 3265672/18-24

Р1)М Кп з с присоединением заявки ¹

G 05 В 13/02 (23) Приоритет

Опубликовано 23.09.82. Бюллетень ¹ 35

Государственный комитет

СССР по.делам изобретений и открытий (53) УДК 62-50 (088. 8) Дата опубликования описания 23.09.82

Ю,A. Борцов, В.Б. Второв, С.Е. Голик, и В.В. Путов (72) Авторы изобретения

1 :=

Ленинградский ордена Ленина электротех ический институт им. В. И. Ульянова (Ленин ) с 1К. ",,,:. ", (71) Заявитель (54) CANOHACTPАИВАЮЩИЙСЯ РЕГУЛЯТОР

Изобретение относится к автоматй ческому управлению и может быть ис- пользовано для управления электроприводами, регулируемыми по току, скорости и положению, с повышенными требованиями к точности, быстродействию и стабильности динамических характеристик, в которых в процессе работы имеет место изменение пара-. .метров, в частности электромеханической постоянной времени: в станкостроении, в системах автоматического управления приводами металлорежущих станков, в роботостроении в системах автоматического управления приводами рабочих органов манипуляционных роботов и др.

Известен самонастраивающийся регулятор, состоящий Нэ последовательно соединенных задатчика, эталонной модели, .измерителя ошибки, блока дифференцирования, усилителя с ограничением и сумматора, второй вход которого соединен с выходом задатчика, а выход — с входом управляемого объекта, .выход которого подклю чен к второму входу измерителя ошибки (1) .

Недостатком такого регулятора является наличие блока дифференцирования, реализация которого предусматривает получение производных выходной координаты управляемого объекта вплоть до (n-1)-й, где n— йорядок объекта. При использовании реальных дифференциаторов такой регулятор может стать неработоспособным, во-первых,. из-эа- влияния собственной динамики дифференциаторов на устойчивость адаптивных процессов, во-вторых, ввиду присутствия измерительных шумов в вы ходной координате.

Наиболее близким техническим решением к изобретений является микросхемное уетройство для управления электроприводом, содержащее первый интегратор, первый сумматор, второй сумматор и последовательно соединенные эталонную модель, измеритель ошибки, масштабный усилитель и нелинейный элемент, второй и третий входы масштабного усилителя под25 ключены соответственно к выходу нелинейного элемента и второго сумматора, выход первого сумматора . соединен с первым входом первого интегратора, а первый вход — со вто-, 30 альм входом измерителя ошибки (2).

960731

Недостатком данного устройства является ограниченный диапазон изменения параметров управляемого объекта (примерно 10-кратный), при котором гарантируется работоспособность этого устройства. Это объясняется тем, что при большей кратности изменения параметров, что характерно главным образом для,контурного коэффициента усиления объекта, оценивание производной измеряемой координаты, обеспечиваемое совместной работой первого и второго сумматоров и интегратора, становится слишком неточным, что препятствует нормальному функционированию устройства

Цель изобретения — расширение области применения данного устройства путем обеспечения его работоспо-. собности в условиях, когда контурный коэффициент усиления управляемого объекта изменяется в широком диапазоне (в десятки раз) . Такого рода нестационарность характерна, в частности, для систем управления электро приводов с глубоким регулированием возбуждения двигателя и переменным моментом инерции, например электроприводов прокатных станов и.главных приводов металлорежущих станков.

Так, при 10-кратном изменении потока возбуждения в 3-5-кратном изменении приведенного момента инерции (например за счет переключения передаточного числа редуктора) привода главного движения станка электромеханическая постоянная времени и общий коэффициент усиления контура регулирования скорости вращения изменяются в 30-50 раз.

Указанная цель достигается тем, что регулятор содержит второй интегратор и последовательно соединенные первый блок умножения, третий интегратор, второй блок умножения, выход которого через последовательно соединенные второй сумматор и второй интегратор подключен ко второму входу первого сумматора и второму входу первого интегратора, первый вход которого соединен с первым входом первого блока умножения и со вторым входом второго сумматора, выход— со вторыми входами первого и второго блоков умножения и с третьим своим входом, четвертый вход — со входом эталонной модели.

Введенные блоки обеспечивают сохранение точности оценки производ ной измеряемой координаты при глубоком изменении контурного коэффициента усиления управляемого объекта и тем самым сохранение в указанных условиях работоспособности всего устройства в целом.

Первый интегратор, второй блок умножения, второй сумматор и второй интегратор вместе с соответствующими связями в совокупности образуют настраиваемую модель управляемого объекта (возможность эквивалентного представления системой второго порядка. характерна для многих систем, в частности для унифицированных электроприводов с подчиненным регулированием переменных). При изменении контурного коэффициента усиления объекта первый блок умноже10 ния и третий интегратор осуществляют автоматическую настройку коэффициента передачи второго блока умножения, для чего используется вырабатываемый первым сумматором сигнал .)5 рассогласования между измеренным значением выходной координаты объекта и ее оценкой. Благодаря такой автоматической настройке и сохраняется точность оценки производной, сигнал по которой формируется на выходе второго сумматора.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого самонастраивающегося регулятора, Предлагаемый самонастраивающийся регулятор, имеющий входы 1 и 2 и выход 3, содержит последовательно соединенные эталонную модель. 4, вход которой подключен ко входу 1, измеритель 5 ошибки, второй вход которого соединен со входом 2, масштабный усилитель 6, выход которого подключен к выходу 3, и нелинейный элемент 7, выход которого соединен со вторым входом масштабного уси35 лителя 6. Далее регулятор содержит последовательно соединенные первый сумматор 8, вход которого подключен ко входу 2, первый интегратор 9, второй вход которого соединен со вхо4О дом 1, второй блок 10 умножения, второй сумматор 11, второй вход которого присоединен к выходу сумматора 8, а выход - к третьему входу масштабного усилителя 6, и второго интегратора 12, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора 8 и третьему входу первого интегратора 9, четвертый вход которого соединен с его выходом, а также;последовательно соединенные первый блок 13 умножения, входы которого подключены к выходам соответственно первого сумматора 8 и первого интегратора 9, и третий интегратор

l4, выход которого подключен ко

55 второму входу второго блока 10 ум ножения.

Эталонная модель 4 может быть реализована, например,, в виде пассивного RC-фильтра, измеритель 5 ошибки, масштабный усилитель 6, сумматоры 8 и 11 и интеграторы 9, 12 и 14 — на операционных усилителях, например, на интегральных: микросхемах типа К553УД1В, нелинейный элемент 7 — в виде двух встреч65

960731 но включенных стабилитронов, а блоки умножения 10 и 13 — например, на интегральных микросхемах аналоговых перемножителей 140NA1.

Самонастраивающийся регулятор работает следующим образом. 5

Задающий сигнал, поступающий на вход 1 и являющийся одновременно задающим сигналом для управляемого объекта — электропривода, подается на эталонную модель 4. На ее выходе 10 формируется сигнал, соответствующий желаемому (заданному) переходному процессу в электроприводе при стандартном (скачкообразном) воздействии.

Одновременно с этим поступающий )5 на вход 2 сигнал, пропорциональный регулируемой выходной координате электропривода (скорости вращения), взятой с противоположным знаком, вместе с выходным сигналом эталонной модели 4 поступает на вход измерителя 5 or.ибки. На выходе последнего, таким образом, формируется сигнал, который своей формой, длительностью и амплитудой характеризует степень отклонения реального переходного процесса в.электроприводе от эталонного процесса, задаваемого моделью 4, а также его устойчивость при изменении параметров и характеристик электропривода, например, при изменении контурного коэффициента усиления, при работе в режиме прерывистых токов, изменении нагрузки и т.д. Далее сигнал с выхода измерителя 5 ошибки подается на вход масштабного усилителя б,в об-. ратную связь которого включен нелинейный элемент 7,обеспечивающий зависимость коэффициента усиления масштабного усилителя 6 от уровня вход- 40 ного сигнала; на малых уровнях масштабный усилитель имеет очень большой коэффициент усиления (более

200), а при больших уровнях на его выходе устанавливается постоянное . 45 напряжение ограничения (порядка

10 В). Благодаря этому при наличии рассогласования между эталонным и реальным переходными процессами, т.е. при наличии сигнала ошибки на 50 выходе измерителя 5 ошибки, на выходе масштабного усилителя 6 (выходе регулятора 3) формируется сиг.нал, воздействующий на управляемый электропривод таким образом, чтобы стремиться уменьшить указанную ошибку до нуля.

Однако вырабатываемый масштабным усилителем 6 сигнал еще не является окончательно сформированным для управления электроприводом. Это объясняется тем, что регулируемый электропривод как объект управления имеет порядок не ниже второго,и подача указанного сигнала на вход элект-. ропривода не обеспечивает устойчивости процесса согласования переходных процессов в электроприводе с движением, предписываемым эталонной моделью 4. Поэтому для обеспечения устойчивости на вход масштабного усилителя 6 должен быть подан также сигнал, пропорциональный скорости изменения ошибки рассогласования реального и эталонного процессов либо — поскольку эталонный процесс всегда устойчив — просто сигнал, пропорциональный скорости изменения выходной координаты объекта. Этот сигнал вырабатывается на выходе второго сумматора 11 благодаря совместной работе блоков 8-14, что происходит следующим образом. Бло .и

9-12 образуют настраиваемую эквивалентную модель управляемого объекта.

Если параметры этих блоков, в том ° числе коэффициент передачи szoporo блока 10 умножения по первому входу, эыбраны в соответствии с номинальны ми параметрами объекта, то при пос-, туплении на вход интегратора.9 задающего .сигнала с входа 1 регулятора выходной сигнал интегратора 12 будет воспроизводить изменение во времени выходной координаты электропривода (скорости вращения), а выходной сигнал сумматора 11 — изменение ее производной. Для того, чтобы оценивание указанных координат оста- валось достаточно точным при изме- . нении параметров электропривода, а также для обеспечения возможности задания скорости сходимости Оценок, вырабатываемых вторым сумматорОм

l1 - и вторым интегратором 12, к их истинным значениям, сигнал ошибки оценивания выходной координаты, вырабатываемой сумматором 8, подается на входы йервого интегратора 9 и (через второй сумматор 11) второго интегратора 12, благодаря чему ошибка оценивания стремится к нулю, и выходной сигнал второго сумматора 11, таким образом, является оценкой производной выходной координаты.

Коэффициент передачи второго блока 10 умножения по первому .входу (от первого интегратора 9 к второму сумматору 11), т.е. выходной сигнал третьего интегратора 14, соответствует номинальному значению контурного коэффициента усиления объекта.

Предположим,что контурный коэффициент усиления объекта изменился, например вследствие регулирования потока возбуждения или изменения момента инерции привода. Поскольку в этом случае нарушается соответствие между параметрами объекта и настраиваемой модели, то на выходе первого сумматора 8 появится сигнал ошибки. Этот сигнал, проходя через первый блок 13 умножения, будет

960731

ВНИИПИ Заказ 7277/55 Тираж 914 Подписное

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 до тех пор изменять выходной сигнал третьего интегратора 14, пока коэффициент передачи второго блока 10 умножения по первому входу не станет равным йовому значению коэффициента передачи объекта. Указанный процесс обновления коэффициента передачи второго блока 10 умножения (по контуру, образованному блоками 8, 13, 14, 10, 11 и 12), как более медленный, не влияет на процессы в основном контуре оценивания (блоки 8-12).

Существенным также является введение в первый контур первого блока

13 умножения.,Благодаря этому изменение знака выходного сигнала первого интегра-.ора 9 не влияет на устойчивость этого контура, так как укаэанный сигнал подходит к контуру в двух точках.

Таким образоМ, благодаря введению новых блсков, образующих контур автоматической настройки коэффициента передачи второго блока умножения, обеспечивается постоянное соответствие параметров настраиваемой модели параметрам объекта и, следовательно, сохранение точности оценивания производной выходной координаты объекта при широких .изменениях контурного коэффициента объекта, Этим обеспечивается работоспособность самонастраивающегося регулятора в указанных условиях.

Формула изобретения

Самонастраивающийся регулятор, содержащий первый. интегратор, первый сумматор, второй сумматор и последовательно соединенные эталонную модель, измеритель ошибки, масштаб.ный усилитель и нелинейный элемент, второй и третий входы масштабного

5 усилителя подключены соответственно к выходам нелинейного элемента и второго сумматора, выход первого сумматора соединен с первым входом первого интегратора, а первый входсо вторым входом измерителя ошибки, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, он содержит второй интегратор и последовательно соединенные первый блок умножения, третий интегратор, второй блок умножения, выход которого через последовательно соединенные второй сумматор и второй интегратор подключен ко второму входу первого сумматора и второму входу первого интегратора, первый вход которого соединен с первым входом первого блока умножения и со вторым входом второго сумматора, выход со вторыми входами первого и второго блоков умножения и с третьим своим входом, четвертый вход — со входом эталонной модели.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Громыко В.Д., Санковский Е.A.

Самонастраивающиеся системы с моделью. N., Энергия, 1974, с, 80.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2807165/07, 31 кл. C 05 В 13/02, 1979 (прототип) °