Система автоматического управления инерционным объектом

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<>962849

;- Дгr (61) Дополнительное к авт. свид-еу (22) Заявлено 15. 07. 77 (21) 2507790/18-24 (31) М. К 1.з с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 05 В 13/02

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.09.82. Бюллетень ¹ 36

Дата опубликования описания 30.09.82 (33) УДК 62.50 (088 ° &) (72) Авторы изобретения

I !

E. Г. Извольский, В. П. Кузин и Е.М. Табачный

Ф. и

i, 1

Московский ордена Ленина авиационный ин тут им. Серго Орджоникидзе (71) Заявитель (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ИНЕРЦИОННЫМ ОБЪЕКТОМ

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для обеспечения квазиоптимального по быстродействию управления инерционным объ- 5 ектом второго порядка, передаточная функция которого .имеет вид

g () к (1) Т 7П Т Д 7

10 где K — коэФФициент усиления объекта; Т, Т -постоянные времени объекта, с помощью сервомотора постоян-

"° ной скорости, в частности при управлении технологическими процессами, при управлении движущимися объектами.

Известны системы автоматического управления, обеспечивающие оптимальное (или квазиоптимальное ) по быстродействию управление и содержащие сервомотор постоянной скорости и нелинейный преобразователь.

В этих системах в функции от ошибки и ее производных формируют нелинейную функцию переключения, вид ко- 25 торой определяется динамикой объекта (13.

Недостатком данных систем является необходимость зйать все параметры передаточной функции объекта и 30 вводить их значения в вычислительное устройство.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является система автоматического управления, содержащая нелинейный преобразователт сервомотор постоянной скорости, измеритель регулируемой координаты, выход которого и выход задатчика подключены к соответствующим входам элемента сравнения, выход которого подключен ко входу блока формирования производных и к первому входу первого усилителя, второй вход которого присоединен к первому входу второго усилителя и к одному иэ выходов блока формирования производных, выход — к первому входу сумматора, вы- . ход которого подключен ко входу,сер-. вомотора постоянной скорости, второй вход второго усилителя подсоединен к другому выходу блока формирования производных.

Известная система обеспечивает квазиоптимальное по быстродействию управление при реализации закона переключения, предложенного Силва: Sign 6= sign (О" +р(/ Ц (g1

962849 где

Т E тЕттЕ

Д»= + ; U =

КKp Tq ККр Tq KKp TY ККртс кем

Кр=; К=К К; E=g-4 (2>)

Т L Р

)= (-з1с п Ч ) Рп(1+ (Ч"1)+Ч", 10 т.е. -Ыс п 6;S gn ((Е+т E) Т (Е+т Е)Ч Ч,,-КК Т, (з1с п ч ) Рп (4i/× tI

На выходе элемента сравнения формируется сигнал ошибки между задающим сигналом и сигналом регулируемой коор-5 динаты E=q- V . При этом параметры объекта управления K=Ky Ky;,T„; привода Ксс, Тс, должны быть извест-. ны и используются для формирования сигналов U u V . На нелинейном

4 % преобразователе получается нелинейная составляющая кваэиоптимального закона управления, а на выходе сумматора полный закон управлениями.В зависимости от знака функции серво-25 мотор постоянной скорости (который составляют релейный усилитель и сервомотор) вызывает перемещение исполнительного органа управления,и..

Воздействие на объект управления ис- 30 полнительного органа,и вызывает изменение регулируемой. координаты 4 Д которая эа близкое к оптимальному

Ао быстродействию время переходит от начального значения Чо к задан- 35 ному значению сс=М,д (23.

Однако известйые системы имеют тот недостаток, что при изменении постоянной времени объекта, например

Tq (которое происходит в связи с 40 изменением режимов работы объекта), либо при отсутствии априорной информации о значении этого параметра, нельзя реализовать функцию переключения (2 ), а следовательно, и ква- 45 зиоптимальное по быстродействию протекание процессов.

Цель изобретения — увеличение быстродействия системы при изменениях постоянной времени инерционного объекта. 50

Поставленная цель достигается тем, что система содержит блок умножения и .измеритель выходной координаты дервомотора постоянной скорости, выход которого подключен к одному иэ входов блока умножения, другой вход которого через нелинейный преобразователь связан с выходом второго усилителя, а выход — с вторым вхо дом сумматора. 50

На чертеже представлена блок-схема системы автоматического управления инерционным объектом.

: Схема содержит, объект 1 управления, описываемый передаточной функ 65 цией (1), сервомотор 2, релейный усилитель 3, измеритель 4 регулируемой координаты, задатчик 5, элемент б сравнения, блок 7 формирования производных (дифференцирующие блоки либо измерители производных сигнала, в зависимости от вида регулируемого параметра объекта), усилители 8 и 9 (например, магнитные усилители, операционные усилители ), нелинейный преобразователь 10, сумматор 11, измеритель выходной координаты сервомотора постоянной СНорости 12, (например, потенциометр обратной связи сервомотора), блок 13 умножения, сервомотор 14 постоянной скорости.

Система работает следующим обра

Ром.

При подаче задающего воздействия д с, задатчик (регулируемой координаты) 5 выдает на элемент б сравнения сигнал, который сравнивается с сигналом Ч, идущим с измерителя регулируемой координаты. С выхода элемента сравнения сигнал ошибки (рассогласования) Е = .gы, - V подается на один из входов усйлителя 9 и на вход блока формирования производных 7. С его выхода сигнал первой производной подается на второй вход усилителя 9, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный Т<Е+Е, подаваемый на сумматор 11. На вход усилителя 8 с выхода блока формирования производных подаются сигналы, пропорциональные

Е и Е Ha выходе усилителя 8 формируется сигнал, пропорциональный

Т Е+Е

«Ч», который подается на вход кк„ нелинейного преобразователя, пропорционален нелинейной функции от

+ Т„Е+Е т е+е координаты Ч» F . После

KKp 1 ККР перемножения в блоке 13 умножения сигналов с нелинейного преобразователя 10 и с измерителя выходной координаты сервомотора 12 произведение этих сигналов идет на второй вход сумматора 11, формирующего функцию переключения к(-, ) (тд+Е1 з gne=siq;n (т е+е)+ < F„(

Поскольку в данном случае уравнение объекта имеет вид

Т,1тс Ч+(Т +т )Ф+ с= K (4) а уравнение сервомотора 14 постоянной скорости

K p > 9п то при ступенчатом э адающем воздействии g(t.) = g3g+l (t), выходная коор962849

Формула изобретения

1. Фельдбаум А.А. Основы теории оптимальных автоматических систем.

М., "Наука", 1966, с. 167, рис. 3.10.

2 ° Павлов A.À. Синтез релейных систем, оптимальных по быстродействию. М., "Наука", 1966, с. 297, рис. 7.1. дината сервомотора 2 определяется выражением (т„т„ьЯ тц М ч- »Aiqq„

- () =

Ккрт, = u" Ч - — "* Крт„. (6)

КК т„

Заметим также, что уравнение нулевой фазовой траектории (уравнение второго интервала управления) имеет вид

U +V"-(signV )1n(1+/V"/) = О, а уравнение первого интервала управления определяется из условия прохождения фазовой траектории через точ-ку ненулевых начальных условий U

Ф о и V соответствующих ступенчатому задающему воздействию

U +V++(sign(V ) 1п(1"/V /)=С (7)

Поскольку начальные условия М=Ф =0, то при

9за () =gз, (с);,Ео =gзад 9о Яъа,Ео=О 25

Ц" Якай. VA = О

ГК -Т (см. ф-лу (2а) ), и С" =U <%V++(s i gnV" ) 1n(1-/V /) = +p < Зр р ч а уравнение траектории первого интервала (см. (7)) принимает вид

0 =-V"-(sign(V ))in(1-/Ч /) + (8) ч 35

Представив (8) в (6) ° получим

-ц.() =-КрТч(ы дпУ") 1п(1-/V /) (9)

Сравнивая сформированный закон переключения 6„ (см.(3)) с учетом 4ф (9) и предложейный Силва квазиоптимальный закон (см.(2б)), определим характеристику нелинейного преобразователя F„ (см.(3)) из условия совпадения законов 45

"()=

T<(T

0,5K(-K 7 (si n Ч )en (1- /Ч l))

Разделив числитель и знаменатель на положенное число ККрТЧ, получим окончательно характеристику нелинейного преобразования

Я

К К р 0,5 Р и (1- (Ч < I ) Закон переключения (3) с характеристикой F определяемой выражением (10), тождествен известному квазиоптимальному закону (2), однако при формировании закона переключения (3) не требуется априорная информация о значении постоянной времени (ТЧ). Следовательно, предлагаемая система обеспечит кваэиоптимальную отработку ступенчатых задающих воздействий независимо от вариаций постоянной времени объекта, т.е. повысит быстродействие.

Система автоматического управления инерционным объектом, содержащая нелинейный преобразователь, сервомотор постоянной скорости, измеритель регулируемой координаты, выход которого и выход задатчика подключены к соответствующим входам элемента сравнения, выход которого подключен ко входу блока формирования производных и к первому входу первого усилителя, второй вход которого присоединен к первому входу второго усилителя и к одному из .выходов блока формирования производных, выход — к первому входу сумматора, выход которого подключен ко входу сервомотора постоянной скорости, второй вход второго усилителя подсоедийен к другому выходу блока формирования производных, о т л и ч а ю щ а. я с я тем, что, с целью увеличения быстродействия системы при изменениях постоянной времени инерционного объекта, она содержит блок умножения и измеритель выходной координаты сервомотора постоянной скорости, выход которого подключен к одному иэ входов блока умножения, другой вход которого через нелинейный преобразователь связан с выходом второго усилителя, а выход — с вторым входом сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

962849

Составитель В. Васильев

Редактор В. Пилипенко Техред С.Мигунова Корректор В. Бутяга

Заказ 7507/64 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

rio целам изобретений и открытий

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

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