Система управления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (И) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 03.07>.81 (23) 3314481/18-24 с присоединением заявки ¹(23) ПриоритетСоюз Советских

Социалистических

Республик

Р М К з

С 05 В 13/02

Государственный комнтет

СССР— о делам изобретений и открытий

«33) УДК 62-50 (088.8) Опубликовано 1502,83. Бюллетень Йо б

Дата опубликования описания 15.. 02. 83 (72} Автор изобрет ения

О. A. Ковалев ,с., -р

Николаевский ордена Трудового Красного Знамени -.;= =ъ, кораблестроительный институт им. адм. С. О. Иакаровй (71} Заявитель (54} СИСТЕМА уцРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к экстремаль ным самонастраивающимся системам с сигнальным контуром самонастройки и может найти применение при управлении объектами, подвергающимися в процессе эксплуатации вынужденным периодическим колебаниям и имеющим по меньшей мере две регулируемые координаты, колебания одной из которых обычными средствами автоматнки демпфировать не удается. Так, напри-. мер, в системах управления возбуждением электрических машин в приводах переменного и постоянного тока, управляя возбуждением синхронного двигателя, можно демпфировать колебание реактивной составляющей тока, колебания активной составляющей тока не будут при этом демпфированы, управляя возбуждением двигателя постоянного тока можно демпфировать колебание тока якоря, а колебания скорости вращения при этом не демпфируются, и наоборот.

-Известна система управления, со« держащая основной контур регулирования, состоящий иэ последовательно соединейных основного регулятора, первого сумматора, исполнительного механизма, объекта управления и датчика регулируемой координаты, выход которого соединен с входом основного регулятора, и контур компенсации колебаний, содержащий последовательно соединенные амплитудный детектор,. первый ключ,и первый исполнительный орган, последовательно соединенные фазовый детектор, второй сумматор, второй и третий ключи и второй ис-полнительный орган-, последовательно соединенные смеситель, частотный детектор, четвертый ключ и трезий исполнительный .орган, выходы исполнительных органов подключены.к управляющим входам генератора периоди ческих колебаний, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора и через преобразовательс вторыми .входами фазового детекто-:. ра и смесителя, первые входы которых и вход амплитудного детектора подключены к выходу датчика регулируемой координаты, выход амплитудного детектора соединен с управляющими входами третьего и четвертого ключейи через блок упрйвления - с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с управляющим входом первого .ключа, выход частотного

33b995 коммутатора, выходы которого через исполнительные органы соединены с управляющими входами усилителя и фазосдвигающего блока t,3 (.

К недостаткам известной системы

5 относятся ее низкие точность и устойчивость.

50 детектора соединен с управляющим входом второго ключа 1.1(.

Известной системе присущи следующие недостатки: низкая точность, являющаяся следствием неизбежной для данного устройства ошибки по частоте, и сложность. Кроме того., при определенных обстоятельствах в ней возможно нарушение устойчивои работы. Например, при снижении интенсивности воэмущающегo воздействия происходит перекомпенсация. При этом фаза колебаний выходной величины объекта управлЕния изменяется приблизительно на противоположную и на выходе фазового детектора появляется сигнал ° Начинается процесс настройки фазы, в результате которого фаза компенсирующего сигнала изменяется (в то время как она была правильной и нужно было снижать амплитуду компенсирующего сигнала). Амплитуда 20 колебаний выходной величины объекта управления увеличивается, т. е. колебания не демпфируются (компенсируются), а наоборот -усиливаются. известна система управления, со- 25 держащая задающий генератор, выход которого через основной контур регулирования соединен с первыми входами первого и второго сумматоров, через последовательно соединенные инвер- 30 тор, первый фаэосдвигающий блок и первый усилитель — с вторым входом первого сумматора, а через последовательно соединенные второй фазосдвигающий блок и второй усилитель 35 с вторым входом второго сумматора, выход которого через последовательно соединенные первые детектор и интегратор подключен к первом входу третьего сумматора„ а выход первого сумматора через последоэательно соединенные вторые детектор и интегратор соединен с вторым входом треть. его сумматора, выход которого через третий детектор подключен к входу многоканального экстремального регулятора, выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго усилителей и первого и второго фазосдвигаюших блоков (2 ).

Недостатком известной ситсемы является ее сложность.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система управления, содержащая задающий генератор, выход которого через 55 основной контур регулирования соединен с первым входом сумматора, а через последовательно соединенные фазосдвигающий блок и усилитель соединен с вторым входом сумматора, выход которого через формирователь показателя качества подключен к входу одноканального экстремального регулятора, выходы которого соединены с сигнальным и управляющим входами $5

Целью изобретения является повышение точности и устойчивости системы.

Поставленная цель достигается тем, что в системе управления, содержащей основной контур регулирования, который состоит из последовательно соединенных регулятора, сумматора, исполнительного органа, объекта управления и датчика регулируемой координаты, выходом подключенного к входу регулятора, выходу основного контура регулирования и входу формирователя показателя качества, подключенного выходом к входу одноканального экстремального регулятора, подключенного выходами к сигнальному и управляющему входам коммутатора, соединенного выходами через соответствующие исполнительные механизмы с управляющими входами усилителя и фазосдвигающего блока, а выход фазосдвигающего блока соединен с сигнальным входом усилителя, дополнительно установлен датчик промежуточной координаты, подключенный входом к второму выходу объекта управления, а выходом — к сигнальному входу фазосдвигающего блока, а выход усилителя подключен к второму входу сумматора.

На чертеже представлена блок-схема системы.

Система содержит объект управления 1, исполнительный орган 2, сумматор Зф регулятор 4, датчик 5 регулируемой координаты, устройство для демпфирования колебаний 6, датчик 7 промежуточной координаты, фазосдвигающий блок 8, усилитель 9, формирователь 10 показателя качества, одноканальный экстремальный регулятор 11 коммутатор 12, исполнительные. механизмы 13 и 14, основной контур регулирования 15.

Система работает следующим образом.

Р

При воздействии на объект 1 возму. щения F являющегося периодической функцией времени, на его выходах возникают вынужденные колебания. Эти колебания воспринимаются датчиками

5 и 7 и на их выходах также появляо ются колебания. На вход объекта 1 через сумматор 3 и исполнительный орган 2 с выхода усилителя 9 подается. компенсирующий сигнал . При определенных значениях фазы 9 (по отношению к фазе колебаний на выходе объекта 1) и амплитуды А компенси996995

В начале работы. системы параметры и А имеют наперед заданные =значения, близкие к оптимальным, для наиболее вероятного режима работы системы. В процессе рабаты системы ее режим может изменяться и соответствующие изменения получают параметры $ и А компенсирующего сигнала.

Эти изменения осуществляются путем самонастройки с помощью формирователя 10, экстремального регулятора

11 и коммутатора 12. В начале осуществляется настройка фазы 9 т.е. осуществляется отыскание локального экстремума по этой координате при неизменном значении А (в случае ортогональнооти g н А, что справедливо для многих объектов управления).

Затем при неизменном значении Q находится локальный экстремум по коор-. динате А, В результате нескольких циклов настройки находится глобальный экстремум, т.е. те значения Ч и А, при которых амплитуда колебаний на выходе датчика 5 минимальна.

50 рующего сигнала амплитуда колебаний на выходе датчика 5 (следовательно, на соответствующем выходе объекта 1) будет минимальной (в идеале, равной нулю) .

Компенсирующий сигнал формируется из сигнала на выходе датчика 7.

Требуемое значение его фазы М устанавливается с помощью фазосдвигающего блока 8 путем подачи на его управляющий вход сигнала с выхода исполнительного механизма 13. Амплитуда А компенсирующего сигнала устанавливается с помощью усилителя 9 путем подачи на его управляющий вход сигнала с выхода исполнительного механизма 14. 15

Конкретная реализация усилителя 9 и фазосдвигающего блока 8 может быть различной и, в частности, зависит от частоты колебаний. Например, в качестве фазосдвигающего блока 8 20 может быть использован обычный фазовращатель, содержащий два резистора потенпиометр и.конденсатор, собранные по мостовой схеме. В этом случае фаза Ч устанавливается путем .перемещения движка патенциометра. Изменения амплитуды А также могут осуществляться перемещением движка потенциометра (реостата), от которого зависит коэффициент усиления усилителя 9. В этом случае в качестве исполнительных механизмов 13 и 14 можно испольэовать серводвигатели.

При неизменном возмущении значение амплитуды колебаний на выходе объекта 1, воспринимаемых датчиком 5, является функцией значений параметроь и А компенсирующего сигнала.

Эта функция имеет экстремальный характер.

4О

Осуществляется это следующим образом, Сигнал на выходе формирователя 10 показателя качества (в качестве которого в частном случае может быть использован амплитудный детектор) пропорционален амплитуде колебаний на выходе датчика 5 (огибающая кривая). Этот сигнал поступает на вход одноканального экстремального регулятора 11. Алгоритм отыскания экстремума, реализуемый экстре. мальным регулятором 11, зависит от специфики объекта управления 1 (стоимости, требований к точности, быстродействию и др.). Один из возможных алгоритмов — "с пробным шагом" описан ниже.

Работа экстремального регулятора

11 разделена во времени на такты.

Длительность такта берется примерно равной времени переходного процесса в объекте управления 1. В конце каждого такта измеряется и заполняется сигнал на входе экстремального регулятора 11, затем он сравнивается с значением сигнала, измеренным в конце предыдущего такта и извлеченным из памяти экстремального регулятора 11. В зависимости от результата сравнения на его выходе вырабатывается сигнал, например, в виде импульса напряжения определенной длительности и полярности. Это напряжение через коммутатор 12 подается на вход одного из исполнительных механизмов

13 (или 14) (на обмотку управления одного из серводвигателей). При этом настраиваемый параметр (нли А) к началу очередного такта получает приращение, знак которого зависит от полярности приложенного напряже-. ния.

Алгоритм работы экстремального регулятора B общих чертах заключает-, ся в следующем. Если появление импульса определенной полярности на выходе экстремального регулятора 11 в начале данного такта привело на конце этого такта к уменьшению сигнала на его входе, то к началу следующего такта вырабатывается импульс той же полярности.. Если после первого (пробного) шага сигнал на входе экстремального регулятора 11 увеличивается, то полярность изменяется на противоположную. Если появление на его выходе импульса определенной полярности в предыдущем такте привело к уменьшению сигнала на входе, а в следующем такте к увеличению, или оставило его неизменным, то значит достигнут локальный экстремум по данной координате. При этом на втором выходе экстремального регулятора 11, который связан с управляющим входом коммутатора 12, появляется управлякщий сигнал. Например, если в качестве коммутатора 12 использу996995 ется электромагнитное реле, размыка ,ющие контакты которого соединяют первый вход экстремального регулятора 11 с исполнительным механизмом

13, а замыкающие - с исполнительным механизмом 14 (чем достигается первоочередная настройка по координате f), то при достижении локального экстремума по координате Чна втором выходе экстремального регулятора 11 должно появиться напряжение. Это напряжение подается на обмотку реле коммутатора 12, которое отключает вход исполнительного механизма 13 от первого выхода экстремального регулятора 11 и подключает к этому выходу исполнительный механизм 14, и исчезает только после нахождения экстремума по координате А.

Реализовать укаэанный алгоритм можно на базе элементов "Логика" и элементов памяти или на базе микропроцессора.

Предлагаемое изобретение применимо в различных системах автоматического управления. Например, при применении его для демпфированйя колебаний реактивного тока синхронного двигателя мощностью 630 кВт привода поршневого компрессора следует ожидать повышение точиости и устойчи.вости системы примерно на 0,5Ъ.

Формула изобретения

Система управления, содержащая .основной контур регулирования, состо ящий из последовательно соединенных регулятора, сумматора, исполнительного органа, объекта управления и датчика регулируемой координаты, | выходом подключенного к входу регуля:- .

5 тора, выходу основного контура регулирования и входу формирователя показателя качества, подключенного выходом к входу одноканального экстремального регулятора, подключенного выходами к сигнальному и управляющему входам коммутатора, соединенного выходами через соответствующие исполнительные механизмы с управляющими входами усилителя и фазосдвигающего блока, а выход фазосдвигающего блока

15 соединен о сигнальным входом усилителя, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и устойчивости системы, в ней установлен датчик промежуточной координаты, Щ подключенный входом.к второму" выходу объекта управления, а выходомк сигнальному входу фазосдвигающего блока, а выход усилителя подключен к второму входу сумматора.

25 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство GCCP

Р 598022, кл. 6 05 В 13/02, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

ЗО Р 554525, кл. G 05 .В 13/02, 1974, 3. Управление сложными объектами.

Под ред. Я. 3. Цыпкина. М., "Наука", 1975, с. 28-34 (прототип).

L

Составитель Г. Нефедова

Редактор М. Бандура Техред T.Ôàíòà. Корректор И. Шулла

Заказ 932/65 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открнтий

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

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