Нелинейное корректирующее устройство Советский патент 1983 года по МПК G05B5/01 

СП СП

Изобретение относится к системам автоматического управления, а именно к нелинейным динамическим корректирующим устройствам электромеханичес ких и электрогидравлических следящих приводов, т. е. приводов, содержащих элементы с насыщением.

Известно применение в системах автоматического регулирования нелинейных корректирующих устройств, содержащих последовательно соединен-ные усилитель, блок молуля и блок умножения, второй вход которого соединен с входом усилителя через последовательно соединенные дифференцирующий фильтр и блок определения знака f ,

Недостатком таких устройств яв.ляется .их низкая помехоустойчивость При наличии помех в сигнале ошибки (которые всегда имеют место .в реальных системах) включение нелинейного фильтра с фазовым опережением ведет к их усилению, что уменьшает добротность системы в линейной зоне и ведет к снижению ее точности.

Наиболее близким к предлагаемому является нелинейное корректирующее устройство, содержащее двухполярный релейный элемент и последовательно соединенные фазосдвигающее звено, переключатель и нелинейное звено с насыщением, а выход переключателя через двухполярный релейный элемент соединен с управляющим вхо° дом переключателя, второй сигнальный вход которого соединен с sxo|цом фазосдвигающего звена 2 .

Недостатками данного устройства являются невозможность регулировки вносимого им положительного фазового сдвига при увеличении амплитуды сигнала и ограничение зтого сдвига частотной характеристикой фазосдвигающего звена, которая определяется при синтезе системы в линейной области. Это накладывает ограничение на качеств.енные показатели системы при отработке больших входных воздействий.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования фазового сдвига, вносимого нелинейным корректирующим устройством при увелиAIBHHH амплит уды входного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в нелинейное корректирующее устройство, содержаи(ее последовательно соединенные источник входного сигнала к фазосдвигающее звено, подключенное к первому сигнальному входу переключателя, выход которого соединен с входом нелинейного звена с насыщением,- и релейный элемент, выход которого соединен с управляющим входом переключателя, введен дифференцирующий фильтр, вход которого соединен с входом фазосдвигающего звена, а выход - с вторым сигнальным входом переключателя и входом релейного элемента.

На фиг. 1 представлена Ьлоксхема устройстваJ.на фиг. 2 и 3 временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

(и,

выходной сигнал i-ro функционального элемента; Ug -порог срабатывания релейного элемента 4)} на

фиг. 4 и 5 - логарифмические амплитудные характеристики.

Устройство содержит источник 1 входного сигнала, фазосдвигающее звено 2, дифференцирующий фильтр 3,

релейный элемент 4, переключатель 5, нелинейное .звено б с насыщением, блок 7 модуля и пороговое устройст- во 8.

Составные элементы устройства обадают сл€;дующи Ли характеристиками:

релейный элемент 4,,состоящий из

последовательно соединенных блока 7

модуля и порогового устройства 8

JJ Г1, если mod и Uo

, если mod U, bo

переключатель 5

..f.

12если U4 0

и . Ill,

если U 1

нелинейное звено б с насыщением С, .если Ug С

и,

S если ,-С, если DS и имеют следующие передаточные функ5 Ций фаз осдвигающее звено 2

.UT.

Чр

, где Т, ..Т, ,

NW

-гСРГ 14%

дифференцирующий фильтр 3 и

1+Т,р

МРГТТт

Работа йелинейного корректирующего устройства при гармоническом входном сигнале поясняется временными диаграммами, приведенными на фиг. 2 и 3„ До тех пор, пока амплитуда сигнала

Uj меньше Но , сигнал U 0 в течение всего периода, следовательно

5 - U2 f а фазовый сдвиг, вносимый устройством (отрицательный), определяется частотной характеристикой фазосдвигающего звена 2. I .

arctgWT4-Qrctg(,.

с увеличением ;амплитуды входного . сигнала в определенные промежутки

времени по сигналу Уд происходит, срабатывание переключателя 5. В результате этого фазовый сдвиг, вносимый устройством, увеличивается (см. фиг. 2). При некоторой величине входного сигнала он становится положии в пределе стремится к тельным, величине ер q),--arctg cjT,-arct ыТц О, определяемой частотной характеристи кой дифференцирующего фильтра 3. Рассмотрим эквивалентные частотные характеристики нелинейного корректирующего устройства. Пока ампли туда сигнала и -UQ переключатель 5 соединяет выход звена 2 с входом звена б, и предлагаемое устройство представляет собой последовательное соединение фазосдвигающего звена 2 и звена б с насыщением. Эквивалентны частотные характеристики при этом описываются уравнения Gwit|- (w,a lщ(iJl laгcQ4n al w-jljw) 7тalW2(5U)n ,}) ((j,o argW5(iM), где a - амплитуда входного сигнала 1J( ; to - частота входного сигнала. Если же амплитуда сигнала U. UQ то- процессы в предлагаемом устройст ве протекают в соответствии с време ными диаграммами, приведенными на фиг. 2 и 3. С помощью этих временны диаграмм можно провести гармоническ линеаризацию устройства и получить эквивалентные частотные характеристики (фиг. .4) . При амплитуде входного сигнаипа устройство работает в линейной зоне и его частотные характеристикг совпадают с характеристиками фазосдвигающего звена 2. С увеличением ампли туды начинает сказываться насыщение нелинейного элемента, при этом в на чале деформируется только амплитудIная характеристика. При дальнейшем увеличении амплитуды входного сигнала амплитудная характеристика практически не зависит от частоты, а фазовая характеристика на высоких частотах заходит в область положительных значений. На фиг. 4 штриховыми линиями показаны фазовые характеристики прототипа, а на фиг. 5 - логарифмические частотные характеристики разомкнутой системи. Без Нелинейного корректирующего устройства си-стема условно устойчива, и при заходе в область насыщения в ней возникают автоколебания. Как показано на фиг.5, включением нелинейного корректирующего устройства достигается значительный запас по фазе при любой амплитуде входного сигнала, и система становится абсолютно устойчивой. Выборбм параметров ..устройства ., fJo) можно получить желае ий вид переходных процессов при работе системы в области насыщенияТаким образом, с увеличением амплитуды входного сигнала системы автоматического управления, содержащей нелинейное звено с насьпцением, предлагаемое устройство вносит положительный фазовыйсдвиг, что ведет к улучшению качества переходных процессов системы, а в случае условно-устойчивой системы ей придает абсолютную устойчивость. Величина вносимого фазового сдвига зависит от частотной характеристики дифференцирующего фильтра, изменяя которую можно добиться требуемого вида переходных процессов в системе, что приводит к повышению качества продук ции и обеспечивает большую надежность и безопасность производственных процессов.

НЕЛИНЕЙНОЕ КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержсвдее последователь;но соединенные источник входного сигнала и фазосдвигагадее звено, подключенное к первому сигнальному входу переключателя, выход которого соединен с входом нелинейного звена с насыщением, и релейный элемент, выход которого соединен с управляющим входом переключателя, о т л и чающееся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования фазового сдвига входного сигнала, в него введен дифференцирующий фильтр, вход которого соединен с входом фазосдвигсшлдего звена, а выход с вторым сигнальным входом переключателя КС входом релейного элемента.