Адаптивная следящая система Советский патент 1987 года по МПК G05B11/14 

1

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию технологическими процессами и предназначено для слежения за полезным входным сигналом, поступающим на вход в смеси с помехой переменной интенсивности.

Целью изобретения является повышение точности и помехозащищенности системы.

На фиг.1 представлена блок-схема адаптивной следящей системы; на фиг.2 - блок-схема формирователя управляющих сигналов; на фиг.З - блок-схема нелинейного преобразоватля; на фиг. 4 - входной и выходной сигналы (а),сигнал ошибки (б); на фиг.З - графики зависимости Д

,макс еых

5(5),

5

,(KJ

(Kg) за- f 1 (5) Vg;,, - 0.5

на фиг.6 - график висимости от параметров входного сигнала; на фиг.7 - график зависимости выхода от входа преобразователя код - код.

Блок-схема адаптивной следящей системы содержит задатчик J, элемент 2 сравнения, усилитель 3, коммутатор 4, щаговьй двигатель 5, объект 6 управления, датчик 7 положения, генератор 8 прямоугольных импульсов, формирователь 9 управляющих сигналов, нелинейный преобразователь 10.

Блок-схема формирователя управляющих сигналов содержит преобразователь 11 амплитуда - время, первый формирователь 12 сигналов полярности, первый 13 и второй 14 логически вентили, первый 15 и второй 16 инвертирующие усилители.

Блок-схема нелинейного преобразователя содержит второй формировател 17 сигналов полярности, реверсивный счётчик 18, регистр 19, преобразователь 20 код - код, управляемые делители 21 и 22 частоты.

На фигурах приняты следующие обоначения; и - сигнал выхода К-го элемента; ©g, бд,- входной и выход- ной полезные сигналы; Vg и Vgyj; - входной и выходной сигналы помехи; X - сигнал ошибки рассогласования.

Следящая система работает следующим образом.

Сигнал задатчика le,, + поступает на второй вход элемента 2 сравнения, где сравнивается с выходным сигналом датчика 7 положения, посту

5

0

5

0

5

0

5

0

5

коммутатор 4 поступает на

пающим на первый вход элемента сравнения. С выхода элемента 2 сравнения ощибка через усилитель 3, формирователь 9 управляющих сигналов и (например, типа БУ-14Д) шаговый двигатель 5 (например, типа ищР-711) . Усиленный и сформированньй сигнал ошибки отра- батьгоается шаговым двигателем 5, объект 6 управления изменяет свое положение так, что ошибка уменьшается.

При изменении скорости входного сигнала изменяется и ошибка слежения, при этом для больших скоростей изменения входного сигнала система может иметь большую скоростную ошибку.

Усиленное значение ошибки с выхода усилителя 3 поступает на входы Формирователя 9 и преобразователя 10, Преобразователь 10 осуществляет подсчет длительности отрицательного и положительного значений ошибки х и по их разности реализует зависимость дТ if (f) (фиг. 7). Выработанное значение частоты { поступает на второй вход формирователя 9, где формируются сигналы, поступающие на коммутатор 4. Сигнал ошибки U , поступая с выхода усилителя 3 в формирователь 9, преобразуется в во временной интервал, длительность которого пропор1 иональна амплитуде ошибки. Временной интервал положительной и отрицательной полярностей и,, в первом формирователе 12 сигналов полярности преобразуется в сигналы положительной полярности + и Выходы первого формирователя 12 сигналов полярности являются управляющими для вентилей 13 и 14, на вторые входы которых поступает частота заполнения f временного интервала.

Инвертирующие усилители 13 и 16 усиливают импульсы до -V (так как существуняцие коммутаторы требуют отрицательного напряжения на входы управления Вперед и Назад , которые поступают на коммутатор 4.. Первый выход формирователя 9 обозначает управление вращением двигателя 3 вперед (В), второй выход назад (Н). Следовательно, формирователь 9 на основе значений ошибки формирует управляющие сигналы, заполняемые частотой с преобразователя 10, поступа 1

ющие затем на коммутатор 4 для вращения двигателя 5.

Усиленный сигнал ошибки U,поступая на вход преобразователя 10, во втором формирователе 17 сигналов по- лярности преобразуется в сигналы положительной полярности: соответствующие выходы второго формирователя сигналов полярности 17 + и -. При значении ошибки х ; О реверсивный счетчик 18 осуществляет суммирование импульсов частоты f,поступающих с делителя 22 частоты. Если , то . счетчик 18 будет осуществлять, вычитание импульсов с частотой f, и за пе- риод ошибки X в счетчике 18 будет код, соответствующий разности

N

XiO

Счетчик 18 поразрядно связан с

регистром 19, который по переднему фронту выхода + второго формиро- вателя 17 сигналов полярности осуществляет запись Полученного в счетчике 18 кода, счетчик 18 затем сбра сьгоается в О и начинает счет сначала.

Зафиксированньш код разности поступает из регистра 19 в преобразователь 20 код - код, имеющий зависимость кода выхода от кода входа, представленную на фиг.7. Сиг нал второго формирователя сигналов полярности + разрешает преобразование и вьщачу кода для записи в управляемьм делитель 21 частоты, осществляющий деление частоты f в зависимости от поданного на него кода деления. Так, при отставании от входного полезного сигнала разность ( ) 0 и частота на выходе делителя 21 f больше преды- дущей частоты f, чем обеспечивается быстрое уменьшение ошибки слежения за входным полезным сигналом.

Пусть, например, полезньй сигнал на некотором участке аппроксимируется линейно-растущей функцией с не- известной скоростью нарастания а ) at; помеха - гармонической функцией с неизвестной амплитудой: VBX (t) bsincjO t.Пepeдaтoч- ная функция шагового двигателя 5

W(P)

к

pdgp+i)

К,

n . П -Л- -n

(I)

... Выходной сигнал двигателя 5 отлича- .

ется от полезного сигнала ©р,, (t) на

величину смещения д , определяемого скоростью измене1 ия входного полезного сигнала, и на величину амплитуды помехи на выходе Vgj,, (фиг.4а). Зависимость и и У„.„ от К,- имеет вид

U и V, от К

л х, --(2)

V,

6ЫХ

-б )) sin(u)t -IP- +Г ) (3)

где А (и)) - АЧХ следящей системы; Ч - фазовый сдвиг;

1 5 Р

(4)

- коэффициент усиления

следящей системы; u3 2 3ff - частота помехи.

Максимальная, погрешность имеет следующий вид:

.bA(u))

На фиг.5 представлены зависимое- ти ЧК), (.У . S (К ) . При достаточно большом К следящая система будет отслеживать весь входной сигнал, т.е. следить за помехой, величина амплитуды которой в выход- : ном сигнале следящей системы и будет определять основную погрешность. При малом К J погрешность б.удет определяться величиной смещения д выходного полезного сигнала от входного, Эти два противоположных процесса

в сумме дают экст(К,) и )

ремальную характеристику, которая при некотором К имеет минимум максимальной погрешности S . При изменении скорости о. полезного сигнала или амплитуды Ь помехи графий &(К j) будет смещаться (фиг.6) .Поэтому це- лесо образно управлять величиной К с целью достижения минимума значения & . Информацию об оптимальном значении К можно получить путем измерения разности времени существования положительной и отрицательной ошибок слежения х (фиг.4б). Ошибка слежения равна

50

- V

ВЫХ

(.B/t) вх()) - (e«Jt) (t) 0«x(t) + bsinoA 55

-(0Bx(t)-u)-b-A(u)).sin(u)t-4) Л-b AsinCu)t-4 ) - sinufcl л- b-C(u5( sin(u)t -V),

где C(u)) /l+A4u))-2 A())

V arctg A(uJ) sinH -lACiO) cos4 - Отсюда на фиг.Дб

s-%)

2oiu3 ;

2dL.

X) u)

2(71 -ci)u) - 2otuJ (5

дХ -(x)

soL b,

- 1 1

b C(ijO )

(6)

(7)

аппроксимировать

С(и))

л (iI))

(8)

231- 2. 2 ()

Тогда, подставляя выражение (5), получаем

,.-2(|- )2 S соответствует

8 (л v) о,

MHvJ

(8) в

a)-b-C(a))

(9)

Следовательно, A(u)) л/Ь,(10)

а это соответствует случаю, когда

9. (t) + V-.,,(t) касается положитель- BWXдых

максимумомG „ (t) .

|эЬ1Л

Определим, какое значение дТ со- для этого подставим

ответствует В

выражение (10) в (9), получим

МИН

й1

Тогда лТ 2 A(u))/vnc(oJ) . Подставим выражение (9) в (4)

(11)

S ..vZ(lt

вых

Подставим выражение

5 (, + „)

йГ

Таким образом, при два значения

(13)

k

имеет

SN 0

и

8; 2Д,

5

0

5

0

5

0

0

a это соответствует случаю касания положительным максимумом выходного сигнала входного полезного сигнала.

Решая совместно выражения (13) и (}, получим зависимость К i (ur, однако, чтобы управлять Kg, имеющим зависимость (1),достаточно изменять мых импульсов и порционально частоте импульсов f, подаваемой на вход коммутатора п |Ч f, Тогда для того, чтобы управлять К шагового двигателя достаточколичество подавае- , которое прямо прокоторая име- представленно изменять частоту f ет зависимость от д-т ную на фиг.7.

Таким образом, для того, чтобы управлять коэффициентом К, необходимо управлять частотой f , поступающей на коммутатор, которая изменяется в зависимости от величины (фиг. 7) .

Действительно, пусть о. увеличится (наклон полезного сигнала возрос) . Тогда увеличится величина ошибки слежения л., что приведет к смещению оптимума вправо (фиг.6), следовательно, К необходимо увеличить. Рассматривая фиг.46 и фиг.7, можно заметить, что увеличение о. , следовательно л , приведет к уменьшению разности и увеличению частоты f. Увеличение амплитуды помехи b приводит к мехи на

этом оптимум смещается влево (фиг.б). Следовательно, Kg необходимо умень 5 шить. Исследуя фиг.4б и фиг.7, можно отметить, что -увеличение k приво- увеличению амплитуды помехи

а это в свою очередь приведет увеличению разности лТ и уменьшению частоты f,.B результате оптималь- ньш коэффициент передачи двигателя 5 Кс определяется величиной сЛ , коувеличению амплитуды по-, (VICXKC

выходе ,сиетемы V ,при

о Ыд

дит к

макс п К

торая соответствует коду в реверсивном счетчике 18, путем вычитания числа импульсов N,прошедших на N счетный вход счетчика 18 в .режиме вычитания при х сО, из числа N, соответствующего режиму сложения х 0;

dN

Код реверсивного счетчика фиксирует AN при переходе от х О к х; О и записывает в регистр 19. С выхода регистра 19 код поступает на преобразователь код - код с зависимостью представленной на фиг.7, и через управляемый делитель 21 частоты код преобразователя 20 управляет изменнием частоты д в f, обеспечивая установку оптимального значения коэффициента передачи, которьш устанавливает в следящей системе режим слежения с минимальным отклонением выходного сигнала следящей системы от входного полезного сигнала.

Помехозащищенность следящей системы обеспечивается также выбранньм способом преобразования информации об оптимальном коэффициенте в код цепи управления коэффициентом передачи исполнительного элемента.

Таким образом, предлагаемая стру турная организация следящей системы позволяет повысить точность и помехозащищенность следящей системы при отслеживании полезного входного сигнала с переменной скоростью в уело - ВИЯХ влияния помехи переменной интесивности.

Формула изобрет-ения

1. Адаптивная следящая система, содержащая генератор прямоугольных импульсов и последовательно соединенные коммутатор, щаговый двигатель объект управления, датчик положения, элемент сравнения и усилитель, второй вход элемента сравнения соединен с выходом задатчика, отличающаяся тем, что, с целью повьшения точности и помехозащищен- . ности системы, в нее дополнительно введены последовательно соединенные нелинейный преобразователь и формирователь управляющих сигналов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и вто

рому входам коммутатора, а первые входы формирователя управляющих сиг-

10

15

,

- 25 20

30

,

35

40

45

50

налов и нелинейного пр-образователя соединены с выходом усилителя, второй вход нелинейного преобразователя соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов.

2.Система по п.1, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что формирователь управляющих сигналов содержит последовательно соединенные преобразователь амплитуда - время, первый формирователь сигналов полярности, первый логический вентиль и первый инвертирующий усилитель, вход преобразователя амплитуда - время соединен с первым входом формирователя управляющих сигналов, последовательно соединенные второй логический вентиль и второй инвертирующий усилитель, первые входы первого и второго логических вентилей соединены с выходом первого формирователя сигналов полярности, а вторые их входы соединены с вторым входом формирователя управляющих сигналов, входы инвертирующих усилителей соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя управляющих сигналов.

3.Система поп.1,отличаю- щ а я с я тем, что нелинейный пре-- образователь содержит последовательно соединенные второй формирователь сигналов полярности, реверсивный счетчик, регистр, преобразователь код - код, управляемый делитель частоты и делитель частоты, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, вход сброса которого соединен с одним из первых выходов второго формирователя сигналов полярности, входом записи ре-, гистра и входом управления преобразователя код - код, а вход делителя частоты соединен с вторым выходом нелинейного преобразователя, выход управляемого делителя частоты - с выходом нелинейного преобразователя, а вход второго формирователя сигналов полярности соединен

с входом нелинейного преобразователя.

/7

г

78

19

го

10

DiJ2.2

Л г

го

f/

.

22

//,

.

фиг.З

Г г1А

а7б г.4

макс

f. jI-пояс,. 6ых, О

сриг.5

, S,M,.6 bt(At.a,}

к Iff Iff

%%

фиг. Б

f.lf

Ж.ялГ

Изобретение относится к области автоматического управления и регулирования технологическими процессами и предназначено для слежения за полезным в.ходным сигналом, поступающим на вход в смеси с помехой переменной интенсивности. Целью изобретения является повьшение точности и помехозащищенности системы. Поста лен- ная цель достигается тем, что в еле-; дящую систему, содержащую коммутатор 4, шаговый двигатель 5, объект управления 6, датчик положения 7, элемент сравнения 2, усилитель 3, генератор 8 прямоугольных импульсов, дополнительно введены последовательно соединенные нелинейный преобразователь 10 и формирователь 9 управляющих сигналов. Структурная организация следящей системы, основанная на введенной совокупности признаков , позволяет повысить точность и помехозащищенность следящей системы при отслеживании;полезного входного сигнала с переменной скоростью в ус- ловиях влияния помехи переменной интенсивности. 2 з.п. ф-лы, 7 ил. 1C (Л с o оо ас 05 СП

Составитель И.Гвоздева Редактор А.Шандор Техред В.Кадар Корректор И.Эрдейи

Заказ 7805/45 Тираж 885Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4