Следящая система Советский патент 1988 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования с бесконтактными двигaтeля ш посто5шного тока и может быть использовано в следящих системах промышленных роботов.

Цель изобретения - повышение динамической точности следящих систем с бесконтактными двигателями постоянного тока.

На фиг.1 представлена функциональ ;ная схема следящей сиетемыJ на фиг„2 и 3 - переходные процессы характери- ;зующие работу предлагаемой следящей jсистемы.

Приняты следующие условные обо-эна- чения и сокращения: 8; s 0o - - . входной и выходной углы .системы и рассогласование между ними| Ug, U, ;U; - выходные сигналы первого усили™ :теля5 фазоопережающего фильтра и ин гегратора- U - напряжение на входе :интегратораj U - напряжение на вхо |де двигателя.

Следящая система состоит из пер- ;вого сумматора 1, первого усилителя 2j фазоопережаивдего фильтра (ФФ) 3,, реле 4 реверса, бесконтактного дви- |гателя 5 постоянного тока (БДПТ), ;широтно-импульсного модулятора (ИИМ) 16, второго сз мматора 7, редуктора 8,, :первого и второго выпрямителей 9 и ;10j интегратора Т1 третьего суммато ура 12, второго усилителя 13 первого ;блока 14 умножения однополярнсго реле 15, второго блока 16 умножения |И релейного элемента 17 ; Система работает следующим образом,

В сумматоре 1 определяется величина рассогласования между входным к выходным углами 9 б о s которая затем усиливается усилителем 2, выходное напряжение которого через ФФ 3 и реле 4 реверса определяет знак поступающего на первьй вжщ БДПТ 5 управляклдего напряжения амплитуда которого определяется величиной ходного напряжения сумматора 7, че™ рез ШИМ 6 соединенного с вторым вхо дом БДПТ 5 о На первый вход сумматора 7 через первый выпрямитель 9 по ступает сигнал,, пропорциональный модулю сигнала рассогласования, на второй вход сумматора 7 через второй

выпрямитель 10 сигнал, пропорциональный модулю интеграла от сигнала рассогласояания.

Напряжение на входе интегратора 11 формируется по нелинейному закону с помощью Фф 3, реле 4 реверса, сумматора 12, усилителя 13, блоков 14 и 16 умножения, однополярного реле 15 и релейного элемента 17 в соответствии с фиг,1 и mieeT следующий вид:

to у jUg-KocU;. при sign Г, signU о 1 Ug при sign U signU,

(О

где Кд - коэффициент усиления усилителя 13, Тем самым на интервалах времени когда знаки сигналов U; и и противоположны, интегратор 11 через второй усилитель 13 и третий сумматор 12 охватывается отрицательной обратной связью.

Как следует из фиг,1 и формул (1)j предлагаемая следящая система является системой с переменной структурой, где в качестве фазовых координат выбраны X Ug, у и, и X 0. Переключения с одной структуры на другую (всего возможны четьфе структуры) происходят на плоскостях у О и ТцХ + X О, где Т - постоянная времени ФФ 3. Режим скользящих движений в системе возможен только на плоскости переключения

S T,,i -f X,

(2)

35

которая должна удовлетворять условию суй(ествования скользящего режима в системах с переменной структурой

SS 0.

(3)

С учетом уравнений динамики предлагаемой следящей системы:

- К;х - (y,S);

II - /()

И Л а-Лх-Si|LK.L(Kj HyOsignS,

где К; - коэффициент передачи интегратора 11,

f( S) Ри sign у signS; О при sign у signS,

К - коэффициент усиления перво, го усилителя 2 Т - электромеханическая постоянная времени БДПТ 5,

к - коэффициент передачи

S

К. а

БДПТ 5}

- коэффициент передачи редук тора 8j

коэффициент передачи от выхода усилителя 2 до выхода йьтрямителя 9; скорость линейной заводки 9i at.

Из формулы (2) путем дифференцироания получают

S bliia + (1 -2|)х - I

(5)

KjxJ + |y/)signS,

Так как при , ормулы (5) следует

ТиХ -X, то из

S/C

20 ствляется только за счет сигнала

S.O B/x/signS-C/y|signS,(6) рассогласования х вплоть до смены

знака напряжения U,, При этом нап14255954

следящей системе может возникнуть перерегулирование из-за инерционных свойств интегратора. В известной с системе при , происходит отключение отрицательной обратной связи через усилитель 13 и сумматор 12, охватьтающей интегратор 11, вплоть до момента времени t t, переклго- 10 чения реле 4- реверса за счет смены знака сигнала на выходе ФФ 3. тому

случаю соответствует кривая б на фиг,2. Аналогичным об зазом извест- ,ная система работает и при лилейной

15 .заводке. Как видно из фиг.З в этом случае отрицательная обратная связь также отключается при . Тем самым при возникновении перерегулирований разряд интегратора 11 осутце20 ствляется только за счет сигнала

Изобретение относится к системам автоматического регулирования с бес- , контактными двигателями постоянного тока и может быть использовано в следующих системах промышленных роботов. Цель изобретения - повышение динамической точности следящих систем с бесконтактными двигателями постоян- ного тока. Следящая система является системой с переменной структурой с четьфьмя возможными структурами. Согласование входной и выходной осей системы происходит в следящем режиме. После первого согласования отрицательная обратная связь, обхваты шо- щая интегратор коррекции, не отключается. Отключение происходит лишь при несовпадении знаков сигналов с выхода интегратора и выхода фазоопережяющего звена коррекции. Выпрямленный сигнал интегратора вводится в контур следящей системы без дополнительных коммутаций, В результате уменьшается величина перерегулирования, 3 шт. (Л

где А

В

Т - Тк. ТТк KjiKpK KcTj

т

/ -if;-

Из формулы (6) , и для скользящего режима ся условие:

. ()

С.О,

что дает достаточные условия существования скользящего режима , С О при . Последаие соотношения действительно имеют мес- то, поскольку В, С - положительны по своей физической сущности при , В этом случае условие существования скользящего режима (7) выпол

ТГ fTI

няется для всех .

Поскольку в положении равновесия системы , то в соответствии с третьим из уравнений (4) имеют - -KvTk

Уд , поэтому при

почти вся поверхность S является поверхностью скольжения.

При подаче скачкообразного входно- .го сигнала в системе возникает скользящий режим, при котором происходит первое согласование входной и выходной осей системы. В момент времени t( первого согласования осей в

25

30

35

с

-

40

45

50

55

ряжение U;, запасенное интегратором 11, не используется для увеличения напряжения U на входе интегратора 11 для уменьшения перерегулирования и ускорения разряда интегратора 11. В предлагаемой системе за счет подключения выхода интегратора 11 к входу релейного элемента 17 удается существенно улучшить динамическую точность следящей системы. Действительно, после первого согласования входной и выходной осей и возникновения перерегулирования (при ) отрицательная обратная связь через усилитель 13 и сумматор 12, охватьшающая интегратор 11, не отключается до момента времени t t jtt, когда происходит переключение реле 4 реверса, В этом случае на выходе интегратора 11 присутствует сигнал X - КОР у, имеющий противоположный знак накопленному интегратору 11 напряжению П;, причем |х - КосУ/ |х|, так как Bignx eigny,, Это уменьшает величину перерегулиро вания, физически необходимую для разряда интегратора 11 увеличивает быстродействие и динамическую точность следящей системы.

Формула изобретения

Следящая система, содержащая первый сумматор, выход которого соединен с входом первого усилителя, выход которого через, первый выпрямитель соединен с первым входом второго сумматора, а также с последовательно соединенными фазоопережающим фильтром и реле реверса, выход которого соЕДинен с первым входом бесконтакт- ного двигателя постоянного тока, второй вход которого через широтно- импульсный модулятор соединен с вы- |ходом второго сумматора, а выход сое- |динен через редуктор с вторым входом первого сумматора, второй вход второ- 1го сумматора соединен с выходом вто- iporo выпрямителяJ входом соединенного |с выходом интегратора, вход которого

|связан с выходом третьего сумматора, 15 релейного элемента.

к входам которого подключены соответственно выходы первого и второго усилителей, вход второго усилителя сое- динен с выходом первого блока умножения, к входам которого подключены выходы интегратора и однополярного реле, вход которого соединен с выходом второго блока умножения, к входам которого пoдклюtгeны выходы реле реверса и релейного элемента, отличающаяся тем, что, с целью повышения динамической точности, выход интегратора подключен к входу

м

t, tg it Фиг.3