Корректирующее устройство Советский патент 1989 года по МПК G05B5/01 

Изобретение относится к средствам коррекции систем автоматического управления и может быть использовано для коррекции замкнутых систем управления объектами с транспортным запаздыванием в машиностроении, теплоэнергетике, химической промышленности И Т0До

Цель изобретения - увеличение времени упреждения устройства и повышение его точности.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг, 2 - структурная схема устройства с астатизмом i

первого порядка, обеспечивающего нулевую ошибку упреждения включительно по третью производную сигнала рассогласования; на фиг. 3 и 4 - эпюры сигналов, характеризующих работу

замкнутых систем с предлагаемым и известным корректирующим устройством.

Схема содержит пропорциональное звено 1, интеграторы 24, 2г,,,, масштабирующие усилители 3, Зг,,.,.3м, 4,, 42,.,0,4N, где N - порядок высшей производной корректирующего сигнала, учитываемой при построении корректирующего устройства, первый сумматор 5, блок 6 задержки и второй сумматор 7„

В основе принципа построения предлагаемого устройства лежит проводимая с помощью моментов, индуцироW(P) Ро +|Ь,е Рзэ + Z« bMP. (

(4)

ванных на конечном интервале Чебышев- ской системой степенных функций, ап- 15 где F (р) m (р)/Ј(р). проксимация требуемой, физически не- Таким образом, на основе зависи- реализуемой, передаточной функций астатического регулятора с упреждением, имеющей вид

20

Wa(p) - (p) + e,

мостей (1) и (4) передаточную функцию регулятора с упреждением, реализующую предлагаемый способ, можно описать выражением

WP/P) + VP)- (5) При этом, поскольку в качестве элементарных звеньев фильтра W,(p) используется (N - 1) последовательно соединенных интегратора, то в случае если L6 (N - 1), эти интеграторы можно одновременно использовать с целью реализации передаточной функ- 30 Дни WL(p) типа

25

К

D

Р

(р) - передаточная функция iобычного регулятора с астатизмом L-ro порядка, в котором отсутствует упреждение сигнала рассогласования ;

-коэффициент пропорциональности;

-передаточная функция блока опережения, обеспечивающего управление с упреждениемо

аппроксимация сводится, по к аппроксимации сигнала упреж- 35 6(р)ер в , где 6(р) - изобрапо Лапласу сигнала рассогласо6(t), сигналом, получаемым на выражения

Т1Ц0Ј(р) + р,, 6 (р) +

30

0

45

P)

(2)

- передаточная функция блока 6 задержки;

- заданные коэффициенты;

/ N с/ %Г 1 Г/1 -рТв1 п(-11П

П(Р) 6(P)j-f;|a-e

(UJ п. 1

fc т )

(3)

- операторное изображение по Лапласу n-го скользящего момента сигнала рассогласования, определяемого как

h(t)

т «т,- 6(Ж -t+TB)nd. с 1-т0

В результате, как следует из выражений (2) и (3), передаточную функцию блока опережения можно реализовать с заданной точностью в линейном фильтре, передаточная функция которого имеет вид

т N-2

W(P) Ро +|Ь,е Рзэ + Z« bMP. (

(4)

де F (р) m (р)/Ј(р). Таким образом, на основе зависи-

где F (р) m (р)/Ј(р). Таким образом, на основе зависи-

мостей (1) и (4) передаточную функцию регулятора с упреждением, реализующую предлагаемый способ, можно описать выражением

WP/P) + VP)- (5) При этом, поскольку в качестве элементарных звеньев фильтра W,(p) используется (N - 1) последовательно соединенных интегратора, то в случае, если L6 (N - 1), эти интеграторы можно одновременно использовать с целью реализации передаточной функ- Дни WL(p) типа

W,(p) (ар +...+а4р + а0)/р ,

(6)

где а,,.ва,а4, aQ - заданные коэффициенты

В другом случае, если L (N-1) (что встречается довольно редко), к фильтру необходимо присоединить L - (N-1) интегралов Однако, как следует из изложенной теории, это позволяет всегда увеличить число N, что приводит к первому случаю

Выражение (5) при соответствующем выборе коэффициентов |50 , 5, , ot0 , определяющих (совместно с коэф- фициентами а0, а.) коэффициенты масштабирования усилителей 3 и 4 (фиго 1), приближается к требуемой передаточной функции 1 с точностью

/UW(P)| -/W,j(p) - Wpa(p)/ /Kp

if-fEili-d - -i Э:МЕ)| )7/

Ж i-1 C V Эр - /p.eJJ/ (7)

Эту точность, в силу равномерной сходимости ряда (7), можно оценить на основе неравенства

PN+I TЈ

(N+1)

т(1ТвШ-1

1-LMElf

/(ЬП

ЭН+l P

Л

(8)

Причем, как следует из зависимостей (7) и (8) полное (точное) управление с упреждением обеспечивается для сигналов рассогласования, обладающих производными до N-ro порядка,

Устройство (фиг о 1) работает следующим образомо

Сигнал рассогласования, равный разности между заданным и регулируемым сигналами, увеличивают в Кр- раз в пропорциональном звене 1, выходной сигнал которого интегрируют (N-1) раз в цепочке, состоящей из последовательно соединенных (N-1) интеграторов 2,0 о „, 2 (N-I} , каждый с постоянной интегрирования Т;. Затем сигнал с выхода пропорционального звена 1 и все сигналы с выходов интеграторов 2,,0оо,2Ыи умножают в масштабирующих усилителях 3,, э 0«, ,3W и 4, ,.«, 0 о, 4 и на заданные коэффициенты масштаби рования, значения которых определяют на основе значений коэффициентов fy ,..., oi, (4) и а0, а, , ..„, а ц (6)о Выходные сигналы масштабирующих усилителей 3 ,, „ 0 0,3щ суммируют в первом сумматоре 5 и задерживают в блоке 6 задержки на время Т, равное требуемому времени упреждения, и, наконец, задержанный сигнал суммируют во втором сумматоре 7 со всеми незадержанными выходными сигналами масштабирующих усилителей

( о

. ,4No Выходной сигнал второго

сумматора используют в качестве управляющего

Рассмотрим более подробно работу корректирующего устройства с упреждением на время Т, на примере работы конкретного устройства (фиг„ 2) с астатизмом первого порядка, обеспе- чивающего нулевую ошибку упреждения включительно по третью производную сигнала рассогласования, т„е0 при N 3.

В таблице приведены рассчитанные для N 2, 3, 4 значения коэффициентов Ро , |3, , оС0 , о о о, ./2, при которых фильтр с передаточной функцией (p) обеспечивает управление с упреждением для сигналов рассогласования, обладающих производными высших порядков, соответственно до 2-го (прототип) , 3-го и 4-го порядка включительно .

10

5

5

0

0

5

0

5

0

Сигнал рассогласования системы поступает на вход пропорционального звена 1„ Последнее с коэффициентом

пропорциональности Кр вырабатывает напряжение, пропорциональное сигналу рассогласования, которое поступает на вход интегратора 2, с постоянной интегрирования Т и одновременно поступает на входы масштабирующих усилителей 3., и 4, с соответствующими коэффициентами масштабирования, равными -25 и 38. Напряжение с выхода интегратора 2, поступает на вход интегратора 22 и на входы масштабирующих усилителей 32 и 4 с коэффициентами масштабирования, равными соответственно -168 Т;/ТВ и (1+169 Т;/Т0). Выходное напряжение интегратора 2„ поступает на входы масштабирующих усилителей 3j и 4Э с соответствующими коэффициентами масштабирования, равными 360 Tf/Tp и -360 . Затем выходные напряжения масштабирующих усилителей 3,- Зэ суммируются в сумматоре 5« Выходное напряжение сумматора 5 задерживается на время Т- в блоке 6 задержки, напряжение с выхода которого суммируется в сумматоре 7 с выходными напряжениями масштабирующих усилителей 4,- 4Э. Получаемое таким образом на выходе сумматора 7 напряжение используется в качестве управляющего сигнала, который в рассмотренном примере () выделяется на выходе устройства, представленного на фиг о 2, и имеющего передаточную функцию

5

Wpy(р) Kp{l/pTi+ Ро + р,

-,U-L PTI

-sTj, е +

1

-рт,

РТЛ,

+ 0 -i-(l - е-) Ртв

1 /I ) (1 -a

)ll Kpfl/pT; + 1 + V -DJJ + PT0+ Р2тЈ/2 + р тэ/3 +...},

Кр - коэффициент пропорциональности пропорционального звена 1;

То - время задержки блока задержки 6;

Tj - постоянная времени интегрирования интеграторов 2, 2 ц. о

- у ОООу

Из эпюр (фиг0 3 и 4), полученных при применении предлагаемого устройства для коррекции замкнутой системы регулирования с объектом управления, передаточная функция которого W0(p) 2,6/0 + 1,52р + 0,085р2), следует, что качество управления улучшается„ Таким образом, благодаря формированию в устройстве сигнала упреждения более высокой точности удается в дальнейшем повысить точность работы замкнутой системы автоматического управления в динамических режимах

Формула изобретения

Корректирующее устройство, содержащее четыре масштабирующих усилителя, последовательно соединенные пропорциональное звено и первый интегра

тор и последовательно соединенные первый сумматор, блок задержки и второй сумматор, выход пропорционального звена через первый и второй масштабирующие усилители соединен соответственно с первым входом первого и вторым входом второго сумматоров, выходы интегратора через третий и

четвертый масштабирующие усилители соединены соответственно с вторым входом первого и с третьим входом второго сумматоров, причем вход пропорционального звена и выход второго сумматора являются входом и выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью увеличения времени упреждения устройства и повышения его точности, в него дополнительно введены N-2 последовательно соединенных интеграторов, где N - порядок высшей производной корректируемого сигнала, и 2 (N-2) масштабирующих усилителей, причем выходы дополнительно введенных интеграторов через соответствующие масштабирующие усилители подключены к соответствующим входам первого и второго сумматоров, а вход второго интегратора соединен

0 с выходом первого интегратора0

0

5

Изобретение относится к средствам коррекции систем автоматического управления и может быть использовано для коррекции замкнутых систем управления объектами с транспортным запаздыванием в машиностроении, теплоэнергетике, станкостроении, химической промышленности и т.д. Целью изобретения является увеличение времени упреждения устройства и повышение его точности. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем две группы масштабирующих усилителей по N усилителей в каждой, сигнал рассогласования замкнутой системы регулирования преобразуется в последовательно соединенных пропорциональном звене и N - 1 интеграторах, где N - порядок высшей производной сигнала рассогласования, учитываемый при коррекции системы. Выходные сигналы пропорционального звена и каждого из интеграторов масштабируются соответствующими усилителями первой группы и суммируются в первом сумматоре и, кроме того, масштабируются соответствующими усилителями второй группы и суммируются во втором сумматоре. Выходной сигнал первого сумматора задерживается по времени и добавляется к слагаемым второго сумматора. Результирующий суммарный сигнал является сигналом управления, позволяющим обеспечить корректируемой системе астатизм нужного порядка и нулевую ошибку упреждения по N-ую производную сигнала рассогласования. 3 ил.

ГЕ

с-т,

штотаы

/V-Ј

/v

fat

Ју-г

V

3/t-i

V;

з

4

I

Фиг.1

«tf

i

т: i

t

«41

I

w / /Ч

t O

ФигЛ