Следящая система Советский патент 1989 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано в системах, где наряду с режимом слежения и стабилизации имеется режим программной установки на заданную координату или режим ввода в зону слежения или стабилизации.

Целью изобретения является повьппе- ние качества регулирования за счет уменьшения перерегулирования в переходном процессе при отработке следящей системой - больших рассогласований путем учета и компенсации запаздывания, вносимого инерционными звеньями при формировании момента силы торможения.

На фиг. 1 и 2 приведена блок-схема предлагаемой следящей системы; на фиг. 3 - закон управления и траектории движения системы-прототипа; на фиг. 4 - закон управления и траектория движения предлагаемой системы.

Следящая система содержит первый сумматор 1, корректирующее звено 2, второй сумматор 3, первьй усилитель 4, двигатель 5, объект 6 управления, датчик 7 положения, датчик 8 скорости, ключ 9, блок 10 коммутации, состоящий из п аналоговых ключей 10,..., 10, блок 11 управления, блок 12 выделения модуля ошибки, третий сумматор 13, квадратор 14, второй усилитель 15, релейный элемент 16 с зоной нечувствительности, блок 17 вьиеления модуля скорости и третий усилитель 18.

Выход сумматора 1 через нормально замкнутый аналоговый ключ 9 присоединен к входу последовательного корректирующего звена 2, которое может быть

I4J

31

например, интегродифференцкрующим и состоит из конденсаторов 19 и 20 и . резисторов 21 и 22. Параллельно реактивным элементам корректирующего звена 2 - конденсаторам 19 и 20 - включены нормально разомкнутые аналоговы ключи 10 и lOj. Выход корректирующего звена подключен к входу суммато- Р 3.

Сумматор 3 и последовательно соединенные усилитель 4, двигатель 5, объект 6 управления и датчик 8 скорости образуют тахометрический привод слежения за скоростью, которая задается величиной динамически скорректированной ошибки Q J, . Ошибка 0 образуется на выходе сумматора 1 .как сигнал разности между заданным значением wig и положением объекта, опреде ляемым датчиком 7 положения.

Выход сумматора 1 подключен к входу блока 12 выделения модуля ошибки, состоящемую из операционных усилителей 23 и 24, резисторов 25-27 и дио- да 28.

Выход датчика 8 скорости подключе к входу квадратора 14, выполненного на аналоговом множительном устройстве, и входу блока 17 выделения моду- ля скорости, состоящему из операционных усилителей 29 и 30, резисторов 31-33 и диода 34.

Устройство 15 (второй усилитель)

установки коэффициента передачи К

выполнено на потенциометре, подклю

ченном к выходу квадратора 14, а устройство 18 третий усилитель) устал ноБки коэффициента К - на потенциометре, подключенном к выходу блока 17 выделения модуля скорости.

Выходы блоков 12, 15 и 18 подсоединены к входу сумматора 13, образованного резисторами 35-38 и операционным усилителем 39. Релейный элемент 16 с зоной нечувствительности сформирован с помощью резисторных сумматоров 40-42 и компаратора 43. Выход компаратора 43 подключен к управляющим входам ключей 9 и 10.

Через резистор 41 на вход компа- ратора 43 подано постоянное напряжение смещения О, фиксирующее выход компаратора в состоянии логического нуля (и 0) при нулевых значениях выходов устройств 12, 15 и 18, т.е. при I&I О и Q 0. Подача напряжения смещения S реализует зону нечувствительности релейного элемен

и

54

а 16 и обеспечивает замкнутое сосояние ключа 9 и разомкнутое состояие ключей 10, когда ошибка 0 и скорость Q равны нулю.

На выходе блока 11 управления формируется логический сигнал

О при I 91 ,CO +Kjuli (1)

. I при |9| ,G)+KilCoU (2)

где 0 - сигнал ошибки следящей системы, сформированный на выходе первого сумматора 1 ; СО - сигнал скорости объекта на выходе датчика 8 скорости; К - коэффициент передачи второго

усилителя 15;

Kj, - коэффициент передачи третьего усилителя 18;

- зона нечувствительности релейного элемента 16. Величина о устанавливается малой, но достаточной для надежного выполнения логического условия (1) г в равновесном состоянии системы.

Требуемые величины коэффициентов передачи К и К устанавливаются экспериментально при регулировке следящей системы. Приближенное значение коэффициентов К ределено из. выра:хений:

|бт1

( и может быть опК,

1

2н;

или к

(JJv

К

It,

(3) (4)

5

5

где I - момент инерции объекта}

М - максимально развиваемый дви-г

гателем тормозной момент; СА).- максимальная скорость объекта;Qj- путь торможения объекта от

скорости (О (Д., до СЗ 0; л

о - время перекладки момента разгона на момент торможения. Оценки входящих в формулы (3) и (4) аргументов I, М, 0у могут быть как расчетными, так и полученными из экспериментов.

Следящая система работает следующим образом.

В момент включения независимо от величины начального рассогласования О, в частности при.О О, образуется сигнал логического нуля (U 0), так как за счет сигнала смещения { О всегда выполняется условие (1)

101 - К,а) - Kjlo) +& О.

515291

Таким образом, при включении ключ 9 всегда замкнут, а аналоговые ключи Ю,..., 10 разомкнуты.

При появлении сигнала 0 , отличного от нуля, начинается разгон и дви- жение системы к согласованному положению: уменьшается значение |в1 и увеличивается значение K, ). В момент, когда вьтолняется условие Q (2)

|91 - K,CJ - Kjcol + о

формируется сигнал логической едини- ницы (и 1). По этому сигналу ключ 9 отключает сигнал о от входа корректирующего звена 2, а аналоговые ключи 1 0,. . ., 10-, включенные параллельно реактивным элементам - конденсаторам 1 9 и 20, быстро разряжают их При этом одновременно выставляются нулевые начальные условия корректирующего звена 2, а на выходе последнего и на входе второго сумматора 3 сигнал &ц становится равным нулю,

тахометркчёский контур отрицательной обратной связи создает мaкcи 1aльный момент торможения объекта, что приводит к уменьшению значений как |01 , так и (К,со + ). В момент, ког- да вьтолняется условие (1), формируется сигнал логического нуля (U 0), ключ 9 замыкается, а аналоговые клю чи 10,..., 1 О fj размыкаются, при этом восстан авливается исходная структура следящей системы. В этот момент следящая система находится в области малых значений рассогласования б и скорости привода CJ , т.е. в окрестности линейной зоны. Поэтому при восстановлении контура слежения за положением на входе корректирующего звена образуется малый скачок О . Следовательно, вызванный скачком О и

определяемый нулевыми начальными условиями корректирующего звена переходный процесс в.следящей системе имеет показатели качества, соответствующие структуре исходной следящей системы при работе в зоне линейного слежения.

В режимах функционирования, при которьк условие (2) не выполняется, ключ 9 остается замкнутым, а аналоговые ключи 10,.t., 10„ - разомкнутыми. Поэтому динамические свойства следящей системы полностью определяются структурой системы-прототипа.

Q

20 5

о .«

45

50

5

756

Па диаграммах, показанных на фиг. 3 и 4, обозначены: 44 - траектория разгона и торможения системы, 45 - функция, определяющая закон управления, формируемый блоком 11, t, - момент времени выдачи команды на торможение блоком I1 управления; t - момент времени, в который закончилась перекладка момента силы с разгона на торможение; & t - t, - время перекладки момента силы; 63,, Wj - скорости объекта в моменты времени t, и UG) COi - Q, приращение скорости объекта за время t) ; U0 дополнительное перерегулирование, вы-f званное конечным значением.

На фиг. 3 изображена траектория движения системы-прототипа.

В момент t, блок 11 управления в соответствии с законом управления 45 формирует команду на торможение. Однако за время перекладки t до момента t система выбегает на величину

ЬВ (О, -н - у-) с.(5)

За время перекладки момента силы величина изменения скорости COj - СО, мала, поэтому с /;г:статочной точностью вместо выражения 5 можно записать

&е cj,.

Как видно из диаграммы на фиг. 3 при торможении по траектории 44 перерегулирование по координате Q увеличивается на величину л9 :

G &e +&.

Чтобы устранить дополнительное перерегулирование Cs0 , в соответствии с изобретением введена поправка Kj(Cx)l , в которой К. tT . Соответствующая траектория 44 движения предлагаемой следящей системы и закон управления 45, формируемый блоком 11, показаны на фиг. 4.

Введение в блок управления блока вьделения модуля скорости и масщта- бирующего усилителя позволяет сформировать дополнительный сигнал, пропорциональный абсолютной величине скорости объекта, с помощью которого осуществляется учет и компенсация перерегулирования, обусловленного инерционностью звеньев при формировании момента силы торможения. В результате улучшается качество регулирования

при отрабдтке системой больших рассогласований.

Формула изобре-тения

Следящая система по авт. св. № 1267355, отличающаяся тем, что, с целью повьшения качества регулирования за счет уменьшения перерегулирования в переходном процессе при отработке следящей системой

больших рассогласований пУтем учета и компенсации запаздывания, вносимого инерционными звеньями при формировании момента силы торможения, в блок управления введены последовательно соединенные блок выделения модуля скорости объекта и третий усилитель, через которые вход квадратора соединен с третьим входом третьего сумматора .

Изобретение касается автоматического управления и может быть использовано в широком классе систем слежения и стабилизации инерционных объектов. Цель изобретения - повышение качества регулирования, уменьшение перерегулирования при отработке больших рассогласований. В следящую систему дополнительно введены блок определения модуля скорости объекта и масштабирующий усилитель, выход которого присоединен к одному из входов сумматора блока управления. Сущность изобретения заключается в введении в сумматор блока управления сигнала, пропорционального модулю скорости объекта, что позволяет уменьшить перерегулирование, обусловленное инерционностью звеньев системы при формировании момента силы торможения. 4 ил.

ipt/et

ifuel

лв ч

)

/

У

У

Фиг.

(i;

Редактор А.Лежнина

Составитель С.Никишов Техред Л.Сердюкова

Заказ 7640У42

Тираж 788

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Л9

4-5

(

Itl

в

Фиг.

Корректор О.Ципле

Подписное