Нелинейное корректирующее устройство Советский патент 1990 года по МПК G05B5/01 

Изобретение относится к двухка- нальным нелинейным корректирующим устройствам и может быть использовано в быстродействующих системах позиционирования, например станках с программным управлением, приводах роботов- манипуляторов, высококачественных следящих системах и т.д.

Цель изобретения - повышение экономичности и надежности работы устройства .

На фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема линейного регулятора.

Нелинейное корректирующее устройство (фиг. 1) содержит первый измеритель рассогласования 1, блок 2 умножения., первый сумматор 3 исполнительный двигатель 4 с нагрузкой, датчик 5 скорости, нелинейный корректирующий блок 6, пиковый детектор 7, первый масштабирующий блок 8, второй сумматор 9, сигнум-реле 10, первый переключатель 11, второй масштабирующий блок 12, третий сумматор 13, второй переключатель 14, источник 15 постоянного напряжения, нуль-орган 16, усилитель 17, четвертый сумматор 18, блок 1У памяти, компаратор 20, ключ 21, релейный блок 22, первый и второй входы 23,24 и первый, второй, третий выходы 25,26,27 нелинейного кор- ректирующего блока 6, интегратор со сбросом 28, второй измеритель рассо- гласования 29, линейный регулятор 30. Линейный регулятор 30 содержит резисторы 31 - 35, конденсатор 36, операционные усилители 37 и 38, общую шину 39.

СП

оо о со ел

315

Рассмотрим работу нелинейного корректирующего устройства при постоянном моменте сопротивления нагрузки и неизменной электромеханической постоянной времени двигателя для двух случаев: треугольного и трапецеидального профилях диаграммы скорости исполнительного двигателя,

лом рассогласования с выхода измерителя рассогласования 1 и в тот момент, когда их значения сравняются, на выходе компаратора 20 появляются сигнал, замыкающий ключ 21.

При этом сигнал с выхода сигнум- реле 10 через ключ 21 и переключатель 11 подается на сумматор 3, в ре

Изобретение относится к двухканальным нелинейным корректирующим устройствам и может быть использовано в быстродействующих системах позиционирования, например станках с программным управлением, высококачественных следящих системах и т.д. Целью изобретения является повышение экономичности, надежности, точности и быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в контур регулирования вместо релейного элемента с зоной нечуствительности вводится линейный регулирующий элемент, передаточная функция которого обратна произведению передаточной функции регулируемого двигателя и датчики скорости. 2 ил.

В первом случае насыщения скорости зультате чего обеспечивается оптивращения двигателя Ц не происходит и ключ 21 остается все время в замкнутом состоянии, так как на его управляющий вход не подается сигнал с.выхомальное торможение исполнительного двигателя . Далее при подходе к то ке позиционирования переключатели 1 и И пропускают на свои выходы сигда релейного блока 22. Поэтому в этом нал с выхода измерителя рассогласова25

30

случае система характеризуется режимом разгона, движением с постоянной скоростью, торможением и режимом апериодического движения к точке позиционирования. При этом нелинейный кор- jn ректирующий блок 6 обеспечивает режим разгона и торможения с максимально возможным ускорением aw.

В случае трапецеидального профиля диаграммы скорости исполнительного двигателя k система работает следующим образом.

Начиная с некоторого момента времени t, двигатель достигает максимально возможной скорости 0к и продолжает работать в режиме насыщения. До момента времени устройство работает так же„ как и в режиме разгона для первого случая, а в момент t« напряжение с датчика 5 скорости превышает зону нечувствительности -релейного блока 22 и на -его выходе появляется сигнал, который поступает на управляющий вход ключа 21, вызывая его размыкание. При этом нал на выходе первого переключателя 11 становится равным нулю, а сигнал с выхода источника 15 постоянного напряжения, пройдя через второй переключатель 14 и усилитель 17 перемножается в блоке 2 умножения с сиг налом с выхода датчика скорости 5, обеспечивая движение исполнительного двигателя в режиме насыщения.

В момент t4 сигнал с выхода релейного блока 22 подается также на управляющий вход блока 19 памяти, в результате чего в нем фиксируется зна- (чение сигнала с выхода сумматора 18,

35

40

45

50

ния, создавая апериодическое движение в установившемся режиме.

Рассмотрим работу системы при изменении электромеханической постоянной времени двигателя или момента сопротивления нагрузки.

На фиг. 1 можно выделить два контура. Первый включает в себя нелинейный корректирующий блок и исполнительный двигатель.

Второй контур, включающий в себя линейный регулятор и исполнительный двигатель, является более быстродействующим, чем первый контур. Динамические характеристики первого контура (системы в целом) задаются величиной входной уставки и в процессе регулирования должны оставаться постоянными. При отклонении истинных динамических характеристик системы от желаемых динамических характеристик вторым контуром при помощи линейного регулятора осуществляется подача дополнительного сигнала к сигналу управления нелинейного корректирующего устройства. Дополнительный сигнал к сигналу управления с линейного регулятора 30 поступает на третий вход первого сумматора 3 Сигнал на вход линейного регулятора 30 поступает со второго измерителя рассогласования 29 и представляет собой разность сигнала с выхода датчика 5 (формирующего истинный профиль скорости) и интегратора со сбросом 28 (формирующего желаемый профиль скорости, рассчитанный для номинального момента сопротивления нагрузки и номинального значения электромеханической постоянной времени двигателя)„ Интегратор со

которое хранится до появления на другом управляющем входе блока 19 памяти 55 сбросом работает как в известном уст- сигнала с выхода нуль-органа 16. ройстве.

В компараторе 20 сигнал с выхода Высокое быстродействие второго кон- блока 19 памяти сравнивается с сигна- тура достигается, асли передаточную

мальное торможение исполнительного двигателя . Далее при подходе к точке позиционирования переключатели 11 и И пропускают на свои выходы сиг5

0

n

5

0

5

0

ния, создавая апериодическое движение в установившемся режиме.

Рассмотрим работу системы при изменении электромеханической постоянной времени двигателя или момента сопротивления нагрузки.

На фиг. 1 можно выделить два контура. Первый включает в себя нелинейный корректирующий блок и исполнительный двигатель.

Второй контур, включающий в себя линейный регулятор и исполнительный двигатель, является более быстродействующим, чем первый контур. Динамические характеристики первого контура (системы в целом) задаются величиной входной уставки и в процессе регулирования должны оставаться постоянными. При отклонении истинных динамических характеристик системы от желаемых динамических характеристик вторым контуром при помощи линейного регулятора осуществляется подача дополнительного сигнала к сигналу управления нелинейного корректирующего устройства. Дополнительный сигнал к сигналу управления с линейного регулятора 30 поступает на третий вход первого сумматора 3 Сигнал на вход линейного регулятора 30 поступает со второго измерителя рассогласования 29 и представляет собой разность сигнала с выхода датчика 5 (формирующего истинный профиль скорости) и интегратора со сбросом 28 (формирующего желаемый профиль скорости, рассчитанный для номинального момента сопротивления нагрузки и номинального значения электромеханической постоянной времени двигателя)„ Интегратор со

5 сбросом работает как в известном уст- ройстве.

функцию линейного регулятора выбрать рак передаточную функцию, обратную передаточной функции двигателя k с номинальными параметрами

w30(s)

Т/чЗ-Н.

(О

где Wjo(S) Т/ц,К0

K0(tS+1)

передаточная функция линейного регулятора; соответственно номинальные электромеханическая постоянная времени и кот эффициент усиления двигателя +;

малая постоянная времени линейного фильтра, выбирается из условия реализации с . Техническая реализация линейного

регулятора представлена на фиг.2.

Если выражение (1) преобразовать к

виду

г

W.,o(S)aJ+-- -,

я Л а КсД

-liI«/Ј

2 к

К. „ ,

то передаточная функция (l) линейного регулятора 30 набирается при выполнеR32 | -т эо/гзА.

г R31 к-3 Ь}Ь

нии соотношений: а

a,- Ј||. KJJ

Первый сумматор может быть реализован на операционном суммирующем усилителе. Реализация линейного регулятора 30 по передаточной функции (1) позволяет практически без запаздывания непрерывно преобразовывать сигнал рассогласования с выхода измерителя рассогласования 29 и тем самым скомпенсировать появившуюся ошибку отработки заданной диаграммы скорости В результате этого характер изменения регулируемой величины все время стремится к желаемому виду, несмотря на отклонение параметров двигателя и нагрузки от расчетных.

Таким образом, использование ли- нейного регулятора, передаточная функция которого задана в виде (1), позволяет системе отрабатывать задающее ступенчатое воздействие с желаемыми динамическими характеристиками как при заданных, так и при длительно изменяющихся моментах сопротивления нагрузки и электромеханической постоянной времени двигателя. В результате повышается экономичность и надежность работы системы в целом.

ормула

6

зоб

р е т е н и я

0

5

0

5

Нелинейное корректирующее устрой ство, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, исполнительный двигатель с нагрузкой, датчик с, скорости и блок умножения, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, а также последовательно соединенные первый измеритель paci- согласования, пиковый детектор, первый масштабирующий блок, второй сумматор, сигнум-реле, ключ и первый переключатель, второй вход которого соединен с вторым входом второго сумматора , первым входом пикового детектора и входом нуль-органа, первыми входами третьего и четвертого сумматоров, компаратора и второго переключателя, выход которого через усилитель связан с вторым входом блока умножения, выход нуль-органа подсоединен к первому управляющему входу блока памяти, второму входу пикового детектора через интегратор - к первому входу второго измерителя рассогласования, второй вход которого соеди- нен с выходом датчика скорости и вхо0 дом релейного блока, выход пикового детектора через второй масштабирующий блок связан с вторым входом третьего сумматора, выход которого подключен к управляющим входам первого и второ5 го переключателей, выход релейного блока соединен с вторым управляющим входом блока памяти и первым управляющим входом ключа, второй управляющий вход которого подсоединен к выходу

0 компаратора, выход пикового детектора связан с вторым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к информационному входу блока памяти, выход блока памяти связан с вто5 рым входом компаратора, второй вход второго переключателя подключен к выходу источника постоянного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения экономичности

0 и надежности устройства, выход второго измерителя рассогласования подключен к третьему входу первого сумматора через линейный регулятор, передаг точная, функция которого обратна про5 изведению передаточной функции исполнительного двигателя и передаточной функции датчика скорости.

В

Ј

Ч/Ј

iV

21

3f

18

f

20

Фиг.1

V

11

21 -А

3fr ТI-

-Ц

so

14

/v

ILT

16

15

22

qiueZ