Оптимальная по быстродействию позиционная система управления Советский патент 1992 года по МПК G05B11/16 

XI

СО 4 О

XI

ю

Изобретение относится к технике оптимального по быстродействию управления и предназначено для позиционирования инерционных объектов первого порядка с неопределенной или нестационарной постоянной времени.

Известна оптимальная по быстродействию система управления, содержащая последовательно соединенные измеритель рассогласования задающего сигнала и регулируемой величины, дифференциатор, нелинейный преобразователь, сумматор, релейный усилитель и сервомотор постоянной скорости.

Известна также оптимальная по быстродействию система управления, содержащая последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласования, дифференциатор, первый блок выделения модуля сигнала, первый блок умножения, второй блок умножения, сумматор, релейный усилитель и исполнительный механизм, подключенный выходом к входам измерителя регулирующего воздействия и объекта управления, соединенного выходом через усилитель регулируемой величины с вторым входом измерителя рассогласования, выход которого соединен с вторым входом сумматора, а выход измерителя регулирующего воздействия непосредственно соединен с вторым входом первого блока умножения и через последовательно соединенные второй блок выделения модуля и нелинейный преобразователь-с вторым входом второго блока умножения.

Наиболее близкой к предлагаемой является оптимальная по быстродействию система управления, содержащая последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласования, дифференциатор, блок выделения модуля, нелинейный преобразователь, блок умножения, сумматор, релейный усилитель и исполнительный механизм, подключенный выходом к входам измерителя регулирующего воздействия и объекта управления, соединенного выходом через измеритель регулируемой величины с вторым входом измерителя рассогласования, а нелинейный преобразователь содержит элемент деления и элемент суммирования, первый вход которого является входом нелинейного преобразователя, второй вход соединен с выходом источника постоянного сигнала, а выход - с входом элемента логарифмирования, выход элемента деления является выходом нелинейного преобразователя.

Недостатком известной системы управления является ее сложность.

Цель изобретения - упрощение системы за счет упрощения нелинейного преобразователя.

Поставленная цель достигается тем,

что в оптимальной по быстродействию системе управления, содержащей последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласования, дифференциатор, блок выделения модуля, нелинейный преобразо0 ватель, блок умножения, сумматор, релейный усилитель и исполнительный механизм, подключенный выходом к входам измерителя регулирующего воздействия и объекта управления, соединенного выходом через

5 измеритель регулируемой величины с вторым входом измерителя рассогласования, а нелинейный преобразователь содержит элемент деления и элемент суммирования, первый вход которого является входом не0 линейного преобразователя, второй вход соединен с выходом источника постоянного сигнала, а выход - с входом элемента логарифмирования, выход элемента деления являетсявыходомнелинейного

5 преобразователя, установлен блок сравнения, подключенный выходом к второму входу блока умножения, суммирующим входом - к выходу измерителя регулируемой величины, а вычитающим входом - к выходу из0 мерителя регулирующего воздействия и к второму вычитающему входу сумматора, соединенного суммирующим входом с выходом задатчика, а в нелинейном преобразователе выход элемента логариф5 мирования соединен с входом Делимое элемента деления, вход делителя которого соединен с первым входом элемента суммирования.

На чертеже изображена функциональ0 ная схема системы управления.

Система содержит сумматор 1, релейный усилитель 2, исполнительный механизм 3, измеритель 4 рассогласования, задатчик 5, измеритель 6 регулируемой величины,

5 дифференциатор 7, блок 8 выделения модуля, элемент 9 суммирования, элемент 10 ло- гарифмирования, измеритель 11 регулирующего воздействия 11, блок 12 умножения, элемент 13 деления, блок 14 срав0 нения, источник 15 постоянного сигнала, нелинейный преобразователь 16, объект 17 управления.

В системе последовательно соединены в виде замкнутого контура сумматор 1, ре5 лейный усилитель 2, исполнительный механизм 3, объект 17 управления, измеритель 6 регулируемой величины, измеритель 4 рассогласования, дифференциатор 7, блок 8 выделения модуля, элемент 9 суммирования, элемент 10 логарифмирования, элемент

13 деления, блок 12 умножения, Вход измерителя 11 соединен с выходом исполнительного механизма 3, а его выход - с входом сумматора 1 и входом блока 14 сравнения. Другой вход блока 14 сравнения соединен с выходом измерителя 6, а выход блока 14 сравнения - с вторым входом блока 12 умножения. Выход задатчика 5 соединен с вторым входом сумматора 1 и вторым входом измерителя и рассогласования 4. Выход блока 8 выделения модуля соединен с входом делителя 13 элемента деления. Второй вход элемента суммирования 9 соединен с выходом источника 15 постоянного сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Задатчик 5 выдает на измеритель 4 рассогласования сигнал Хзад, который сравнивается с выходным сигналом измерителя 6, пропорциональным регулируемой величине х. Сигнал рассогласования Ј Хзад - х после дифференцирования дифференциатором 7 и выделения модуля производной Ј блоком 8 становится пропорциональным величине

i kmUK

где km 1/kp k Um - угловой коэффициент наклона линейных участков статической характеристики блока 8 к оси абсцисс.

Сигнал Ј поступает на вход элемента 9 суммирования; на другой вход этого элемента от источника 15 поступает постоянный сигнал, численно равный одной единице измерения сигнала Ј (например, равный 1В). Суммарный сигнал после логарифмирования элементом 10 поступает на вход элемента 13 деления, где он делится на величину сигнала |, подаваемого на его другой вход с блока 8. Выходной сигнал элемента 13 деления, пропорциональный величине

,-мЈ±ци

поступает на вход 12 умножения. На другой вход этого блока умножения с измерителей 6 и 11 через блок 14 сравнения подводится сигнал, пропорциональный величине

(5,(3)

С блока умножения произведение сигналов, пропорциональных величинам , поступает на вход сумматора 1, на два других входа которого поступают сигнал задатчика 5, пропорциональный х3ад, и сигнал измерителя 11, пропорциональный величине . На выходе сумматора 1 формируется функция переключения

g x3aA-k(

Хзад -k(5-(x-k(5)x

ln(1 + I el/kpkUm), .

Xlel/kpkUm w

Поскольку согласно чертежу выходная величина сервомотора

. Тх +Х Хзад -е-Тё, (.ч

° k k lbj

то подстановка (5) и (4) приводит к выражению:

+ ТЈ-(х- Хзад) + Е + Т Ј) X

х kp k М1 + lЈl

kp k Um

Ј + TЈ-TkpkUmsigneln(1+-Мтг-),

Kp k Um

которое совпадает с известной оптимальной, в смысле быстродействия, функцией переключения. Следовательно, функция переключения (4), не требующая для своей ре- ализации априорной информации о значении постоянной времени объекта Т, обеспечивает оптимальное по быстродейст- вию управление при любых вариациях параметра Т.

Исполнительный механизм 3, включенный релейным усилителем 2, двигается в зависимости от знака сигнала g в ту или иную сторону и перемещает регулирующий

орган, воздействующий на объект 17. Объект изменяет значение своей выходной координаты х. В момент, когда координата х достигнет заданного значения Хзад, сигнал Ј на выходе измерителя и рассогласования

становится равным нулю. При этом сигнал g на входе релейного усилителя 2 тоже становится нулевым, исполнительный механизм отключается и объект останавливается.

Формула изобретения

Оптимальная по быстродействию позиционная система управления, содержащая последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласования, дифференциатор, блок выделения модуля, нелинейный преобразователь, блок умножения, сумматор, релейный усилитель и исполнительный механизм, подключенный выходом к входам измерителя регулирующего воздействия и

объекта управления, соединенного выходом через измеритель регулируемой величины с вторым входом измерителя рассогласования, а нелинейный преобразователь содержит элемент деления и элемент

суммирования, первый вход которого является входом нелинейного преобразователя, второй вход соединен с выходом источника постоянного сигнала, а выход - с входом элемента логарифмирования, выход эле- мента деления является выходом нелинейного преобразователя, отличающаяся тем, что, с целью упрощения системы за счет упрощения нелинейного преобразователя, в ней установлен блок сравнения, подклюценный выходом к второму входу блока умножения, суммирующим входом - к выходу измерителя регулируемой величины, а вычитающим входом - к выходу измерителя регулирующего воздействия и к второму вычитающему входу сумматора, соединенного суммирующим входом с выходом за- датчика, а в нелинейном преобразователе выход элемента логарифмирования соединен с входом Делимое элемента деления, вход делителя которого соединен с первым входом элемента суммирования.

Изобретение относится к технике оптимального по быстродействию управления и 2 позиционирования инерционными объектами, постоянная времени которых в процессе эксплуатации может изменяться в широких пределах. Цель изобретения - упрощение системы управления. Предлагаемая система содержит сумматор 1, релейный усилитель 2, исполнительный механизм 3, измеритель 4 рассогласования, задатчик 5 регулируемой величины, измеритель 6 регулируемой величины, дифференциатор 7, блок 8 выделения модуля, элемент 9 суммирования, элемент 10 логарифмирования, измеритель 11 регулирующего воздействия 11, блок 12 умножения, элемент 13 деления, блок 14 сравнения, источник 15 постоя иного сигнала, нелинейный преобразователь 16, объект 17 управления. Данная система управления формирует оптимальную функцию переключения д, независящую от постоянной времени объекта Т. 1 ил. /7 СО