Устройство для управления инерционным объектом Советский патент 1980 года по МПК G05B13/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИНЕРЦИОННЫМ ОБЪЕКТОМ

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для обеспечения квазиоптимального по быстродействию управления инерционным объектом второго порядка, пере даточная функция которого имеет вид ) где К - коэффициент усиления объекта; Т„ Т.р - постоянные времени объекта, с помощью сервомотора постоянной скорости, в частности, при управлении технологическими процессами, при управлении движущимися объектами. Известны устройства для управления инерционным объектом, обеспечивающие оптимальное (или квазиоптимальное) по быстродействию управление и содержащие нелинейный преобразователь и сервомотор постоянной, скорости 1. В этих устройствах в функции от ошибки и ее производных формируют нелинейную функцию переключения, вид которой определяется дина1микой объекта. Недостатком таких устройств является необходимость знать все параметры передаточной функции объекта и вводить их значения в вычислительное устройство. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для управления инерционным объектом, содержащее нелинейный преобразователь, сервомотор постоянной скорости, измеритель регулируемой координаты, выход которого и выход задатчика подключены к соответствующим входам элемента сравнения, вьгход которого подключен ко входу блока формирования производных и к первому входу первого усилителя, второй вход которого присоединен к первому входу второго усилителя и к одному из выходов блока формирования производных, выход -- к первому входу сумматора, выход которого подключен ко входу сервомотора постоянной скорости, Ьторой вход второго усилителя подсоединен к другому выходу блока формирования производных 2. Устройство обеспечивает квазиоптимальное 1 по быстродействию управление при реализации закбна управления, предложенного Силва Sign5 Stgn u F(, (2) ; F(V) -Cstgny)En( v „..-, . , р, .. .., Si|n6- St|n(.T e TpCC €hKKpTp( xen(+ivi) () На выходе элемента сравнения формируется сигнал ошибки между задающим сигналом о значении регулируемой координаты 6 -4. При этом параметры объекта управления К - К„К,р; Ту,, Т и привода постоянной скорости Kjj , Тр должны быть известны и используются для формирования сигналов U и V . На нелинейном преобразователе получается нелинейная составляющая квазиоптимального закона управления (2), а на выходе сумматора полный закон управления & . В зависимости от знака функции б сервомотор постоянной скорости (который составляет релейный усилитель 8 и сервомотор) вызывает перемещение исполнительного органа управления JU . Воздействие на объект управления исполнительного органа вызывает изменение регулируемой координаты 9 которая за близ кое к оптимальному по быстродействию время переходит о.т начального значения vp к заданному значению .,, Однако эти устройства имеют тот недостаток л . . что при изменении коэффициента передачи объекта К К„Кхр (которое происходит в связи с изменением режима работы объекта), либо при отсутствии априорной информация о значении этого коэффициента нельзи реализовать функцию переключения (2), а, следовательно, и квазиоптимальное по быстродействию протекание процессов. Цель изобретения - увеличение быстродействия устройства при изменениях коэффициента передачи инерционного объекта. Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит ийножительный блок, измеритель выходной координаты сервомотора постоянной скорости и блок выделения модуля .вход которого подключен к выходу второго :усилителя, а выход - к одному из входов множительного блока, другой вход которого через нелинейный преобразователь связан с выходами измерителя выходной координаты сервомотора постоянной скорости, выход блока умножения подключен ко второму входу сумматора. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит объект 1 управления, описываемый передаточной функцией (1), сервомотор 2, релейный усилитель 3, измеритель 4 регулируемой координаты, задатчик 5, элемент 6 сравнения, блок 7 формирования производных (дифференцирующие устройства, либо „змерители производных сигналов, в зависимости от вида регулируемого параметра объекта), усилителя 8 и 9 (например, магнитные усилители, операционные усилители); нелинейный преобразователь 10, сумматор 11; измеритель 12 выходной координаты сервомотора постоян.ной скорости (например потенциометр обратной связи сервомотора), множительный блок 13; .блок 14 выделения модуля (выпрямитель), сервомотор постоянной скорости. При подаче задающего воздействия (t) задатчик (регулируемой координаты) 5 выдает на элемент 6 сравнения сигнал, который сравнивается с сигналом p{Ь), идущим с измерителя 4 регулируемой координаты. С выхода элемента сравнения сигнал ошибки (рассогласования) E(t) g(t)-HCi) подается на один из выходов усилителя 9 и на в.ход блока 7 формирования производных. С его выхода сигнал первой производной подается на вход усилителя 9, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный Ту + & , подаваемый на сумматор И. На вход усилителя 8 с выхода блока формирования производных 7 подаются сигналы, пропорциональные и . jj вь1ходе усилителя 8 формируется сигнал; пропорциональный (Тпб + )Тр, который проходит через блок 14 вьщеления модуля, и сигнал |Т подается на вход множительного блока 13, на другой вход которого с выхода нелинейного преобразователя 10 подается сигнал, пропорциональный нелинейной функции от входной координаты сервомотора 2 ЯКТрТ р/ После перелетожения сигналов, пропорциональных ( + e)Tvp и Г( Кр-г ) , произведение этих сигналов идет на вход сумматора 11, формирующего функцию переключения ,..|Тпё |Т„ / ,, , SigH«,.sign(T,E.e,. ii. F() Поскольку в данном случае уравнение инерционного объекта имеет вид Тр Р ( ) и уравнение сервомотора постоянной скорост / JpSign6;(5) тб при ступенчатом задающем воздействии ё) 609 (. выходная координата серво мотора определяется выражением (),КрТ:р }A(t)- КК„Т Заметим также, что уравнение нулевой фа зовой траектории (уравнение второго интерва ла управления) имеет вид (St|n V) Еп(0 )0, а уравнение первого интервала управления оп ределяется из условия прохождения фазовой траектории через точку ненулевых начальных условий Ц,, , VQ , соответствующих ступенча тому задающему воздействию (svgnv ;en()() Поскольку начальные условия ,O а npHgr(t).1tfc),e5gr-4 g ; 0,To1: учетом .о Pf C.U,W()En() а .уравнение траектории 1-го интервала (7) принимает вид , ,, / 1о„/7 кЛ« uVv((f-|v-()fitT Подставив (8) в (6), получаем -ju(t} KpT(sigrnV jenO-(V|) или, с учетом того, что знак функции переклю чения на 1-ом интервале управления Sig п Signju -Sign V (i) , , ()() (рТр .e4 lniv l 4l/ Сравнивая сформированный закон переключения 6 (3) и предложенный Силва квазиоптимальный закон (26), делают очевидное заключение, что они совпадают в том случае, если ( (Тг)Т -ККрТр SignV en(i+IVl) . o, Разделив числитель и знаменатель правой части равенства на ККрТ и учитывая (10), получают / JU -J QSlT E-elT Sig-njux О у iv i-erTt-f- iv U 0.5 IVI т.е. с учетом (11) I Я II t .glKptpl,g,,gKpTy o,S() Этот закон управления (3) тождествен известному квазиоптимальному закону (2). Нетрудно заметить, что при формировании закона переключения (3), где f() определяется выражением (12), не априорная информация о значении коэффициента передачи объекта К-КпКц следовательно, описанное устройство обеспечит квазиоптимальную отработку ступенчатых задающих воздействий независимо от вариации коэффициента передачи объекта. Формула изобретения Устройство для управления инерционным объектом, содержащее нелинейный преобразователь, сервомотор постоянной скорости, измеритель регулируемой координаты, выход которого подключен ко входу блока формирования производных и к первому входу первого усилителя, второй вход которого соединен с первым входом второго усиллтеля и с одним из выходов блока формирования производных, выход - с первым входом сумматора, выход которого подключен ко входу сервомотора постоянной скорости, второй вход второго усилителя подсоединен к другому выходу блока формирования производных, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия устройства, оно содержит множительный блок, измеритель выходной координаты сервомотора постоянной скорости и блок выделения модуля, вход которого подключен к выходу второго усилителя, а выход - к одному из входов множительного блока, другой вход которого через нелинейный преобразователь связан с выходами измерителя ыходной координаты сервомотора постоянной корости, выход блока умножения подключен о второму входу сумматора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Фельдбаум А. А. Основы теории оптимальых автоматических систем. М., Наука, . 167. рис. 3.10. 2.Павлов А. А. Синтез релейных систем, птимальных по быстродействию. М., Наука. l966, с. 297 рис. 7. (прототип).