Следящая система Советский патент 1981 года по МПК G05B13/02 

(54) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к следящим системам и может быть использовано в различных технологических установках, в которых требуется обеспечение высоких динамических показателей в широком диапазоне амплитуд и скоростей изменения управляющих воздействий. Известны следящие системы, содержащие задающее устройство, сумматор, формирователь сигнала управления, корректирующий контур, усилительнопреобразовательное устройство, исполнительный двигатель, редуктор, датчи регулируемой координаты, тахогенера:тор, блок переключения коэффициентов и блок анализа знаков ij и 2. Наиболее б.пизкои к предлагаемой явля ется следящая система,содержащая после довательно соединенные задающее устрой ство, сумматор,формирователь сигнала у равления,усилительно-преобразователь ное устройство и исполнительный двига тёль, вшсод которого через последовательно соединенные тахог енератор и блок переменных коэффициентов соединен со вторым входом усилительнопреобразовательного устройства, а че рез последовательно соединенные редуктор и датчик регулируемой коордиваты - со вторым входом сумматора, выход которого через фильтр соединен с первым входом блока сравнения знаков, второй вход которого соединен со вторым выходом формирователя сигнала управления. Известная система обладает высо,кой динамической точностью при отработке пилообразного или синусоидального управляющего воздействия, изменяющегося с большой скоростью, путем отключения сигнала, пропорционального скорости выходного вала исполнительного двигателя, формируемого тахогенератором, от входа усилительнопреобразовательного устройства при наличии специального сигнала, несущего .информацию о режиме работы системы з . Недостатком известной системы является ее низкая точность и быстродействие в широком диапазоне амплитуд и скоростей изменения управляющих воздействий при отсутствии априорно известной информации о режиме работы системы. Цель изобретения - повышение точности и быстродействий системы. . Поставленная цель достигается тем, что в следящей системе, выход блока сравнения знаков соединен с управля щим входом блока переменных коэффициентов. , На фиг. 1 представлена блок-схем следящей системы; на фиг. 2 - кривы сигналов, поясняющие работу предлагаемой системы . Следящая система содержит задающее устройство 1, сумматор 2, форми рователь 3 сигнала управления, преобразователь 4 код-напряжение, усилительно-преобразователБное устройство 5 исполнительный двигатель .6, редуктор 7, датчик 8 регулируемой координаты, тахогенерат ор 9, блок 1 переменных коэффициентов, фильтр 11 блок 12 сравнения знаков, выходной сигнал 13 сумматора 2, выходной сиг нал 14 фильтра 11, выходной сигнал 15 усилительно-преобразовательного устройства 5, время t - первого переключения, время tj - второго пе реключения, время t -j - соответствующее максимальному значению перерегулирования в системе. Предлагаемая система может быть реализована как в аналоговом (непрерывном) виде, так и в цифровом (дискретном) виде. В последнем случае при реализации блоков 1, 2, 3, 4 и 8 в цифровом виде в систему не,обходимо ввести преобразователь код напряжение 4, который будет служить для согласования цифровой части сис темы с аналоговой. Предлагаемая система в цифровом варианте работает следукицим образом Задающее устройство 1 вырабатывает задающее воздействие в виде дв ичного кода, которое в зависимости от режима работы может изменяться по ступенчатому, пилообразному или синусоидальному закону. В цифровом сумматоре 2 происходит вычитание из задающего воздействия сигнала регулируемой координаты, поступающего с цифрового датчика регулируемой ко ординаты 8 также в виде двоичного кода. Сигнал разности, вычисленный в цифровом сумматоре 2 поступает в формирователь 3 сигнала управления (регистр управления), на выходе кот рого формируется абсолютная величин кода разности в виде п двоичных раз рядов (обычно п 3-6) и знак разности. Далее код сигнала разности преобразуется преобразователем 4 ко напряжение в напряжение постоянного тока и поступает на вход усилительн преобразовательного устройства 5, г он складывается с сигналом с выхода блока переменных коэффициентов 10 по формуле и - slgnx-sign - KjXpbixnpH srgnx sign где X -т сигнал на втором выходе формирователя 3 сигнала управления, у - сигнал 14 на выходе цифрового фильтра 11, имеющего положительную фазо-частотную характеристику, X - сигнал с выхода тахогенераBbfx тора 9, пропорциональный скорости выходного вала исполнительного двигателя 6 с коэффициентом К или Кз. и - выходной сигнал преобразог вателя 4. Управляющий сигнал m (15) в усилительно-преобразовательном устройстве 5 преобразуется в напряжение переменного тока, усиливается и подается на обмотки управления исполнительного двирателя б, который отрабатывает имеющееся рассогласование и через редуктор 7 поворачивает кодовый датчик 8 на угол, при котором сигнал разности становится равным нулю. При работе системы с режиме отработки пилообразного выходного сигнала, изменяющегося с большой скоростью, знак сигнала- с выхода цифрового фильтра 11 sign у на линейном участке движения системы равен знаку сигнала sign х со второго выхода формирователя 3 сигнала управления, и блок 12 сравнения знаков вырабатывает сигнал, обеспечивающий переключение блока переменных коэффициентов 10 на коэффициент К, величина которого выбирается исходя из требований к характеристикам следящей системы. При выборе величины К О запрещается прохождение сигнала Хр,, с выхода тахогенератора 9 через блок 10 переменных коэффициентов на вход усилительно-преобразовательного устройства 5. В результате система обладает высокой добротностью, и динамическая ошибка в режиме отработки входного сигнала, изменяющегося по пилообразному закону с большой скоростью, существенно уменьшается. При отработке входного сигнала, изменяющегося по синусоидальному закону, блок 10 переменных коэффициентов подключает сигнал с выхода тахогенератора 9 ко входу усилятельно-преобразовательного устройства 5 с коэффициентом К2 на сравнительно небольшое время в течени.е казвдого полупериода, что также существенно увеличивает точность системы в установившемся режиме. . Работа следящей системы в режиме отработки ступенчатых входных сигналов/ амплитуда которых может изменяться в широком диапазоне, происходит следующим образом. Пусть передаточная функция непрерывной части следящей системы имеет вид W,p, к такому виду можно

привести, например, передаточную функцию системы, в качестве исполнительного двигателя 6 которой используется асинхронный двухфазный двигатель с полым ротором при условии пренебрежения постоянными времени усилительно-преобразовательного устройства.

/k

где К - добротность разомкнутой сие-

темы,

Т - постоянная времени исполнительного двигателя с иагрузкой.

До момента t (фиг. 2) скоростной обратной связи с выхода тахогенератора 9 через блок 10 переменных коэффициентов подключен ко входу усилительно-преобразовательного устройства 5, с коэффициентом К О, сигнал 13 с выхода регистра 3 управления, изменяется по закону x coswot а скорость изменения этого сигнала определяется, как х -w,,. что обеспечивает высокое значение скорости обработки. Условием первого переключения является изменение знака сигнала 14 с выхода цифрового фильтра 11. В момент t блок 10 переключения коэффициента подключает сигнал скоростной обратной связи с выхода тахогенератора 9 ко входу усилительно-преобразовательного устройства 5 с коэффициентом К2 О, что вызывает торможение переходного процесса в системе за счет резкого снижения ее добротности.

Наиболее оптимальным с точки зрения чувствительности показателей переходного процесса к изменению параметров системы (например К - коэффициента передачи, Т - постоянной времени) является выбор коэффициента К

из условия К2 - Момент t, в ког

о

торый блок 10 переменных коэффициентов переключает коэффициент передачи сигнала с выхода тахогенератора 9 с К. на К (К 0) , соответствует моменту изменения знака сигнала 13 с выхода регистра 3 управления и из условия x(t2) О определится,как

а 1 Wj,(tg wpt U

Максимальному перерегулированию в системе соответствует момент времени (фиг. 2), когда скорость изменения ошибки x(t3) О- При этом перерегулирование равно величине ошибки х(1з) О взятой с противоположным знаком, и определяется, как ц,

6 (sin w,t - cos w;,t)

где величина wgt определяется параметрами цифрового фильтра 11. Таким

образом, соответствующий выбор коэффициентов К и К2 и их переключение в блоке 10 переменных коэффициентов в функции сигнала с выхода блока 12 сравнения знаков позволяет получить переходный процесс в предлагаемой следящей системе с заданным значением перерегулирования и высоким быстродействием в широком диапазоне амплитуд входных ступенчатых сигналов.

Использование новых связей между известными функциональными блоками выгодно отличает предлагаемую следящую систему, от известной, так как позволяет значительно уменьшить величину динамической ошибки в системе при отработке пилообразного или синусоидального входного сигнала, изменяющегося с большой скоростью, при отсутствии априорной информации о режиме работы системы примерно в 4-5 раз и повышает быстродействие системы примерно в два раза, как при амплитуде входного ступенчатого сигнала, незначительно отличающейся от величины линейной зоны системы, так и при больших амплитудах.

Формула изобретения

Следящая система, содержащая последовательно соединенные задающее устройство, сумматор, формирователь сигнала управления, усилительно-преобразователы.ое устройство и исполнительный двигатель, выход которого через последовательно соединенные тахогенератор и блок переменных коэффициентов соединен со вторым входом усилительно-преобразовательного устройства, а через последовательно соединенные редуктор и датчик регулируемой координаты - со вторым входом сумматора, выход которого через фильтр соединен с первьш входом блока сравнения знаков, второй вход которого соединен со вторым выходом формирователя сигнала управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия системы., в ней выход блока сравнения знаков соединен с управляющим входом блока переменных коэффициентов.

Источники информацииi принятые во внимание при экспертизе

кл. G 05 В 11/01, 1976.

15

Фие.2