Следящая система Советский патент 1982 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к автоматй ческому регулированию и может быть использовано, например в устройствах управления антеннами радиолокационных станций.

Известна следящая система, содержащая замкнутый контур регулирования, состоящий из элемента сравнения, предварительного усилителя, нелинейного элемента, двигателя с редуктором, объекта управления, разомкнутый канал регулирования, состоящий из последовательно соединенных датчика угловой скорости задающего вала и корректирующего -звена, формирующего производные от задающего воздействия, выход которого подключен к дополнительному входу предварительного усилителя, и нелинейную цепь коррекции, включающую последовательно соединенные модель инерционного звена, релейный элемент и форсирующее звено, вход которого подключен к выходу предварительного усилителя, а . выход - к входу нелинейного элемента 1.

Недостатком указанной системы (Является наличие переходной состав|ляющей ошибки при компенсации нелит

нейности типа зоны нечувствительности .

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является , следящая система, содержащая замкнутый контур регулирования, состоящий из элемента сравнения, предварительного усилителя, двигателя с редуктором, объекта управления, разомкну10тый канал регулирования, состоящий из последовательно соединенных датчика угловой скорости задающего вала и корректирующего звена, выход которого подключен к дополнительному

15 входу предварительного усилителя замкнутого контура регулирования, и нелинейную цепь коррекции, включающую последовательно cqeдинeнныe модель инерционного звена, релейный

20 элемент и устройство управления, вход и выход которого соединены с соответствующими дополнительными входами нелинейного элемента замкнутого контура регулирования, а вход

25 нелинейной цепи коррекции подключен к выходу предварительного усилителя 2.

В известной системе нелинейная цепь коррекции выполнена так, что вместо форсирующего звена используется устройство управления (УУ), Нормирующее сигналы управления специальной формы, амплитуда которых максимально возможна и зависит от предельно допустимых эксплуатационных характеристик нелинейного звена. Устройство управления cjpecne чивает оптимальный по. быстродействи переходный процесс в инерционном звене, отражающем инерционные свойства нелинейного элемента. Сигналы Up с выхода реле и y(t) с выхода УУ суммируются на входе нелинейного элемента. Поскольку Up - одного зна ка, а сигнал y(t) меняет знаки в моменты переключения t и t, то. суммарный сигнал на входе нелинейного элемента будет иметь на интервалах постоянства различную амплитуду . Это приводит к отклонению от оптимального переходного процесса в инерционном звене, а следователь но, и уменьшению эффективности уст ранения статической составляющей погрешности, обусловленной нелиней ным элементом типа зоны нечув.ствительности. Цель изобретения - повышение то ности системы. Указанная цель достигается тем, что в следящую- систему, содержащую последовательно соединенные- блок сравнения, усилит.ель., нелинейный элемент, двигатель, механически св занный через редуктор с объектом -управления и с первЕлм входом блока сравнения, второй вход которого механически соединен с датчиком угла выход которого через корректирующе звено соединен с вторым входом уси лителя, модель нелинейного элемент вход которой соединен с выходом усилителя, а выход - через реле с устройством управления, а также форсирующее звено, выход которого подключен к второму входу нелинейного элемента, введено логическое устройство, первый вход которого соединен с выходом реле, второй вход - с выходом устройства у прав ления и с входом форсирующего звена, а выход - с третьим входом нелинейного элемента. Н фиг.1 представлена структур ная схема предлагаемой следящей сист|Ёмы; на фиг. 2 - структурное пред:(ст.авление инерционного нелиней ного элемента; на фиг.З - графики изменения сигналов с выхода реле и управляющего устройства (и - максимально возможная амплитуда сигна с управляющего устройства). . На фигурах о-бозначены блок 1 ср нения, построенный, например, на вращающихся трансформаторах 2 и 3, предварительный усилитель 4, нелинейный элемент 5 (инерционный усилитель мощности), двигатель 6, редуктор 7, объект 8 управления, датчик 9 угловой скорости задающего вала, корректирующее звено 10, формирующее производные от задающего воздействия, модель 11 инерционного звена, отражающего инерционные свойства нелинейности, реле 12, форсирующее звено 13, нелинейная цепь 14 коррекции, устройство 15 управления (УУ), логическое устройство 16 (ЛУ); Up - выходной сигнал реле; у - сигнал с выхода управляющего устройства. Замкнутый контур работает по принципу управления по отклонению, а разомк зутый канал управления обеспечивает повышение порядка астатизма относительно задающего воздействия, Система работает следующим образом. При изменении задающего воздействия (повороте входного вала) на выходе элемента 3 сравнения появляется сигнал ошибки 6(t), который усиливается предварительным усилителем 4и поступает на нелинейный элемент 5с зоной нечувствительности (усилитель мощности) . Нелинейный элемент 5 можно представить в виде последовательного соединения инерционного звена с передаточной функцией W(S) и идеальной нелинейности типа зоны. Усилительный сигнал с выхода усилителя мощности подается на двигатель 6, который через редуктор 7 поворачивает объект 8 управления и вместе с ним вращающийся трансформатор 2, уменьшая сигнал ошибки e(t). Разомкнутый канал управления, состоящий из датчика 9 и корректирующего звена 10, обеспечивает как в известных комбинированных системах повышение порядка астатизма и тем самым повышение точности воспроизведения задающего воздействия ct(t). Устранение влияния- нелинейности (устранение статической ошибки, вызываемой зоной нечувствительности) в замкнутый контур обеспечивается нелинейной цепью 14 коррекции, состоящей из модели инерционного звена 11, отражающего инерционные свойства нелинейности реле 12 и устройства 15 управления. Передаточная,, функция модели инерционного звена il равна W(S)) 7Т,5-ЬШТ,5ТТТ где W(S) - передаточная функция . инерционного звена, отражающего инерционные свойства нелинейности; т,Т - постоянные времени; S - оператор Лапласа. На выходе модели инерционного звена 11 имеетМесто сигнал x(t), соответствующий сигналу на входе идеальной нелинейности. На выходе реле 12 появляется сигнал Up, чис ленно равный половине ширины зоны нечувствительности, L lA. Г tiH при X(t)0 ир Ь„51с п K(t)|.H Р где Ьн - половина ширины зоны нечувствительности, Взависимости от знака Up форми руется соответствующий сигнал y{t (фиг.З) максимально возможной при учете ограничений амплитуды и. Ка следует из фиг.З, на участке време ни O-tx, и t2. - tj знаки Up (при Up 0) и y(t) совпадают, а на участке t не совпадают. Так как сигналы y(t) и Up суммируются на входе нелинейного элемента 5, то суммарцый сигнал равен (. ) (Up-i/Ct дляt Для получения оптимального пере ходного процесса в инерционном звене W(S) нелинейного элемента 5, отражающем инерционные свойства нелинейности, необходимо, чтобы суммарный сигнал на различных инте валах 0-t,,... был постоянным по амплитуде. Для этого в нелинейную цепь коррекции введено форсирующее звено 13 и лог;ическое. устройство 16. Передаточная функци логического устройства 16 равна Г 1 при y(t) 0 WA, (S) I О при y(t) Ф О Таким образом, во время сигнала y(t) выходной сигнал реле 12 не поступает на вход нелинейного элемента 5, а сигнал y(t) максимально возможной амплитуды Um поступает н вход нелинейного элемента 5, обесп чивая оптимальный по быстродействи переходный процесс в инерционном звене W(S) нелинейного элемента 5, отражающем инерционные свойства не линейности . При этом обеспечиваетс наиболее быстрая компенсация инерционной зоны нечувствительности и устранение статической ошибки, вызываемой этой зоной нечувствительИости. Форсирующее звено 13 с передаточной функцией ..)itr , где Т «Т, улучшает динамические свойства объекта оптимизации, в ка честве которого выступает инерцион ная часть нелинейного элемента с передаточной функцией W(S). При последовательном соединении форсирук)щего звена 13 и инерционного звена W(S) нелинейного элемента 5 получают эквивалентную передаточную функцию объекта оптимизации Т SM W,(S),(sm(S)..: (T,S.l)(VH) т.е. получают объект оптимизации с меньшими постоянными времени, а следовательно, и с меньшей.длительностью переходного процесса. Результаты моделирования следящей системы показывают, чтоточность в переходномрежиме повышается в 1,3 раза для системы с инерционным нелинейньм элементом 2-го порядка. Формула изобретения Следящая система, содержащая последовательно соединенные блок сравнения, усилитель, нелинейный элемент, двигатель, механически связанный через редуктор с объектом управления и с первым входом блока сравнения, второй вход которого механически соединен с датчиком угла, выход которого через корректирующее звено соединен с вторым входом усилителя, модель нелинейного элемента, вход которой соединен с выходом усилителя, а выход через реле - с устройством управления, а также форсирующее звено, выход которого подключен к второму входу нелинейного элемента, отличающаяся тем, что, с целью повыиения точности системц в нее введено логическое уст|ройство, первый вход которого соединен с выходом реле, второй вход - с выходом устройства управления и с входом форсирующего звена, а выход - с третьим входом нелинейного элемента. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Зайцев Г.Ф., Стеклов в.Н. Комбинированные следящие системы. Киев. Техника, 1978, с. 118. 2.Там же, с. 123 (прототип).