RU2013124098A - Регулирующий модуль и устройство для возврата в исходное состояние осциллятора, возбуждаемого гармоническим колебанием, а также датчик мгновенной угловой скорости - Google Patents

Abstract

1. Регулирующий модуль (220), включающий в себя пропорционально-интегральный регулятор (225, 325), содержащий пропорциональное передаточное звено (224, 324) и расположенное параллельно нему интегрирующее передаточное звено (222, 322),при этом вход регулирующего модуля (220) соединен с обоими передаточными звеньями (222, 224, 322, 324),отличающийся тем, чтопередаточная функция пропорционально-интегрального регулятора (225, 325) имеет комплексно сопряженный полюс при круговой частоте ωрегулятора в плоскости s или полюс прив плоскости z,при этом Т является периодом дискретизации дискретного входного сигнала пропорционально-интегрального регулятора (225, 325), а ω>0.2. Регулирующий модуль по п.1, в котором коэффициент интегрирования интегрирующего передаточного звена (222, 322) и коэффициент усиления пропорционального передаточного звена (224, 324) выбраны таким образом, что при подаче на вход регулятора модулированного скачкообразной функцией гармонического входного сигнала с круговой частотой ωрегулятора пропорционально-интегральный регулятор (225, 325) может вырабатывать на выходе регулятора гармоническое колебание с круговой частотой ωрегулятора и с возрастающей амплитудой.3. Устройство, включающее в себяподвижно установленный осциллятор (190), который выполнен с возможностью возбуждения колебаний с резонансной круговой частотой ωв направлении возбуждения, ирегулирующий модуль (220) по п.2, при этом круговая частота ωрегулятора равна резонансной круговой частоте ω.4. Устройство по п.3, в которомкоэффициент интегрирования и коэффициент усиления выбраны таким образом, что нулевые точки передаточной функции пропорционально-интегрального регулят�

Claims (18)

1. Регулирующий модуль (220), включающий в себя пропорционально-интегральный регулятор (225, 325), содержащий пропорциональное передаточное звено (224, 324) и расположенное параллельно нему интегрирующее передаточное звено (222, 322),

при этом вход регулирующего модуля (220) соединен с обоими передаточными звеньями (222, 224, 322, 324),

отличающийся тем, что

передаточная функция пропорционально-интегрального регулятора (225, 325) имеет комплексно сопряженный полюс при круговой частоте ω_r регулятора в плоскости s или полюс при $$e^{\pm j{\omega }_{r}T}$$

в плоскости z,

при этом Т является периодом дискретизации дискретного входного сигнала пропорционально-интегрального регулятора (225, 325), а ω_r>0.

2. Регулирующий модуль по п.1, в котором коэффициент интегрирования интегрирующего передаточного звена (222, 322) и коэффициент усиления пропорционального передаточного звена (224, 324) выбраны таким образом, что при подаче на вход регулятора модулированного скачкообразной функцией гармонического входного сигнала с круговой частотой ω_r регулятора пропорционально-интегральный регулятор (225, 325) может вырабатывать на выходе регулятора гармоническое колебание с круговой частотой ω_r регулятора и с возрастающей амплитудой.

3. Устройство, включающее в себя

подвижно установленный осциллятор (190), который выполнен с возможностью возбуждения колебаний с резонансной круговой частотой ω₀ в направлении возбуждения, и

регулирующий модуль (220) по п.2, при этом круговая частота ω_r регулятора равна резонансной круговой частоте ω₀.

4. Устройство по п.3, в котором

коэффициент интегрирования и коэффициент усиления выбраны таким образом, что нулевые точки передаточной функции пропорционально-интегрального регулятора (225, 325) компенсируют полюса передаточной функции осциллятора (190).

5. Устройство по одному из пп.3 или 4, в котором

пропорционально-интегральный регулятор является непрерывным пропорционально-интегральным регулятором (225), а

отношение коэффициента интегрирования к коэффициенту усиления равно демпфированию s₀ осциллятора (190) в направлении возбуждения.

6. Устройство по п.5, в котором

объект регулирования, включающий в себя осциллятор (190), имеет время T_s запаздывания объекта,

регулирующий модуль (220) включает в себя расположенное последовательно с пропорционально-интегральным регулятором (225) звено (226) с запаздыванием, имеющее время T_R запаздывания регулятора, и

либо пропорционально-интегральный регулятор (225) является инвертирующим регулятором, и произведение резонансной круговой частоты ω₀ и суммы времени T_S запаздывания объекта и времени T_R запаздывания регулятора равно $$\frac{\pi }{2}$$

,

либо пропорционально-интегральный регулятор (225) является не инвертирующим регулятором, и произведение резонансной круговой частоты ω₀ и суммы времени T_S запаздывания объекта и времени T_R запаздывания регулятора равно $$\frac{3\pi }{2}$$

.

7. Устройство по одному из пп.3 или 4, в котором

пропорционально-интегральным регулятором является дискретный пропорционально-интегральный регулятор (325), на который может подаваться дискретный входной сигнал, происходящий вследствие дискретизации с периодом Т,

осциллятор (190) имеет в направлении возбуждения демпфирование s₀, а

отношение коэффициента интегрирования к коэффициенту усиления равно отношению $$\frac{s_0}{1-s_0\cdot T}$$

.

8. Устройство по одному из пп.3 или 4, в котором

пропорционально-интегральным регулятором является дискретный пропорционально-интегральный регулятор (325), на который может подаваться дискретный входной сигнал, происходящий вследствие дискретизации с периодом Т, а

коэффициент интегрирования и коэффициент усиления выбраны таким образом, что передаточная функция замкнутого контура эквивалентной системы с первичной полосой частот имеет двойное вещественное собственное значение.

9. Устройство по п.7, в котором

объект регулирования, включающий в себя осциллятор (190, 590), имеет время β_S·T запаздывания объекта,

регулирующий модуль (220) включает в себя расположенное последовательно с дискретным пропорционально-интегральным регулятором (325) звено (326) с запаздыванием, имеющее время β_D·T запаздывания регулятора, и

либо дискретный пропорционально-интегральный регулятор (325) является инвертирующим регулятором, и произведение резонансной круговой частоты ω₀ и суммы времени β_S·T запаздывания объекта, времени β_D·T запаздывания регулятора и половины периода дискретизации $$\frac{\text{T}}{\text{2}}$$

равно $$\frac{\text{π}}{\text{2}}$$

,

либо дискретный пропорционально-интегральный регулятор (325) является не инвертирующим регулятором, и произведение резонансной круговой частоты ω₀ и суммы времени β_S·T запаздывания объекта, времени β_D·T запаздывания регулятора и половины периода дискретизации $$\frac{\text{T}}{\text{2}}$$

равно $$\frac{\text{3π}}{\text{2}}$$

.

10. Устройство по одному из пп.3-4, 6, 9, отличающееся

наличием расположенного последовательно с пропорционально-интегральным регулятором (225, 325) дополнения (328) регулятора, которое действует в качестве полосового фильтра со средней частотой при резонансной круговой частоте ω₀.

11. Устройство по п.10, в котором

передаточная функция G_RE(z) дополнения (328) регулятора с шириной полосового фильтра $$\frac{\text{1}}{{\text{T}}_{\text{1}}}$$

определяется следующим уравнением:

$$G_{RE}(z)=\frac{(1-e^{-}{}^{\frac{T}{T_1}})\cdot z^2-e^{-\frac{T}{T_1}}\cdot (1-e^{-\frac{T}{T_1}})}{z^2-2\cdot e^{-\frac{T}{T_1}}\cdot \cos ({\omega }_0\cdot T)\cdot z+e^{-2\frac{T}{T_1}}}.$$

12. Устройство по одному из пп.3-4, 6, 9, 11, в котором

устройством является датчик (500, 505) мгновенной угловой скорости, а осциллятором - модуль (590) возбуждения, кориолисов модуль (585) или модуль (580) детектирования датчика (500, 505) мгновенной угловой скорости, при этом

модуль (590) возбуждения выполнен с возможностью отклонения при помощи датчика (561) силы вдоль направления возбуждения и предназначен для колебания с резонансной круговой частотой ω₀;

кориолисов модуль (585) закреплен на модуле (590) возбуждения таким образом, что он следует за перемещением модуля (590) возбуждения вдоль направления возбуждения и дополнительно является подвижным вдоль направления детектирования, перпендикулярного к направлению возбуждения; и

модуль (580) детектирования закреплен на модуле (590) возбуждения или на кориолисовом модуле (585) таким образом, что модуль (580) детектирования либо

следует за перемещением модуля (590) возбуждения вдоль направления возбуждения и дополнительно является подвижным вдоль направления детектирования, перпендикулярного к направлению возбуждения, либо

следует за перемещением кориолисова модуля (585) вдоль направления детектирования, перпендикулярного к направлению возбуждения, и зафиксирован вдоль направления возбуждения.

13. Датчик мгновенной угловой скорости, включающий в себя

подвижно установленный осциллятор (190), который выполнен с возможностью возбуждения колебаний с резонансной круговой частотой ω₀ в направлении возбуждения, и

регулирующий модуль (220), включающий в себя пропорционально-интегральный регулятор (225, 325), содержащий пропорциональное передаточное звено (224, 324) и расположенное параллельно нему интегрирующее передаточное звено (222, 322),

при этом вход регулирующего модуля (220) соединен с обоими передаточными звеньями (222, 224, 322, 324),

отличающийся тем, что

передаточная функция пропорционально-интегрального регулятора (225, 325) имеет комплексно сопряженный полюс при резонансной круговой частоте ω₀ в плоскости s или полюс при $$e^{\pm j{\omega }_r{}_{0}T}$$

в плоскости z,

при этом Т является периодом дискретизации дискретного входного сигнала пропорционально-интегрального регулятора (225, 325), а ω₀>0.

14. Датчик мгновенной угловой скорости по п.13, в котором

осциллятором является модуль (590) возбуждения, который выполнен с возможностью отклонения при помощи датчика (561) силы вдоль направления возбуждения и предназначен для колебания с резонансной круговой частотой ω₀.

15. Способ эксплуатации датчика мгновенной угловой скорости, включающий в себя

выработку при помощи чувствительного элемента (170) измерительного сигнала, отображающего отклонение осциллятора (190), и

выработку из измерительного сигнала управляющего сигнала для исполнительного органа (180), который противодействует отклонению осциллятора (190) от гармонического колебания с резонансной круговой частотой ω₀,

при этом управляющий сигнал получают из измерительного сигнала при помощи регулирующего модуля (220), а регулирующий модуль (220) включает в себя пропорционально-интегральный регулятор (225, 326), содержащий пропорциональное передаточное звено (224, 324) и расположенное параллельно нему интегрирующее передаточное звено (222, 322),

при этом вход регулирующего модуля (220) соединен с обоими передаточными звеньями (222, 224, 322, 324), причем

передаточная функция пропорционально-интегрального регулятора (225, 325) имеет комплексно сопряженный полюс при резонансной круговой частоте ω₀ в плоскости s или полюс при $$e^{\pm j{\omega }_r{}_{0}T}$$

в плоскости z,

при этом Т является периодом дискретизации дискретного входного сигнала пропорционально-интегрального регулятора (225, 325).

16. Способ изготовления датчика мгновенной угловой скорости, включающий в себя

назначение параметров регулирующего модуля (220), включающего в себя пропорционально-интегральный регулятор (225, 325), содержащий пропорциональное передаточное звено (224, 324) и расположенное параллельно нему интегрирующее передаточное звено (222, 322),

при этом вход регулирующего модуля (220) соединен с обоими передаточными звеньями (222, 224, 322, 324),

отличающийся тем, что

пропорционально-интегральный регулятор (225, 325) выполнен с передаточной функцией, которая имеет комплексно сопряженный полюс при круговой частоте ω_r, регулятора в плоскости s или полюс при $$e^{\pm j{\omega }_{r}T}$$

в плоскости z,

при этом Т является периодом дискретизации дискретного входного сигнала пропорционально интегрального регулятора (225, 325), и ω_r>0, а коэффициент интегрирования интегрирующего передаточного звена (222, 322) и коэффициент усиления пропорционального передаточного звена (224, 324) выбирают таким образом, что при подаче на вход регулятора модулированного скачкообразной функцией гармонического входного сигнала с круговой частотой ω_r регулятора пропорционально-интегральный регулятор (225, 325) может вырабатывать на выходе регулятора гармоническое колебание с круговой частотой ω_r регулятора и с возрастающей амплитудой, и

круговую частоту ω_r регулятора выбирают таким образом, что она равна резонансной круговой частоте ω₀ модуля (590) возбуждения датчика мгновенной угловой скорости.

17. Способ по п.16, при котором

коэффициент интегрирования и коэффициент усиления выбирают таким образом, что нулевые точки передаточной функции пропорционально-интегрального регулятора (225, 325) компенсируют полюса передаточной функции модуля (590) возбуждения.

18. Способ по п.16, при котором

пропорционально-интегральным регулятором является дискретный пропорционально-интегральный регулятор (325), на который может подаваться дискретный входной сигнал, образованный вследствие дискретизации с периодом Т, и

коэффициент интегрирования и коэффициент усиления выбраны таким образом, что передаточная функция замкнутого контура эквивалентной системы с первичной полосой частот имеет двойное вещественное собственное значение.