RU2032925C1

RU2032925C1 - Pneumatic device for construction of self-excited self-aligning systems

Info

Publication number: RU2032925C1
Authority: RU
Inventors: В.Е. Вохрышев
Original assignee: Самарский государственный технический университет
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1992-06-15
Publication date: 1995-04-10

Abstract

FIELD: automatization means. SUBSTANCE: device has extremum indicator, comparison elements, integrators, switching-over relay, summing amplifiers, master unit and choke adders. Process of adaptation of device to changing properties of object and medium is implemented by input of correction signals changing width of hysteresis zone of device and value of control action. Correction of first parameter provides for stabilization of frequency of self-oscillations and correction of second parameter stabilizes amplitude. EFFECT: expanded application field. 3 dwg

Description

Изобретение относится к средствам автоматизации и может быть использовано для построения автоколебательных самонастраивающихся систем (СНС) с одновременной стабилизации амплитуды и частоты автоколебаний. The invention relates to automation and can be used to build self-oscillating self-tuning systems (SNA) while stabilizing the amplitude and frequency of self-oscillations.

Автоколебательные СНС относятся к классу беспоисковых адаптивных СНС с настройкой по временным характеристикам и широко распространены на практике и достаточно хорошо изучены [1]
Наиболее близким по технической сути к заявляемому является устройство, обеспечивающее эффективную стабилизацию амплитуды автоколебаний при ее отклонении от задания под действием случайных сигнальных возмущений. В основу устройства положен релейный регулятор с отрицательным гистерезисом, ширина которого при отклонении амплитуды от задания изменяется по закону

-γ(t)(A(t)-A_o), γ(t)

где Х ширина зоны гистерезиса;
t время;
γ_o постоянная величина,
t_o > 0.Self-oscillating SNAs belong to the class of non-searching adaptive SNAs with a time-based adjustment and are widely used in practice and are fairly well studied [1]
The closest in technical essence to the claimed is a device that provides effective stabilization of the amplitude of self-oscillations when it deviates from the task under the influence of random signal perturbations. The device is based on a relay controller with negative hysteresis, the width of which, when the amplitude deviates from the reference, changes according to the law

-γ (t) (A (t) -A _o ), γ (t)

where X is the width of the hysteresis zone;
t time;
γ _o constant
t _o > 0.

Конструкция устройства обеспечивает стабилизацию только амплитуды автоколебаний [2]
Цель изобретения стабилизация как амплитуды, так и частоты автоколебаний в системе, при отклонении их от задания под действием как сигнальных, так и параметрических возмущений.The design of the device provides stabilization of only the amplitude of self-oscillations [2]
The purpose of the invention is the stabilization of both the amplitude and frequency of self-oscillations in the system, when they deviate from the task under the influence of both signal and parametric disturbances.

Эта цель достигается тем, что в устройстве, содержащем индикатор экстремумов, вход которого соединен с каналом регулируемой переменной, пять реле переключения, входы первого из которых связаны с выходами индикатора экстремумов, два сумматора, первый из которых входами подключен к выходу первого реле переключения и каналу задания регулируемой переменной, два элемента сравнения, вторые входы которых связаны с каналом регулируемой переменной, два интегратора разности двух сигналов, генератор пилообразных колебаний, три повторителя-усилителя, схему, реализующую логическую функцию НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, два суммирующих усилителя, задатчик, блок выделения модуля разности двух сигналов и четыре дросселя, первый вход второго элемента сравнения соединен с каналом задания регулируемой переменной, а выход подключен к первому входу логической схемы НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, второй вход которой соединен с дискретным выходом индикатора экстремумов и управляющими входами второго, третьего и четвертого реле переключения, а выход схемы связан управляющим входом генератора пилообразных колебаний, выход генератора соединен с информационными входами четвертого реле переключения, взаимно-инверсные выходы которого через повторители-усилители соединены соответственно с информационными входами третьего реле переключения, выходы которого связаны с вторым входом второго интегратора, первый вход которого соединен с линией задания периода автоколебаний, а выход интегратора подключен к информационным входом второго реле переключения, взаимно-инверсные выходы которого соединены соответственно с входом первого дросселя и вторым входом первого суммирующего усилителя, вторым дросселем и третьим входом первого суммирующего усилителя, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход подключен к первому входу первого элемента сравнения, выход которого связан с управляющим входом пятого реле переключения, информационные входы которого через третий усилитель-повторитель соединены с выходом второго сумматора, а взаимно-инверсные выходы пятого реле связаны соответственно с входом третьего дросселя и вторым входом второго суммирующего усилителя, с входом четвертого дросселя и первым входом второго суммирующего усилителя, третий вход которого соединен с каналом сигнала смещения выходного сигнала, входы первого сумматора связаны соответственно с выходом задатчика и выходом второго интегратора, входы которого соединены соответственно с каналом задания амплитуды автоколебаний и выходом блока выделения модуля разности двух сигналов, входы которого подключены соответственно к каналу задания регулируемой переменной и выходу первого реле переключения, выходы первого, второго, третьего и четвертого дросселей соединены с атмосферой, а выход второго суммирующего усилителя соединен с линией выходного сигнала. This goal is achieved by the fact that in the device containing the extrema indicator, the input of which is connected to the channel of the controlled variable, five switching relays, the inputs of the first of which are connected to the outputs of the extrema indicator, two adders, the first of which is connected by inputs to the output of the first switching relay and the channel tasks of an adjustable variable, two comparison elements, the second inputs of which are connected to the channel of the adjustable variable, two integrators of the difference of two signals, a sawtooth oscillator, three follower-amplifiers When switching on, a circuit that implements the logical function DISPARABILITY, two summing amplifiers, a master, a unit for isolating the module of the difference of two signals and four chokes, the first input of the second comparison element is connected to the channel for setting a variable, and the output is connected to the first input of the logic circuit connected to a discrete output of the extremum indicator and the control inputs of the second, third and fourth switching relays, and the circuit output is connected to the control input of the sawtooth oscillator The output of the generator is connected to the information inputs of the fourth switching relay, the mutually inverse outputs of which are connected via repeaters-amplifiers to the information inputs of the third switching relay, the outputs of which are connected to the second input of the second integrator, the first input of which is connected to the line for setting the self-oscillation period, and the integrator output is connected to the information input of the second switching relay, the mutually inverse outputs of which are connected respectively to the input of the first inductor and the second the input of the first summing amplifier, the second inductor and the third input of the first summing amplifier, the first input of which is connected to the output of the first adder, and the output is connected to the first input of the first comparison element, the output of which is connected to the control input of the fifth switching relay, the information inputs of which through the third amplifier the repeater is connected to the output of the second adder, and the mutually inverse outputs of the fifth relay are connected respectively to the input of the third inductor and the second input of the second summing amplifier, with the input of the fourth choke and the first input of the second summing amplifier, the third input of which is connected to the channel of the output signal bias signal, the inputs of the first adder are connected respectively to the output of the setter and the output of the second integrator, the inputs of which are connected respectively to the channel for setting the amplitude of self-oscillations and the output of the block selection module of the difference module of two signals, the inputs of which are connected respectively to the channel for setting an adjustable variable and the output of the first switching relay, the outputs of the first, second, third it and the fourth chokes are connected to the atmosphere, and the output of the second summing amplifier is connected to the output signal line.

Это позволяет стабилизировать частоту и амплитуду автоколебаний в системе автоматического регулирования при отработке как задающих, так и возмущающих воздействий (сигнальных или параметрических). This allows you to stabilize the frequency and amplitude of self-oscillations in the automatic control system when working out both the master and the disturbing influences (signal or parametric).

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и 3 процессы в устройстве и системе, его содержащей. Figure 1 shows a diagram of the proposed device; figure 2 and 3 processes in the device and the system containing it.

Устройство содержит индикатор 1 экстремумов, элемент 2 сравнения, первого реле 3 переключения, первый сумматор 4, второй элемент 5 сравнения, генератор 6 пилообразных колебаний, логическая схема НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 7, второе реле 8 переключения, первый интегратор 9, второй интегратор 10, первый суммирующий усилитель 11, третье реле 12 переключения, первый и второй повторители-усилители 13 и 14, четвертое реле 15 переключения, задатчик 16, второй сумматор 17, второй суммирующий усилитель 18, третий повторитель-усилитель 19, первый, второй, третий и четвертый дроссели 20-23, пятое реле 24 переключения, блок 25 выделения модуля разности двух сигналов. Кроме того, указаны элементы, входящие в состав отдельных блоков элемент 26 запоминания максимума, элемент 27 запоминания минимума, повторители-усилители 28 и 29, пневмоемкость 30, реле 31 переключения, элемент 32 сравнения, элемент ИЛИ 33, реле 34 и 35 переключения повторитель 36 со сдвигом, пневмоемкость 37, клапан 38, дроссель 39, повторитель-усилитель 40, дроссель 41, усилитель 42, пневмоемкость 43, повторитель-усилитель 44, дроссель 45, усилитель 46, пневмоемкость 47, дроссель 48, усилитель 49. The device contains an extremum indicator 1, a comparison element 2, a first switching relay 3, a first adder 4, a second comparison element 5, a sawtooth oscillator 6, a logic circuit of IMPORTANCE 7, a second switching relay 8, a first integrator 9, a second integrator 10, a first summing amplifier 11, the third switching relay 12, the first and second repeater amplifiers 13 and 14, the fourth switching relay 15, the switch 16, the second adder 17, the second summing amplifier 18, the third repeater amplifier 19, the first, second, third and fourth d Rosseli 20-23, fifth switching relay 24, block 25 allocation module difference of two signals. In addition, the elements that are part of the individual blocks are indicated, the maximum memory element 26, the minimum memory element 27, amplifier repeaters 28 and 29, pneumatic capacity 30, switching relay 31, comparison element 32, OR element 33, switching relay 34 and 35 repeater 36 with a shift, pneumatic capacity 37, valve 38, throttle 39, repeater-amplifier 40, throttle 41, amplifier 42, pneumatic 43, repeater-amplifier 44, throttle 45, amplifier 46, pneumatic 47, throttle 48, amplifier 49.

Выходы индикатора 1 экстремумов соединены с входами первого реле 3 переключения, а его выход связан с вторым входом первого интегратора 9 и первым входом первого сумматора 4, вторые входы интегратора 9 и сумматора 4 соединены соответственно с каналами задания амплитуды автоколебаний Х_А и регулируемой переменной Х_о. Выход сумматора 4 соединен с первым входом суммирующего усилителя 18, второй и третий входы которого связаны соответственно с входом первого дросселя 20 и первым выходом второго реле 8 переключения, входом второго дросселя 21 и вторым выходом второго реле 3 переключения, а выход суммирующего усилителя 18 подключен к первому входу первого элемента 2 сравнения. Входы реле 8 переключения соединены с выходом второго интегратора 10, входы которого связаны с линией задания периода автоколебаний Х_т и выходом третьего реле 12 переключения. Информационные входы третьего реле 12 соединены с выходами повторителей-усилителей 13 и 14 соответственно, входы которых связаны соответственно с взаимно-инверсными выходами четвертого реле 15 переключения. Информационные входы четвертого реле 15 подключены к выходу генератора 6 пилообразных колебаний, а управляющие входы второго 8, третьего 12 и четвертого 15 реле соединены с дискретным выходом индикатора 1 экстремумов (выход элемента 32 сравнения). Первый вход второго элемента 5 сравнения соединен с каналом задания регулируемой переменной Х_о, его второй вход связан с каналом регулируемой переменной Х и вторым входом первого элемента 2 сравнения, а выход элемента 5 соединен с первым входом логической схемы НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 7, второй вход которой связан с выходом индикатора 1 экстремумов (выход элемента 32), а выход схемы подключен к управляющему входу генератора 6 пилообразных колебаний. Пятое реле 24 переключения своими информационными входами соединено с выходом сумматора 17 через повторитель-усилитель 19. Входы сумматора 17 соединены с выходом задатчика 16 и выходом первого интегратора 9 соответственно. Управляющий вход реле 24 связан с выходом первого элемента 2 сравнения. Взаимно-инверсные выходы реле 24 соединены соответственно с входом третьего дросселя 22 и первым входом суммирующего усилителя 11, входом четвертого дросселя 23 и вторым входом суммирующего усилителя 11. Третий вход усилителя 11 соединен с каналом, в который подается сигнал смещения нулевого уровня Р_ом. Выход усилителя 11 соединен с выходным каналом устройства Р_вых. Первый вход первого интегратора 9 соединен с выходом блока 25 выделения модуля разности двух сигналов, входы которого связаны с каналом задания регулируемой переменной Х_о и выходом первого реле 3 переключения. Выходы дросселей 20-23 соединены с атмосферой.The outputs of the extrema indicator 1 are connected to the inputs of the first switching relay 3, and its output is connected to the second input of the first integrator 9 and the first input of the first adder 4, the second inputs of the integrator 9 and adder 4 are connected respectively to the channels for setting the amplitude of the self-oscillations X _A and the controlled variable X _о . The output of the adder 4 is connected to the first input of the summing amplifier 18, the second and third inputs of which are connected respectively to the input of the first choke 20 and the first output of the second switching relay 8, the input of the second choke 21 and the second output of the second switching relay 3, and the output of the summing amplifier 18 is connected to the first input of the first element 2 comparison. The inputs of the switching relay 8 are connected to the output of the second integrator 10, the inputs of which are connected to the line of the period of self-oscillation X _t and the output of the third switching relay 12. The information inputs of the third relay 12 are connected to the outputs of the repeaters-amplifiers 13 and 14, respectively, the inputs of which are connected respectively to the mutually inverse outputs of the fourth switching relay 15. The information inputs of the fourth relay 15 are connected to the output of the sawtooth oscillator 6, and the control inputs of the second 8, third 12, and fourth 15 relays are connected to the discrete output of the extreme indicator 1 (output of the comparison element 32). The first input of the second comparison element 5 is connected to the channel of the adjustable variable X _о , its second input is connected to the channel of the controlled variable X and the second input of the first comparison element 2, and the output of element 5 is connected to the first input of the logic circuit IMPORTANCE 7, the second input of which is connected with the indicator 1 extrema (element 32 output), and the circuit output is connected to the control input of the sawtooth oscillator 6. The fifth relay 24 switching its information inputs is connected to the output of the adder 17 through a repeater-amplifier 19. The inputs of the adder 17 are connected to the output of the setter 16 and the output of the first integrator 9, respectively. The control input of the relay 24 is connected to the output of the first element 2 comparison. The mutually inverse outputs of the relay 24 are connected respectively to the input of the third inductor 22 and the first input of the summing amplifier 11, the input of the fourth inductor 23 and the second input of the summing amplifier 11. The third input of the amplifier 11 is connected to the channel into which the zero-level bias signal P _ohm is supplied. The output of the amplifier 11 is connected to the output channel of the device P _o . The first input of the first integrator 9 is connected to the output of the block 25 allocation module of the difference of the two signals, the inputs of which are connected to the channel of the adjustable variable X _about and the output of the first switching relay 3. The outputs of the chokes 20-23 are connected to the atmosphere.

Подобное соединение элементов позволяет реализовать в устройстве следующий закон управления:
P_вых Р_ом + B sign M, где M X_o+K₁(X_э-X_o)+K₂

(X_т-T)dt;
B B_o+K₃

(X_A-A)dt
Х_т заданное значение четверти периода автоколебаний;
Т текущее значение четверти периода автоколебаний;
Х_э экстремальные значения регулируемой переменной;
А амплитуда автоколебаний;
Х_А заданное значение амплитуды автоколебаний;
В_о заданный начальный уровень управляющего воздействия В_вых;
К₁-К₃ постоянные коэффициенты;
Х_о и Х соответственно задание и текущее значение регулируемой переменной.Such a combination of elements allows you to implement the following control law in the device:
P _out P _ohm + B sign M, where MX _o + K ₁ (X _e -X _o ) + K ₂

(X _t -T) dt;
BB _o + K ₃

(X _A -A) dt
X _{t the} specified value of a quarter of the period of self-oscillations;
T is the current value of a quarter of the period of self-oscillations;
X _e extreme values of the controlled variable;
And the amplitude of self-oscillations;
X _{And the} specified value of the amplitude of the self-oscillations;
In _{about a} given initial level of control action In _out ;
K ₁ -K ₃ constant coefficients;
X _about and X, respectively, the task and the current value of the adjustable variable.

Рассмотрим работу отдельных элементов и всего устройства в целом. Индикатор 1 экстремумов формирует на своих выходах дискретный сигнал "0", "1", который управляет переключениями первого 3, второго 8, третьего 12 и четвертого 15 реле и является входным сигналом логической схемы НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 7, а также обеспечивает запоминание и формирование на других двух своих выходах экстремальных значений регулируемой переменной Х_макс и Х_мин.Consider the operation of individual elements and the entire device as a whole. The indicator 1 of the extrema generates a discrete signal "0", "1" at its outputs, which controls the switching of the first 3, second 8, third 12 and fourth 15 relays and is an input signal of the logic circuit DISCHARGE 7, and also provides storage and formation on the other two its outputs extreme values of the controlled variable X _max and X _min .

Индикатор экстремумов на фиг.1 образуют элементы 28-32. Схема индикатора экстремумов работает следующим образом. При изменении сигнала Х, например в сторону возрастания в элементе 27 запоминается Х_мин, элемент 32 срабатывает (на его выходе "1"). Выходной сигнал элемента 32 переключает реле 31 так, что на инвертирующий вход элемента 32 поступает выходной сигнал элемента 26, равный Х-с, где с минимальный сигнал смещения, настраиваемый в элементе 26. Сигнал Х_мин коммутируется через повторитель-усилитель 29 и нижний контакт реле 3 на вход сумматора 4. При изменении знака производной входного сигнала Х происходит его запоминание в элементе 26. Элемент 32 возвращается в исходное состояние, что приводит к переключению реле 3 и коммутации на вход сумматора 4 сигнала Х_макс. Таким образом, индикатор экстремумов обеспечивает запоминание экстремальных значений регулируемой переменной Х и коммутацию этих значений в момент их появления на выход реле 3 переключения.The indicator of extremes in figure 1 form the elements 28-32. The scheme of the indicator of extremes works as follows. When the signal X changes, for example, in the direction of increasing, X _{min is} stored in element 27, element 32 is triggered (at its output “1”). The output signal of the element 32 switches the relay 31 so that the inverting input of the element 32 receives the output signal of the element 26, equal to X-s, where with the minimum bias signal configured in element 26. The signal X _{min is} switched through the repeater amplifier 29 and the lower contact of the relay 3 to the input of the adder 4. When the sign of the derivative of the input signal X is changed, it is stored in element 26. Element 32 returns to its original state, which leads to switching of relay 3 and switching to the input of adder 4 of signal X _max . Thus, the indicator of extrema provides the storage of extreme values of the controlled variable X and the switching of these values at the time they appear on the output of the switching relay 3.

Сумматор 4 обеспечивает суммирование входных сигналов по формуле
Х_о + К₁(Х_э-Х_о), где K₁

;
a и b проводимости дросселей сумматора 4. Аналогично работает и сумматор 17.The adder 4 provides a summation of the input signals according to the formula
X _o + K ₁ (X _e -X _o ), where K ₁

;
a and b of the conductivity of the chokes of the adder 4. The adder 17 works similarly.

Логическая схема НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, образованная элементами 33-35, формирует на своем выходе (элемент 33), сигнал В₃ в соответствии с таблицей, где В₁ и В₂ входные сигналы:
В₁ 0 1 0 1
В₂ 0 0 1 1
В₃ 0 1 1 0
Генератор 6 пилообразных колебаний, образованный элементами 36-39, содержит повторитель 36 со сдвигом, охваченный положительной обратной связью через пневмоемкость 37. Клапан 38, управляемый выходным сигналом схемы 7, обеспечивает сброс выходного сигнала элемента 36, когда управляющий сигнал схемы 7 обращается в нуль.The LOGIC DISAQUALITY formed by elements 33-35 generates at its output (element 33) a signal В ₃ in accordance with the table, where В ₁ and В ₂ input signals:
B ₁ 0 1 0 1
B ₂ 0 0 1 1
B ₃ 0 1 1 0
The sawtooth oscillator 6, formed by the elements 36-39, contains a repeater 36 with a shift, covered by positive feedback through the pneumatic reservoir 37. The valve 38, controlled by the output signal of the circuit 7, resets the output signal of the element 36 when the control signal of the circuit 7 vanishes.

Интегратор 9, содержащий элементы 40-43 обеспечивает интегрирование разности двух сигналов Х_А-| Х_о-Х_э| Х_А-А, здесьХ_о-Х_э| модуль амплитуды автоколебаний, поступающий с блока 25 выделения модуля разности двух сигналов. Он образован усилителем 50 и дросселем 49.An integrator 9 containing elements 40-43 provides integration of the difference of two signals X _A - | X _o- X _e | _A X -A, -X zdesH _of _e | the amplitude module of the self-oscillations coming from the block 25 allocation module difference of the two signals. It is formed by an amplifier 50 and a reactor 49.

Интегратор 10 подобен интегратору 9 и содержит элементы 44-47. Он осуществляет интегрирование разности двух сигналов Х_т и сигнала, формируемого генератором 6, который коммутируется через реле 12 и 15 в отрицательную камеру усилителя 46.The integrator 10 is similar to the integrator 9 and contains elements 44-47. He integrates the difference of the two signals X _t and the signal generated by the generator 6, which is switched through the relay 12 and 15 into the negative chamber of the amplifier 46.

На фиг. 2 показана качественная картина изменения во времени входного сигнала Х и выходных сигналов отдельных блоков устройства, номера которых указаны у оси ординат. На фиг.3 интерпретируются процессы в системе с линейным объектом на комплексной плоскости, с помощью частотных амплитудно-фазовых характеристик объекта и инверсного комплексного гармонического коэффициента усиления со знаком минус предлагаемого устройства. Поскольку предлагаемое устройство есть ничто иное как релейный регулятор с отрицательным гистерезисом, параметры которого (величина управляющего воздействия и ширина зоны гистерезиса) изменяются в функции амплитуды и частоты автоколебаний, то в системе, содержащей данное устройство и линейный объект высокого порядка (n 2, где n порядок дифференциального уравнения, описывающего объект), всегда существуют устойчивые автоколебания, близкие к синусоидальным. Частота и амплитуда автоколебаний определяются как динамическими свойствами объекта, так и параметрами регулятора. При заданном объекте частота автоколебаний определяется положением точек переключения управляющего воздействия Р_вых на кривой входного сигнала (точки 1, 4, 7, 10 см. фиг.2), а амплитуда автоколебаний зависит как от величины Р_вых, так и от положения точек переключения. Если точка переключения смещается в сторону, противоположную Х_о, то амплитуда автоколебаний уменьшается, а частота возрастает и наоборот. Для стабилизации амплитуды необходимо изменять величину управляющего воздействия ("полку" релейного управления), а для стабилизации частоты ширину зоны гистерезиса (положение точки переключения на кривой переходного процесса).In FIG. Figure 2 shows a qualitative picture of the time variation of the input signal X and the output signals of the individual units of the device, the numbers of which are indicated on the ordinate axis. Figure 3 interprets the processes in the system with a linear object on the complex plane, using the frequency amplitude-phase characteristics of the object and the inverse complex harmonic gain with the minus sign of the proposed device. Since the proposed device is nothing more than a relay controller with negative hysteresis, the parameters of which (the magnitude of the control action and the width of the hysteresis zone) change as a function of the amplitude and frequency of self-oscillations, in a system containing this device and a linear high-order object (n 2, where n order of the differential equation describing the object), there are always stable self-oscillations close to sinusoidal. The frequency and amplitude of self-oscillations are determined by both the dynamic properties of the object and the parameters of the controller. For a given object, the frequency of self-oscillations is determined by the position of the switching points of the control action P _{o out} on the input signal curve (points 1, 4, 7, 10, see FIG. 2), and the amplitude of the self-oscillations depends on both the value of P _o and the position of the switching points. If the switching point is shifted in the opposite direction to X _o , then the amplitude of the self-oscillations decreases, and the frequency increases and vice versa. To stabilize the amplitude, it is necessary to change the magnitude of the control action (“shelf” of relay control), and to stabilize the frequency, the width of the hysteresis zone (the position of the switching point on the transient curve).

Если исследовать параметры автоколебаний методом гармонической линеаризации, то процессы в системе необходимо рассматривать на комплексной плоскости. Как известно, уравнение гармонического баланса имеет вид
W(j ω) -1/W_н(A) V(A). где W(j ω) частотная передаточная функция объекта;
V(A) инверсное значение комплексного гармонического коэффициента управляющего устройства со знаком минус.If we study the parameters of self-oscillations by the method of harmonic linearization, then the processes in the system must be considered on the complex plane. As is known, the harmonic balance equation has the form
W (j ω) -1 / W _n (A) V (A). where W (j ω) is the frequency transfer function of the object;
V (A) is the inverse value of the complex harmonic coefficient of the control device with a minus sign.

Если изобразить эти характеристики на комплексной плоскости, то параметры автоколебаний определяются точкой их пересечения (см. фиг.3, кривые 1 и 3), причем частота автоколебаний определяется по W(j ω). Угол наклона V(A) к действительной оси определяется как φ= arcsin K₁, где К₁- коэффициент настройки сумматора 4. Если, например, параметры объекта изменятся, АФЧХ объекта становится W'(j ω) (кривая 2 на фиг.3), то параметры автоколебаний определяются точкой А₃. Для того, чтобы восстановить частоту автоколебаний, годограф V(A) необходимо повернуть в положение 4 (кривая 5 здесь кривая равных частот). Это равносильно перемещению точки 1 переключения в положение 1' и т.д. остальных точек (см. фиг.2). Для восстановления амплитуды автоколебаний необходимо изменить величину управляющего воздействия. Именно эти операции и выполняет данное устройство.If these characteristics are depicted on the complex plane, then the self-oscillation parameters are determined by their intersection point (see Fig. 3, curves 1 and 3), and the self-oscillation frequency is determined by W (j ω). The angle of inclination V (A) to the real axis is defined as φ = arcsin K ₁ , where K ₁ is the tuning factor of the adder 4. If, for example, the parameters of the object change, the AFC of the object becomes W '(j ω) (curve 2 in FIG. 3 ), then the self-oscillation parameters are determined by point A ₃ . In order to restore the self-oscillation frequency, the hodograph V (A) must be turned to position 4 (curve 5 here is a curve of equal frequencies). This is equivalent to moving the switching point 1 to position 1 ', etc. other points (see figure 2). To restore the amplitude of self-oscillations, it is necessary to change the magnitude of the control action. It is these operations that this device performs.

Действительно, при изменении сигнала Х так, как показано на фиг.2, в индикаторе экстремумов запоминается Х_мин 0. Этот сигнал через реле 3 коммутируется на вход сумматора 4, на выходе которого формируется сигнал (1-К₁)Х_о, поскольку Х_э 0. Этот сигнал повторяется в усилителе 18 и поступает в положительную камеру элемента 2 сравнения. В другую положительную камеру усилителя 18 подается сигнал с выхода реле 8 переключения, верхний контакт которого открыт единичным выходным сигналом элемента 32, а входом реле является выходной сигнал интегратора 10. Этот сигнал, таким образом, увеличивает или уменьшает значение сигнала в положительной камере элемента 2, изменяя положение точек переключения устройства. А пока что, в момент включения сигнал на выходе реле 8 близок к нулю. Единичный выходной сигнал элемента 2 переключает реле 24, открывая нижний его контакт, и в положительную камеру усилителя 11 поступает через повторитель-усилитель 19 сигнал с сумматора 17, равный
В_о К₄Р₁, где K₄

,
a₁, a₂ проводимости дросселей сумматора 17.Indeed, when the signal X changes, as shown in figure 2, X _min 0 is stored in the extrema indicator. This signal through the relay 3 is switched to the input of the adder 4, the output of which is the signal (1-К ₁ ) X _о , since X _e 0. This signal is repeated in the amplifier 18 and enters the positive chamber of the element 2 comparison. The signal from the output of the switching relay 8 is supplied to another positive chamber of the amplifier 18, the upper contact of which is open by a single output signal of the element 32, and the relay input is the output signal of the integrator 10. This signal thus increases or decreases the signal value in the positive chamber of the element 2, changing the position of the switching points of the device. In the meantime, at the time of switching on, the signal at the output of relay 8 is close to zero. The single output signal of element 2 switches the relay 24, opening its lower contact, and the signal from the adder 17, equal to
In _about K ₄ P ₁ where K ₄

,
a ₁ , a ₂ conductivity of the chokes of the adder 17.

Этот сигнал формируется задатчиком 16. На второй вход сумматора подается сигнал с выхода интегратора 9. Этот сигнал равен Р₂ (1-К₄)Р₃, где Р₃ К₅

(Х_А-А)dt. Сигнал А формируется блоком 25. Таким образом сигнал
P₂= K₃

(X_A-A)dt где К₃ (1-К₄)К₅,
а P_вых= P_см+(B_o+P₂)
Выходной сигнал элемента 5 равен "1", поскольку Х_о больше, чем входной сигнал Х, а выходной сигнал схемы 7 равен "0" (см. фиг.2), поскольку оба его входных сигнала равны "1". В результате на выходе генератора пилообразных колебаний "0", так как его выход через клапан 38 соединен с атмосферой.This signal is generated by the setter 16. A signal from the output of the integrator 9 is supplied to the second input of the adder. This signal is equal to Р ₂ (1-К ₄ ) Р ₃ , where Р ₃ К ₅

(XA- _A ) dt. Signal A is generated by block 25. Thus, the signal
P ₂ = K ₃

(X _A -A) dt where K ₃ (1-K ₄ ) K ₅ ,
P and _O = P _cm + (B _o + P ₂₎
The output signal of element 5 is "1" because X _{o is} greater than the input signal X, and the output signal of circuit 7 is "0" (see Fig. 2), since both of its input signals are equal to "1". As a result, the output of the sawtooth oscillator is “0”, since its output through the valve 38 is connected to the atmosphere.

В точке 1 (см. фиг.2 первый график) происходит переключение элемента 2, поскольку величина (1-К₁)Х_о-Х обращается в нуль. Это приводит к переключению реле 24, выходной сигнал которого теперь подается в отрицательную камеру суммирующего усилителя 11 и Р_вых Р_см-(В_о + Р₂). Давление из положительной камеры этого элемента 11 сбрасывается через дроссель 23 в атмосферу.At point 1 (see FIG. 2, the first graph), the element 2 is switched over, since the value (1-K ₁ ) X _о -X vanishes. This leads to the switching of the relay 24, the output signal of which is now supplied to the negative chamber of the summing amplifier 11 and P _o P _cm - (V _about + P ₂ ). The pressure from the positive chamber of this element 11 is discharged through the throttle 23 into the atmosphere.

В точке 2 (фиг. 2) срабатывает элемент 5. Это приводит к тому, что на выходе логической схемы 7 (элемент ИЛИ 33) появляется "1" (см. фиг.2), которая запускает генератор 6 (сопло клапана закрыто). Нарастание сигнала с элемента 36 продолжается четверть периода до момента появления Х_макс в точке 3 (см. фиг.2). В этой точке переключается элемент 32, в результате на выходе схемы 7 формируется "0", переключаются также реле 12 и 15, что приводит к запоминанию выходного сигнала генератора 6 в повторителе усилителе 31 и передаче этого сигнала через открытый верхний контакт реле 12 в отрицательную камеру интегратора 10. Этот сигнал сравнивается с заданием Х_т и по результатам этого сравнения интегратор увеличивает или уменьшает свой выходной сигнал, который поступает теперь в отрицательную камеру суммирующего усилителя 18 через открытый верхний контакт реле 8. Давление из положительной камеры этого усилителя сбрасывается через дроссель 21 в атмосферу. Этими переключениями реле 8 обеспечивается смещение точек 1 и 4 в сторону Х_о (см. фиг.2). Когда переменная Х достигает точки 4 или 4' вновь происходит срабатывание элемента 2. В этой точке сигнал (1-К₁)Х_о + К₁Х_макс В₄ равен Х, где Р₄ выходной сигнал интегратора 10;
Р₄ К

(Х_т-Т)dt;
К₂ коэффициент настройки интегратора 10.At point 2 (FIG. 2), element 5 is triggered. This leads to the appearance of “1” at the output of logic circuit 7 (OR element 33) (see FIG. 2), which starts generator 6 (valve nozzle is closed). The increase in the signal from the element 36 continues for a quarter of the period until the appearance of X _max at point 3 (see figure 2). At this point, element 32 is switched, as a result, “0” is formed at the output of circuit 7, and relays 12 and 15 are also switched, which leads to storing the output signal of generator 6 in the repeater amplifier 31 and transferring this signal through the open top contact of relay 12 to the negative chamber integrator 10. This signal is compared with the reference X _t and according to the results of this comparison, the integrator increases or decreases its output signal, which now enters the negative chamber of the summing amplifier 18 through the open upper contact of the relay 8. The pressure from the positive chamber of this amplifier is discharged through the throttle 21 to the atmosphere. These switching relays 8 provide a shift of points 1 and 4 in the direction of X _about (see figure 2). When the variable X reaches point 4 or 4 ', the operation of element 2 occurs again. At this point, the signal (1-K ₁ ) X _o + K ₁ X _max B ₄ is equal to X, where P _{4 is the} output signal of the integrator 10;
K ₄ P

(X _t -T) dt;
K ₂ integrator tuning factor 10.

Это приводит к изменению знака управления, а величина управляющего воздействия равна
P_вых= P_см+(B_o+P₂), P₂= K₃

(X_A-A)dt
В точке 5 (см. фиг.2) вновь запускается генератор 6 пилообразных колебаний. Однако выход реле 12 остается неизменным, поскольку выходной сигнал элемента 32 не меняется. В точке 6 срабатывает элемент 32. В результате значение выходного сигнала генератора 6 запоминается в усилителе 14 и этот сигнал через открытый нижний контакт реле 12 подается в отрицательную камеру интегратора 10. Запомненный ранее в повторителе-усилителе 13 сигнал сбрасывается в атмосферу через открытые контакты реле 15 и клапана 38. Далее цикл повторяется.This leads to a change in the sign of control, and the magnitude of the control action is equal to
P _O = P _cm + (B _o + P _2), P ₂ = K ₃

(X _A -A) dt
At point 5 (see FIG. 2), the sawtooth oscillator 6 starts again. However, the output of the relay 12 remains unchanged, since the output signal of the element 32 does not change. At point 6, element 32 is triggered. As a result, the value of the output signal of generator 6 is stored in amplifier 14 and this signal is fed through the open lower contact of relay 12 to the negative chamber of integrator 10. The signal previously stored in repeater-amplifier 13 is discharged into the atmosphere through open contacts of relay 15 and valve 38. Next, the cycle repeats.

Таким образом, в течение полупериода автоколебаний осуществляется измерение четверти периода колебаний и по результатам этого измерения формируется управляющее воздействие корректирующее частоту автоколебаний. Одновременно в течение периода автоколебаний дважды измеряется амплитуда автоколебаний. По результатам этих измерений корректируется величина выходного сигнала устройства. Thus, during a half-period of self-oscillations, a quarter of the oscillation period is measured and, based on the results of this measurement, a control action is formed that corrects the frequency of self-oscillations. At the same time, during the period of self-oscillations, the amplitude of self-oscillations is twice measured. According to the results of these measurements, the value of the output signal of the device is adjusted.

Для настройки устройства необходимо хотя бы приблизительно знать динамические свойства объекта управления для того, чтобы определить диапазон, в котором можно осуществлять регулирование частоты автоколебаний. Затем необходимо настроить генератор пилообразных колебаний так, что время развертки перекрывало бы весь диапазон изменения четверти периода автоколебаний, а выходной сигнал генератора в этом диапазоне не превышает "1". Если динамические свойства объекта неизвестны, достаточно провести эксперимент. Включить устройство на входе объекта, установить коэффициент в сумматоре 4 К₁ 0 и включить систему, зафиксировать период установившихся автоколебаний, настроить генератор 6. Коэффициент К₁ в сумматоре 4 устанавливается равным примерно 0,8-0,9 для того, чтобы обеспечить сначала минимальное значение амплитуды и периода автоколебаний. Величина управляющего воздействия, настраиваемая задатчиком 14, должна обеспечить начальное значение амплитуды автоколебаний, минимальное из диапазона регулирования с учетом настройки дроссельного сумматора 17, которая может быть произвольной. Интеграторы 9 и 10 настраиваются таким образом, чтобы обеспечить сходимость процессов самонастройки в системе по частоте и амплитуде.To configure the device, it is necessary to know at least approximately the dynamic properties of the control object in order to determine the range in which the self-oscillation frequency can be controlled. Then it is necessary to adjust the sawtooth oscillator so that the sweep time would cover the entire range of variation of a quarter of the self-oscillation period, and the generator output signal in this range does not exceed "1". If the dynamic properties of the object are unknown, it is enough to conduct an experiment. Turn on the device at the input of the object, set the coefficient in the adder 4 K ₁ 0 and turn on the system, fix the period of steady-state self-oscillations, set the generator 6. The coefficient K ₁ in the adder 4 is set equal to approximately 0.8-0.9 in order to first ensure the minimum value of amplitude and period of self-oscillations. The magnitude of the control action, adjustable by the dial 14, should provide the initial value of the amplitude of the self-oscillations, the minimum of the control range, taking into account the settings of the throttle adder 17, which can be arbitrary. Integrators 9 and 10 are tuned in such a way as to ensure the convergence of self-tuning processes in the system in frequency and amplitude.

Из описания работы устройства видно, что процесс адаптации его к изменяющимся свойствам объекта и среды осуществляется "пассивно", введением корректирующих сигналов, которые изменяют параметры автоколебаний. В данном устройстве отсутствует "активное" изменение настроек параметров устройства коэффициентов усиления, постоянных времени; здесь нет элементов с регулируемыми или активно изменяемыми параметрами, например, дросселей с регулируемой проводимостью, что существенно упрощает техническую реализацию, настройку и эксплуатацию устройства. From the description of the operation of the device it is seen that the process of adapting it to the changing properties of the object and the environment is carried out "passively" by the introduction of corrective signals that change the parameters of self-oscillations. In this device, there is no "active" change in the settings of the device parameters of the gain, time constants; there are no elements with adjustable or actively changing parameters, for example, chokes with adjustable conductivity, which greatly simplifies the technical implementation, configuration and operation of the device.

Работоспособность устройства проверена методом цифрового моделирования в системе с объектом третьего порядка. The device’s performance has been verified by digital modeling in a system with a third-order object.

Claims

PNEUMATIC DEVICE FOR BUILDING SELF-ADJUSTABLE AUTOMOTIVE SYSTEMS, containing an extremum indicator, the input of which is connected to a variable variable channel, five switching relays, the information and control inputs of the first of which are connected to the extrema indicator outputs, two adders, the first of which switching inputs are connected to the output and a channel for setting a variable, two comparison elements, one of whose inputs are connected to a channel of a variable, two integrators are different two signals, a sawtooth oscillator, three repeater-amplifiers, a logic circuit, two summing amplifiers, a master, a unit for separating the module of the difference of two signals and four chokes, characterized in that the other input of the second comparison element is connected to the channel for setting a variable, the output is connected to the first input of the INVARIANCE logic circuit, the second input of which is connected to the discrete output of the extremum indicator and the control inputs of the second, third and fourth switching relays, and the output is In the case of a logical circuit, the DISAQUALITY is connected with the control input of the sawtooth oscillator, the output of which is connected to the information inputs of the fourth switching relay, the mutually inverse outputs of which are connected through the amplifier repeaters to the information inputs of the third switching relay, the output of which is connected to the second input of the second integrator of the difference of two signals, the first input of which is connected to the channel for setting the period of self-oscillations, and the output is connected to the information inputs of the second relay mutually inverse outputs of which are connected respectively to the input of the first inductor and the second input of the first summing amplifier, the first input of which is connected to the output of the first adder, and the output is connected to another input of the first comparison element, the output of which is connected to the control input of the fifth switching relay, information inputs which through the third amplifier-repeater are connected to the output of the second adder, and the mutually inverse outputs of the fifth relay are connected respectively to the input of the third inductor and the second input to of the second summing amplifier, with the input of the fourth choke and the first input of the second summing amplifier, the third input of which is connected to the channel for biasing the output signal, the inputs of the second adder are connected respectively to the outputs of the master and the first integrator of the difference of the two signals, the inputs of which are connected respectively to the channel for setting the amplitude of self-oscillations and the output of the allocation unit of the module of the difference of two signals, the inputs of which are connected respectively to the channel for setting an adjustable variable and the output of the first relay eklyucheniya, outputs of the first fourth inductors are connected with the atmosphere, and the output of the second summing amplifier with output channel.