RU2103714C1 - Method for automatic control of dynamic object - Google Patents
Method for automatic control of dynamic object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2103714C1 RU2103714C1 RU96123665A RU96123665A RU2103714C1 RU 2103714 C1 RU2103714 C1 RU 2103714C1 RU 96123665 A RU96123665 A RU 96123665A RU 96123665 A RU96123665 A RU 96123665A RU 2103714 C1 RU2103714 C1 RU 2103714C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- error
- integrator
- output signal
- output
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к автоматическому регулированию астатических систем с нелинейными корректирующими устройствами и может быть использовано в высокоточных приводах с различными типами исполнительных двигателей. The invention relates to the automatic control of astatic systems with non-linear corrective devices and can be used in high-precision drives with various types of executive motors.
Известен способ автоматического регулирования объекта, реализованный в управляемом Пи-регуляторе [1]. По этому способу для управления соотношением пропорциональной (П) и интегральной (И) составляющих входного сигнала регулятора используют величину скорости ошибки. Чем меньше скорость, тем меньше постоянная времени интегратора и сильнее влияние И-регулятора. Малая скорость сигнала ошибки характерна для установившегося состояния системы; большая скорость - для переходных процессов. A known method of automatic control of an object, implemented in a controlled Pi-controller [1]. According to this method, to control the ratio of the proportional (P) and integral (I) components of the input signal of the controller, the value of the error rate is used. The lower the speed, the lower the time constant of the integrator and the stronger the influence of the I-controller. The low speed of the error signal is characteristic of the steady state of the system; high speed - for transients.
Однако этот способ малоэффективен в установившемся движении из-за большого фазового запаздывания (-90o) и дрейфа нуля И-регулятора, а также из-за нелинейных амплитудных свойств регулятора по причине детерминированной зависимости его параметров от абсолютной величины скорости ошибки.However, this method is ineffective in steady motion due to the large phase delay (-90 o ) and zero drift of the I-controller, and also because of the nonlinear amplitude properties of the controller due to the deterministic dependence of its parameters on the absolute value of the error rate.
Известен способ автоматического регулирования объекта, реализованный в следящем приводе [2]. По этому способу при формировании управляющего сигнала для объекта используют выходной сигнал интегратора ошибки с логическим управлением ключа цепи шунтирования выхода и входа интегратора по соотношению скоростей задающего и выходного сигналов следящей системы. Шунтирорвание интегратора эквивалентно переключению И-регулятора на П-регулятор. И-регулятор используют для повышения динамической точности следящей системы в установившихся режимах при малой разности скоростей задающего выходного сигналов, П-регулятор - для снижения колебательности переходных процессов при большой разности скоростей. A known method of automatic control of an object, implemented in a servo drive [2]. According to this method, when generating a control signal for an object, the output of the error integrator is used with logical control of the key of the bypass circuit of the output and input of the integrator according to the ratio of the speeds of the master and output signals of the tracking system. Shunting the integrator is equivalent to switching the I-controller to the P-controller. The I-controller is used to increase the dynamic accuracy of the tracking system in steady-state conditions with a small difference in the speeds of the driving output signals, the P-controller is used to reduce the oscillation of transients at a large difference in speeds.
Причины низкой эффективности этого способа сходны с предыдущим случаем, а нелинейные амплитудные свойства регулятора обусловлены детерминированным пороговым значением разности абсолютных значений скоростей для переключения регулятора. The reasons for the low efficiency of this method are similar to the previous case, and the nonlinear amplitude properties of the controller are due to the deterministic threshold value of the difference in the absolute values of the speeds for switching the controller.
Главная задача способов [1, 2] - повышение качества переходных процессов в системе за счет ослабления И-составляющей в регуляторе. Эти способы не предназначены для достаточно распространенного в практике следящих систем режима динамического слежения за кусочно монотонным задающим сигналом (например, гармоническим или треугольным). The main objective of the methods [1, 2] is to improve the quality of transients in the system due to the weakening of the I-component in the controller. These methods are not intended for the dynamic tracking mode, which is quite common in the practice of servo systems, for a piecewise monotonic driving signal (for example, harmonic or triangular).
Известен способ автоматического регулирования астатического объекта, реализованный в следящих системах [3, 4] и следящем электроприводе [5]. Во всех системах при формировании управляющего сигнала для объекта получают и используют следующие сигналы: выходной сигнал ПИ-регулятора с логически коммутируемой обратной связью управляемого интегратора (УИ) и масштабированные ошибку и скорость ошибки в фазоопережающем фильтре (ФФ) с функцией U вида
U = K • ε + TД • Dε,
где ε - ошибка следящей системы;
Dε - скорость ошибки;
K - коэффициент пропорциональности;
ТД - постоянная времени дифференцирования.A known method of automatic control of an astatic object, implemented in servo systems [3, 4] and servo drive [5]. In all systems, when generating a control signal for an object, the following signals are received and used: the output signal of a PI controller with logically switched feedback of a controlled integrator (UI) and the scaled error and error rate in a phase-ahead filter (FF) with a function U of the form
U = K • ε + T D • D ε ,
where ε is the error of the tracking system;
D ε is the error rate;
K is the coefficient of proportionality;
T D - the time constant of differentiation.
Главное различие между системами [3, 4, 5] заключается в законе формирования сигнала логического управления коммутацией обратной связи УИ. По этому признаку прототипом, т.е. наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу, является способ реализованный в [5], по которому используют знак выходного сигнала УИ для получения сигнала управления коммутацией обратной связи УИ, а также скорость задающего сигнала системы. The main difference between the systems [3, 4, 5] lies in the law of the formation of the signal of the logical control of the feedback switching UI. On this basis, the prototype, i.e. the closest in technical essence to the proposed method is the method implemented in [5], which uses the sign of the output signal of the MI to obtain the control signal of the switching feedback of the MI, as well as the speed of the reference signal of the system.
Технический результат - повышение динамической точности этой следящей системы - достигают за счет переменности структуры регулятора и связанных с этим скользящих режимов. В реальных скользящих режимах всегда присутствуют автоколебания с конечными амплитудой и частотой, величины которых обусловлены нелинейностями и возмущениями объекта регулирования, что ухудшает динамическую точность следящей системы. Также этот способ не обеспечивает астатизма амплитудной частотной характеристики (АЧХ) Пи-регулятора при уменьшенном эквивалентном фазовом запаздывании. Уменьшение фазового запаздывания необходимо для повышения запасов устойчивости и уменьшения перерегулирования переходных процессов в следящей системе по сравнению с системой с линейным ПИ-регулятором. The technical result - increasing the dynamic accuracy of this tracking system - is achieved due to the variability of the structure of the controller and the associated sliding modes. In real sliding modes, there are always self-oscillations with finite amplitude and frequency, the values of which are due to nonlinearities and perturbations of the control object, which impairs the dynamic accuracy of the tracking system. Also, this method does not provide astatism of the amplitude frequency response (AFC) of the PI controller with a reduced equivalent phase delay. A decrease in phase delay is necessary to increase the stability margins and to reduce the overshoot of transients in the servo system in comparison with a system with a linear PI controller.
Задача изобретения - повышение динамической точности следящей системы с астатическим объектом за счет дополнительного астатизма АЧХ псевдолинейного ПИ-регулятора с уменьшенным эквивалентным фазовым запаздыванием в рабочей частотной области (другое название такого регулятора в ТАР - нелинейный изодром (НИ)). The objective of the invention is to increase the dynamic accuracy of a tracking system with an astatic object due to the additional astatism of the frequency response of a pseudo-linear PI controller with a reduced equivalent phase delay in the working frequency domain (another name for such a controller in TAP is non-linear isodrome (NI)).
Задача решена тем, что ФФ управляют посредством логического переключения коэффициента К и одностороннего ограничения сверху сигнала U с переменным уровнем ограничения , после ограничения выходной сигнал ФФ подают на вход УИ с обнулением, для управления обнулением используют логическую функцию y1, для управления коэффициентом К используют логическую функцию y2
y1 = (x1 = -x4) И [(x4 = x2) ИЛИ (x4 = x3)],
y2 = (x1 = -x4) И [(x1 = x2) И (x1 = x3)],
где x1 - знак выходного сигнала УИ;
x2 - знак скорости задающего сигнала;
x3 - знак сигнала разности скорости задающего сигнала и скорости сигнала ошибки.The problem is solved in that the FF is controlled by logical switching of the coefficient K and one-sided upper limitation of the signal U with a variable level of limitation, after the limitation, the output signal of the FF is fed to the input of the MD with zeroing, to control the zeroing, use the logical function y1, to control the coefficient K use the logical function y2
y1 = (x1 = -x4) AND [(x4 = x2) OR (x4 = x3)],
y2 = (x1 = -x4) AND [(x1 = x2) AND (x1 = x3)],
where x1 is the sign of the output signal of the MD;
x2 is the sign of the speed of the driving signal;
x3 - signal sign of the difference between the speed of the reference signal and the speed of the error signal.
x4 - знак сигнала ошибки. x4 is the sign of the error signal.
При равенстве единице сигнала y1 обнуляют выходной сигнал УИ, при равенстве единице сигнала у2 выбирают большее из двух значений коэффициента К, выходной сигнал ПИ-регулятора суммируют с выходным сигналом дополнительного интегратора компенсации постоянной составляющей ошибки и суммарный сигнал подают на управляющий вход астатического объекта. If the unity of the signal y1 is equal to zero, the output signal of the MI is zeroed, when the unity of the signal y2 is selected, the larger of the two values of the coefficient K is selected, the output signal of the PI controller is summed with the output signal of the additional integrator for compensating the constant error component, and the total signal is fed to the control input of the astatic object.
На фиг.1 показана функциональная схема по способу с УИ с обнулением; на фиг.2 - функциональная схема реализации УИ с обнулением; на фиг.3 - логарифмические амплитудные частотные характеристики (ЛАЧХ) выхода к ошибке следящей системы и ЛАЧХ линейного объекта с астатизмом первого порядка; на фиг. 4 - соответствующие логарифмические фазовые частотные характеристики (ЛФЧХ) выхода к ошибке следящей системы и ЛФЧХ линейного объекта с астатизмом первого порядка; на фиг. 5 - качественные характеристики задающего сигнала ошибки и выходного сигнала регулятора при гармоническом задающем сигнале рабочей частоты в следящей системе; на фиг. 6 - качественные характеристики тех же сигналов в разомкнутой системе; на фиг. 7 - ЛФЧХ регулятора в следящей системе и разомкнутой системе; на фиг. 8 - качественные характеристики задающего сигнала, ошибки и выходного сигнала регулятора при треугольном задающем сигнале рабочей частоты в следящей системе; на фиг. 9 - функциональная схема по способу с УИ с обнулением и установкой; на фиг. 10 - функциональная схема реализации УИ с обнулением и установкой; на фиг. 11 - ЛАЧХ выхода к ошибке следящих систем с УИ с обнулением и с УИ с обнулением и установкой; на фиг. 12 - соответствующие ЛФЧХ выхода к ошибке следящих систем с УИ с обнулением и с УИ с обнулением и установкой. Figure 1 shows a functional diagram of a method with MD with zeroing; figure 2 is a functional diagram of the implementation of IA with zeroing; figure 3 - logarithmic amplitude frequency characteristics (LAC) output to the error of the tracking system and LAC linear object with first-order astatism; in FIG. 4 - corresponding logarithmic phase frequency characteristics (LPC) of the output to the error of the tracking system and LPC of a linear object with first-order astatism; in FIG. 5 - qualitative characteristics of the error reference signal and the controller output signal with a harmonic reference signal of the operating frequency in the tracking system; in FIG. 6 - qualitative characteristics of the same signals in an open system; in FIG. 7 - LFCH of the regulator in the tracking system and open system; in FIG. 8 - qualitative characteristics of the driving signal, error and controller output signal with a triangular driving frequency signal in the tracking system; in FIG. 9 is a functional diagram of a method with a UI with zeroing and installation; in FIG. 10 is a functional diagram of the implementation of MI with zeroing and installation; in FIG. 11 - LACH of the output to the error of tracking systems with MI with zeroing and with MI with zeroing and installation; in FIG. 12 - corresponding LPFC of the output to the error of servo systems with MI with zeroing and with MI with zeroing and installation.
На фиг. 1 функциональная схема включает в себя объект 1, содержащий последовательное астатическое звено первого порядка, измеритель ошибки 2 задающего сигнала и выходного сигнала обратной связи, дифференциаторы задающего сигнала 3 и сигнала ошибки 4, УИ 5 с обнулением, интегратор 6 компенсации постоянной составляющей ошибки, четыре определителя знаков: знака выходного сигнала УИ 7, знака скорости задающего сигнала 8, знака разности скорости задающего сигнала и скорости ошибки 9, знака сигнала ошибки 10, логический блок 11 формирования сигналов управления обнулением УИ и переключением коэффициента К ФФ, пропорциональные блоки 12, 13, 14, 15, блоки умножения 16, 17, 18, логически управляемый переключатель 19 П-цепей ФФ с двумя значениями коэффициента К, блок 20 одностороннего ограничения с управляемым уровнем ограничения сверху, элемент вычитания 21, двухвходовый сумматор 22 и трехвходовый сумматор 23. In FIG. 1, the functional diagram includes an
На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения параметров:
g - задающий сигнал следящей системы;
y - выходной сигнал обратной связи;
Up - выходной сигнал регулятора;
D - оператор дифференцирования d/dt, где d - дифференциал, t - время; соответственно 1/D - оператор интегрирования;
T - постоянная времени УИ;
dI - входной сигнал УИ;
I - выходной сигнал УИ;
R - вход и логический сигнал управления обнулением УИ;
X - коэффициент, теоретически стремящийся к бесконечности (в практической реализации предельно большой коэффициент);
K0; K1 - значения коэффициента K ФФ соответственно при y2 = 0 (K = K0) и y2 = 1 (K = K1);
Kп - коэффициент П-регулятора;
Tк - постоянная времени интегратора компенсации;
W0 - статическая часть передаточной функции объекта.In FIG. 1 and 2, the following designations of parameters are accepted:
g is the reference signal of the tracking system;
y is the feedback output signal;
U p is the output signal of the controller;
D is the differentiation operator d / dt, where d is the differential, t is time; accordingly 1 / D is the integration operator;
T is the time constant of the MI;
dI is the input signal of the MD;
I is the output signal of the MD;
R - input and logical signal to control the resetting of the MD;
X - coefficient theoretically tending to infinity (in practical implementation, an extremely large coefficient);
K 0 ; K 1 - values of the coefficient K ФФ, respectively, for y2 = 0 (K = K 0 ) and y2 = 1 (K = K 1 );
K p - coefficient of the P-regulator;
T to - time constant of the compensation integrator;
W 0 - the static part of the transfer function of the object.
Обозначения K • ε; U; K; TД; x1; x2; x3; x4; y1; y2 приведены ранее.Designations K • ε; U; K; T D ; x1; x2; x3; x4; y1; y2 are given earlier.
Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.
Этапу эксплуатации системы автоматического регулирования предшествует этап ее синтеза. В инженерной практике и ТАР нелинейных систем одним из самых распространенных является частотный метод синтеза, сопряженный с методом гармонической линеаризации нелинейностей объекта и регулятора. The stage of operation of the automatic control system is preceded by the stage of its synthesis. In engineering practice and TAP of nonlinear systems, one of the most common is the frequency synthesis method, coupled with the method of harmonic linearization of the nonlinearities of the object and the regulator.
Вначале по критерию устойчивости проводят частотный синтез следящей системы без УИ, т.е. П-регулятор с интегратором компенсации постоянной составляющей ошибки системы, вызванной исходным смещением и низкочастотным дрейфом нуля объекта, а также его статической нагрузкой. Величина Tк выбирается достаточно большой, чтобы не вносить ощутимого фазового запаздывания в ЛФЧХ регулятора в рабочей частотной области. Определяют частоту среза разомкнутой системы. По критериям достаточных запасов устойчивости и качества переходных процессов в системе частоту среза обычно выбирают в 3...5 раз меньше частоты с фазовым запаздыванием разомкнутой системы -180o. Затем дополнительно подключают ветвь УИ и синтезируют параметры НИ. При этом в 2...3 раза уменьшают коэффициент Kп, а величину T для УИ выбирают в 2...3 раза больше величины, обратной частоте среза исходной системы без УИ. Одновременно устанавливают соотношения K1/K0 и TД/T больше единицы, но из соображений устойчивости не больше величины отношения частоты с фазой -180o к частоте среза исходной разомкнутой системы без УИ.First, according to the stability criterion, a frequency synthesis of the servo system without AI is carried out, i.e. P-controller with an integrator of compensation for the DC component of the system error caused by the initial bias and low-frequency zero drift of the object, as well as its static load. The value of T k is chosen large enough so as not to introduce a noticeable phase delay in the LPF of the controller in the working frequency domain. The cutoff frequency of the open system is determined. According to the criteria of sufficient stability margins and the quality of transients in the system, the cutoff frequency is usually chosen 3 ... 5 times less than the frequency with a phase delay of the open system -180 o . Then, the UI branch is additionally connected and the NI parameters are synthesized. At the same time, the coefficient K p is reduced by a factor of 2 ... 3, and the value of T for the MI is selected to be 2 ... 3 times larger than the reciprocal cutoff frequency of the initial system without MI. At the same time, the ratios K 1 / K 0 and T D / T are set greater than unity, but for reasons of stability, no more than the ratio of the frequency with the phase -180 o to the cutoff frequency of the initial open system without UI.
На этом синтез регулятора системы закончен. Правильно синтезированная система с НИ и линейным астатическим объектом в режиме слежения за гармоническими задающими сигналами имеет ЛАЧХ, изображенные на фиг. 3, ЛФЧХ, изображенные на фиг. 4, и временные характеристики - на фиг. 5. При получении всех характеристик соотношения K1/K0 и TД/T были выбраны равными трем.This completes the synthesis of the system controller. A correctly synthesized system with an NR and a linear astatic object in the mode of tracking harmonic master signals has a LACH shown in FIG. 3, the LPF shown in FIG. 4, and temporal characteristics in FIG. 5. Upon receipt of all characteristics, the ratios K 1 / K 0 and T D / T were chosen equal to three.
Все графики ЛАЧХ и ЛФЧХ выполнены в традиционной манере: ЛАЧХ имеют размерность дБ, ЛФЧХ - размерность град (o), по оси аргумента в логарифмическом масштабе отложена частота ε.All LACH and LPC charts are performed in the traditional manner: LFC have a dimension of dB, LPC is a degree of degrees ( o ), the frequency ε is plotted along the argument axis on a logarithmic scale.
На фиг. 3 сплошной линией обозначена ЛАЧХ выхода к ошибке системы 20lg(y/ω) и штриховой линией - ЛАЧХ объекта 20lg(y/Up), на фиг. 4 сплошной линией - ЛФЧХ выхода к ошибке системы ε , штриховой - ЛФЧХ объекта φ(y/ε)(y/Up).In FIG. 3, the solid line indicates the LACH of the output to the system error 20lg (y / ω) and the dashed line indicates the LACH of the object 20lg (y / U p ), in FIG. 4, the solid line — the LPF of the ε system error; the dashed line — the LPF of the object φ (y / ε) (y / U p ).
В рабочей частотной области очевиден дополнительный астатизм ЛАЧХ выхода к ошибке скорректированной системы с уменьшенным эквивалентным фазовым запаздыванием ЛФЧХ (в пределе -160o вместо -180o астатического объекта с линейным Пи-регулятором).In the working frequency domain, an additional astatism of the LACH of the output to the error of the corrected system with a reduced equivalent phase delay of the LPF is obvious (in the limit of -160 o instead of -180 o of an astatic object with a linear Pi controller).
На фиг. 5, 6 и 8 сигналы g, φ и Up имеют большой разброс амплитуд и для наглядности даны в разных масштабах, для обобщения аргумент времени трансформирован в аргумент фазы периодического задающего сигнала через коэффициент 360o/T0, T0 - период времени повторения задающего сигнала. Для случаев фиг. 5 и 8 амплитуда ошибки ε существенно меньше амплитуды сигнала g, для случая фиг. 6 ошибка ε совпадает с сигналом g.In FIG. 5, 6 and 8, the signals g, φ, and U p have a large spread of amplitudes and are given at different scales for clarity, to summarize, the time argument is transformed into the phase argument of the periodic reference signal through a factor of 360 o / T 0 , T 0 is the period of the repetition time of the master signal. For the cases of FIG. 5 and 8, the error amplitude ε is significantly smaller than the signal amplitude g, for the case of FIG. 6, the error ε coincides with the signal g.
В реальности астатический объект является нелинейным и обычно у него есть зона нечувствительности по входу. Предельным случаем системы с таким объектом является разомкнутая система по причине полной нечувствительности объекта по входу (разомкнутую систему можно также получить за счет разрыва обратной связи). В разомкнутой системе при нулевом входном сигнале ошибка равна задающему сигналу (фиг. 6). При этом астатическая ЛАЧХ регулятора практически не изменяется (ЛАЧХ регулятора на фигуру не вынесена), а фазовое запаздывание ЛФЧХ регулятора в рабочей частотной области за счет изменения форм сигнала ошибки и выходного сигнала регулятора уменьшается с -70o до -38o (на фиг. 7 сплошной линией обозначена ЛФЧХ ε регулятора следящей системы, штриховой - ЛФЧХ φ(Up/ε) регулятора разомкнутой системы).In reality, an astatic object is non-linear and usually has an entry deadband. The limiting case of a system with such an object is an open system due to the complete insensitivity of the object at the input (an open system can also be obtained by breaking feedback). In an open system with a zero input signal, the error is equal to the reference signal (Fig. 6). At the same time, the astatic LAC of the controller practically does not change (the LAC of the controller is not shown in the figure), and the phase delay of the LPFC of the controller in the working frequency domain due to a change in the error waveform and the controller output signal decreases from -70 o to -38 o (in Fig. 7 the solid line indicates the LPF of the ε controller of the servo system, the dashed line indicates the LPF of φ (U p / ε) of the open-loop controller).
Формулы коэффициентов q; q' гармонической линеаризации НИ, а также производных от них Aq = (q2 + q'2)0,5; φ(Up/ε) = arctg (q'/q), полученные с учетом Kп = 1; T; φq и на основании форм сигналов ω и Uр фиг. 5, 6, соответствуют низкочастотным ассимптотам ЛАЧХ и ЛФЧХ:
для следящей системы:
ε
для разомкнутой системы:
q= 0,43/(Tω); Aq=1,43/(Tω) q'=-1,36/(Tω) φq=-72°
Другим типовым примером динамического кусочно монотонного задающего сигнала следящей системы является треугольный сигнал. На фиг. 8 даны характеристики для случая сигнала g рабочей частоты. Сигнал Uр в установившемся движении в основном формируют за счет сигнала УИ I, много большем сигнала ПИ-регулятора q= 1,27/(Tω); Aq=1,62/(Tω) q'=-1,00/(Tω) φq=-38°.Formulas of coefficients q; q 'of the harmonic linearization of NR, as well as their derivatives A q = (q 2 + q' 2 ) 0.5 ; φ (U p / ε) = arctan (q '/ q) obtained taking into account K p = 1; T; φ q and based on the waveforms ω and U p of FIG. 5, 6, correspond to the low-frequency asymptotes of LACH and LFCH:
for tracking system:
ε
for open system:
q = 0.43 / (Tω); A q = 1.43 / (Tω) q '= - 1.36 / (Tω) φ q = -72 °
Another typical example of a dynamic piecewise monotonous reference signal of a tracking system is a triangular signal. In FIG. 8 shows the characteristics for the case of the signal g of the operating frequency. The signal U r in the steady motion is mainly formed due to the signal I MD I, much larger than the signal of the PI controller q = 1.27 / (Tω); A q = 1.62 / (Tω) q '= - 1.00 / (Tω) φ q = -38 ° .
Главная задача УИ в режиме динамического слежения системы за кусочно монотонным сигналом в рабочей частотной области - удерживать систему в апериодическом режиме без перерегулирования при y2 = 0 и при этом активно уменьшать ошибку за счет роста собственного выходного сигнала (см. фиг. 8). Величина y2 = 1 соответствует переходу системы в нежелательное состояние перерегулирования и тогда для уменьшения перерегулирования и связанного с этим эквивалентного фазового запаздывания НИ увеличивают коэффициент П-цепи ФФ с K0 до K1. Средством уменьшения фазового запаздывания УИ также является одностороннее ограничение сверху выходного сигнала ФФ с управляемым уровнем ограничения Kп• ε, который разрешает дифференциальной составляющей K • ε участвовать только в уменьшении входного сигнала УИ на этапе торможения системы при стремлении ошибки к нулю.The main task of the AM in the dynamic tracking mode of the system for a piecewise monotonic signal in the working frequency domain is to keep the system in aperiodic mode without overshoot at y2 = 0 and at the same time actively reduce the error due to the growth of its own output signal (see Fig. 8). The value y2 = 1 corresponds to the transition of the system into an undesirable state of overshoot, and then, to reduce overshoot and the associated equivalent phase delay of NRs, the PF chain coefficient is increased from K 0 to K 1 . A means of reducing the phase delay of the MI is also a one-sided upper restriction of the output signal of the FS with a controlled level of limitation K p • ε, which allows the differential component K • ε to participate only in reducing the input signal of the MI at the stage of system braking when the error tends to zero.
Логическое условие y1 обнуления УИ делает невозможным переход системы в состояние неконтролируемого торможения и связанного с этим существенного дополнительного запаздывания в случае противоположности знака выходного сигнала УИ и одинаковых знаков ошибки и любой из скоростей задающего или выходного сигналов системы (скорость выходного сигнала обратной связи тождественна разности скоростей задающего сигнала и сигнала ошибки). The logical condition y1 of zeroing the MD makes it impossible for the system to enter the state of uncontrolled braking and the associated significant additional delay in the case of the opposite sign of the output signal of the MD and the same error signs and any of the speeds of the master or output signals of the system (the speed of the feedback signal is identical to the difference of the speeds of the master signal and error signal).
Дополнительный интегратор компенсирует постоянную составляющую ошибки объекта. При этом НИ становится регулятором с псевдолинейными свойствами, т. е. частотными характеристиками, зависящими от частоты и не зависящими от величин амплитуд сигналов. An additional integrator compensates for the constant component of the object error. In this case, the NI becomes a regulator with pseudo-linear properties, i.e., frequency characteristics that depend on the frequency and do not depend on the magnitudes of the signal amplitudes.
Таким образом, неразрывная совокупность отличительных признаков предлагаемого способа автоматического регулирования позволяет достичь нового существенного технического результата. Thus, an inextricable set of distinctive features of the proposed method of automatic regulation allows you to achieve a new significant technical result.
Дополнительным средством борьбы с перерегулированием и уменьшения фазового запаздывания ошибки следящей системы с астатическим объектом является способ установки выходного сигнала УИ. Он заключается в том, что выходной сигнал УИ умножают на ограниченное в диапазоне от нуля до единицы частное от деления скорости задающего сигнала на скорость выходного сигнала системы, выходной сигнал УИ скачком устанавливают равным результату этого умножения в момент смены знака сигнала ошибки. An additional way to combat overshoot and reduce the phase delay of the error of the tracking system with an astatic object is a method of setting the output signal of the IA. It consists in the fact that the output signal of the MI is multiplied by the quotient of dividing the speed of the driving signal by the speed of the output signal of the system, the output signal of the MI is set abruptly equal to the result of this multiplication at the moment of changing the sign of the error signal.
На функциональной схеме фиг. 9 вместо УИ с обнулением под номером 5 изображен УИ с обнулением и установкой. Остальные блоки с номерами от 1 до 23 фиг. 9 идентичны блокам фиг. 1, но схема фиг. 9 дополнительно имеет делитель 24, блок 25 двустороннего ограничения от нуля до единицы, блок умножения 26 и блок 27 формирования логической единицы при нуле входного сигнала блока. In the functional diagram of FIG. 9 instead of a zero-zero MI with
На фиг. 9 и 10 дополнительно обозначены:
S - вход и логический сигнал управления установкой выхода УИ;
I0 - вход и сигнал величины установки выхода УИ.In FIG. 9 and 10 are additionally indicated:
S - input and logical signal to control the installation of the output of the MD;
I 0 - input and signal of the value of the output setting of the MI.
По схеме фиг. 9 момент смены знака ошибки фиксируют активным логическим управляющим сигналом установки выхода УИ с помощью блока 27. По схеме фиг. 10 вначале по фронту перехода сигнала управления S в активное состояние производят запоминание в элементе памяти сигнала величины установки I0, полученного в результате умножения выходного сигнала УИ на ограниченный коэффициент отношения скоростей. Запоминание заканчивают к началу процесса установки УИ по активному уровню сигнала S. Процесс установки (в частном случае, обнуления) выхода УИ осуществляют замыканием следящей системы с задающим сигналом величины установки выхода УИ. Эту систему с предельно большим для максимальной скорости установки коэффициентом усиления прямой цепи K∞ замыкают через нормально разомкнутый контакт переключателя, управляемого объединенным сигналом, формируемым по функции ИЛИ из логических сигналов установки и обнуления. При обнулении УИ от активного управляющего сигнала обнуления R на вход следящей системы установки подключают нулевой сигнал. В отсутствии активных управляющих сигналов R и S через нормально замкнутый контакт переключателя в режиме обычного интегрирования к интегратору подключают входной сигнал УИ dI.According to the circuit of FIG. 9, the moment of the change of the error sign is fixed by the active logical control signal for setting the output of the
В режиме динамического слежения за кусочно монотонным задающим сигналом рабочей частоты при переходе в перерегулирование и смене знака ошибки скорости задающего и выходного сигналов системы обычно являются одинаковыми по знаку, но скорость выходного сигнала больше скорости задающего сигнала, и, следовательно, частное от деления скоростей будет положительным числом, большим или равным нулю, но меньшим единицы. В момент обнуления ошибки и сигнала П-регулятора Kп• ε только выходной сигнал УИ I определяет скорость выхода астатического объекта. Переход в перерегулирование свидетельствует об избытке скорости выхода и, следовательно, об избытке выходного сигнала УИ. За счет уменьшения скачком выходного сигнала УИ с помощью коэффициента отношения скоростей в момент смены знака ошибки этот избыток частично компенсируют и уменьшают последующее перерегулирование.In the dynamic tracking mode for a piecewise monotonic driving signal of the operating frequency, when switching to overshoot and changing the sign of the error, the speeds of the driving and output signals of the system are usually the same in sign, but the speed of the output signal is greater than the speed of the driving signal, and, therefore, the quotient of the speed division will be positive a number greater than or equal to zero but less than one. At the time of zeroing the error and the signal of the P-controller K p • ε, only the output signal II determines the output velocity of the astatic object. The transition to overshoot indicates an excess of the output speed and, therefore, an excess of the output signal of the MD. By reducing the jump in the output signal of the MI using the coefficient of the ratio of speeds at the time of changing the sign of the error, this excess is partially compensated and the subsequent overshoot is reduced.
Ограничение коэффициента отношения скоростей в диапазоне от нуля до единицы также является существенным признаком. Если в момент смены знака ошибки знаки скоростей были противоположны, что свидетельствует о близости частоты задающего сигнала к частоте системы, ограничение нуля сделает коэффициент отношения скоростей нулевым и функция установки выходного сигнала УИ фактически станет функцией обнуления УИ. В частотной области вблизи частоты среза это также позволяет дополнительно уменьшить фазовое запаздывание регулятора за счет ослабления составляющей УИ в суммарном сигнале НИ. Ограничение единицей сверху коэффициента отношения скоростей гарантирует системе невозможность случайного (из-за шумов и погрешностей операций дифференцирования и деления) нежелательного увеличения сигнала УИ в момент смены знака ошибки. The limitation of the coefficient of the ratio of speeds in the range from zero to unity is also an essential sign. If at the moment of changing the sign of the error the signs of the speeds were opposite, which indicates the proximity of the frequency of the master signal to the system frequency, a zero limit will make the ratio of the speeds zero and the function to set the output signal of the MD will actually become a function of zeroing the MD. In the frequency domain near the cutoff frequency, this also allows one to further reduce the phase delay of the controller due to the attenuation of the component of the ID in the total signal of the NR. Limiting the velocity ratio coefficient to one unit from above guarantees the system the impossibility of accidentally (due to noise and errors of differentiation and division operations) an undesirable increase in the MD signal at the moment of changing the error sign.
Наглядным подтверждением сказанного являются сравнительные ЛАЧХ (фиг. 11) и ЛФЧХ (фиг. 12) выхода к ошибке следящих систем с УИ с обнулением (сплошные линии характеристик) и УИ с обнулением и установкой (штриховые линии характеристик). Во всей частотной области при практически одинаковых ЛАЧХ систем получают меньшее запаздывание ЛФЧХ системы с УИ с обнулением и установкой. A clear confirmation of what has been said are comparative LACH (Fig. 11) and LPCH (Fig. 12) of the output to the error of servo systems with MD with zeroing (solid lines of characteristics) and MD with zeroing and setting (dashed lines of characteristics). In the entire frequency domain, with almost identical VLF systems, they obtain less delay of the VLF system with MD with zeroing and setting.
Таким образом, совокупность дополнительных отличительных признаков способа позволяет достичь технического результата дополнительного уменьшения фазового запаздывания. Thus, the combination of additional distinctive features of the method allows to achieve a technical result of an additional reduction in phase delay.
Источники информации:
1. Патент ФРГ N 1673601, G 05 B 11/00, 1973.Sources of information:
1. The patent of Germany N 1673601, G 05 B 11/00, 1973.
2. Авторское свидетельство СССР N 794611, G 05 B 11/01, 1981. 2. USSR author's certificate N 794611, G 05 B 11/01, 1981.
2. Авторское свидетельство СССР N 1352451, G 05 B 11/01, 1987. 2. Copyright certificate of the USSR N 1352451, G 05 B 11/01, 1987.
2. Авторское свидетельство СССР N 1425595, G 05 B 11/01, 1988. 2. USSR Author's Certificate N 1425595, G 05 B 11/01, 1988.
2. Авторское свидетельство СССР N 1446600, G 05 B 11/01, 1988. 2. USSR Author's Certificate N 1446600, G 05 B 11/01, 1988.
Claims (2)
U = K•ε+Tд•Dε,
где e - ошибка следящей системы;
Dε- скорость ошибки;
K коэффициент пропорциональности;
Tд постоянная времени дифференцирования,
отличающийся тем, что фазоопережающим фильтром управляют посредством логического переключения коэффициента K и одностороннего ограничения сверху сигнала U с переменным уровнем ограничения K•ε, после ограничения выходной сигнал фазоопережающего фильтра подают на вход управляемого интегратора с обнулением выходного сигнала, для управления обнулением используют логическую функцию y1, для управления переключением коэффициента K используют логическую функцию y2
y1 (x1 -x4) И [(x4 x2) ИЛИ (x4 x3)]
y2 (x1 -x4) И (x1 x2) И (x1 x3),
где x1 знак выходного сигнала управляемого интеграетора;
x2 знак скорости задающего сигнала;
x3 знак сигнала разности скорости задающего сигнала и скорости сигнала ошибки;
x4 знак сигнала ошибки,
при равенстве единице сигнала y1 обнуляют выходной сигнал управляемого интегратора, при равенстве единице сигнала y2 выбирают большее из двух значений коэффициента K, выходной сигнал ПИ-регулятора суммируют с выходным сигналом дополнительного интегратора компенсации постоянной составляющей ошибки и суммарный сигнал подают на вход управления объекта.1. The method of automatic control of an astatic object, which consists in the following signals being received and used when generating a control signal for the object: the output signal of the PI controller with a logically controlled integrator, the sign of the output signal of the controlled integrator, the speed signal of the reference signal of the tracking system, scaled signals errors and error rates in a phase-reflection filter with a function U of the form
U = K • ε + T d • D ε ,
where e is the error of the tracking system;
D ε is the error rate;
K is the coefficient of proportionality;
T d the time constant of differentiation,
characterized in that the phase-leading filter is controlled by logical switching of the coefficient K and one-sided upper limitation of the signal U with a variable level of limitation K • ε, after limiting the output signal of the phase-shifting filter is fed to the input of a controlled integrator with zeroing the output signal, to control the zeroing, use the logical function y1, to control the switching of the coefficient K, use the logical function y2
y1 (x1 -x4) AND [(x4 x2) OR (x4 x3)]
y2 (x1 -x4) AND (x1 x2) AND (x1 x3),
where x1 is the sign of the output signal of the controlled integrator;
x2 sign of the speed of the driving signal;
x3 sign of the signal of the difference between the speed of the reference signal and the speed of the error signal;
x4 error sign
if the unit of signal y1 is equal to zero, the output signal of the controlled integrator is zero, if the unit of signal y2 is equal, the larger of the two values of the coefficient K is selected, the output signal of the PI controller is summed with the output signal of the additional integrator for compensating the constant error component, and the total signal is fed to the control input of the object.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96123665A RU2103714C1 (en) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | Method for automatic control of dynamic object |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96123665A RU2103714C1 (en) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | Method for automatic control of dynamic object |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2103714C1 true RU2103714C1 (en) | 1998-01-27 |
RU96123665A RU96123665A (en) | 1998-04-20 |
Family
ID=20188182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96123665A RU2103714C1 (en) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | Method for automatic control of dynamic object |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2103714C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2549149C2 (en) * | 2013-04-15 | 2015-04-20 | Закрытое акционерное общество "Экоресурс" | Digital control method |
RU2573731C2 (en) * | 2014-05-23 | 2016-01-27 | Сергей Иванович Малафеев | Proportional-integral controller operating method |
-
1996
- 1996-12-17 RU RU96123665A patent/RU2103714C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2549149C2 (en) * | 2013-04-15 | 2015-04-20 | Закрытое акционерное общество "Экоресурс" | Digital control method |
RU2573731C2 (en) * | 2014-05-23 | 2016-01-27 | Сергей Иванович Малафеев | Proportional-integral controller operating method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Griñó et al. | Digital repetitive plug-in controller for odd-harmonic periodic references and disturbances | |
Inoue | Practical repetitive control system design | |
Lorenz et al. | Dynamic analysis and experimental evaluation of delta modulators for field-oriented AC machine current regulators | |
Tal | Speed control by phase-locked servo systems--new possibilities and limitations | |
JPS628583A (en) | Apparatus for obtaining derivative of characteristic curve of electronic device and control of operation of electronic device | |
US5309353A (en) | Multiple reference frame controller for active filters and power line conditioners | |
RU2103714C1 (en) | Method for automatic control of dynamic object | |
Boiko | Analysis of closed-loop performance and frequency-domain design of compensating filters for sliding mode control systems | |
US4143315A (en) | Rms transducer and voltage regulating system employing the same | |
JP2929567B2 (en) | Digital modulation method | |
GB2399425A (en) | Feedback control system with variable gain | |
Fox et al. | Feedback control of coupled-bunch instabilities [particle accelerators] | |
Holmberg et al. | On compensation of nonminimum-phase zeros | |
RU2261466C2 (en) | Method for controlling dynamic objects on basis of given quality coefficients | |
Mahdian et al. | Improvement in the synchronization process of the voltage-sourced converters connected to the Grid by PLL in order to Detect and Block the Double Frequency Disturbance Term | |
JPH03190405A (en) | Ac signal generator | |
Folly | Robust controller design for small-signal stability enhancement of power systems | |
Wang et al. | An improved Quasi-Type-1 PLL based on paralleled filtering stage | |
Elong et al. | A case study of performance improvement in extremum seeking control | |
Pinayev | Using Lag Compensator in Orbit Feedback | |
CN112152609B (en) | Phase-locked loop, method for controlling synchronization of grid voltage information and power electronic device | |
Kurak | Disturbance Observer Based Control of Shunt Active Power Filter | |
JPH05150802A (en) | Deviation variable and deviation hysteresis type pi control method | |
Kapisch et al. | Comparative study of single-phase fundamental component frequency estimation schemes under time-varying harmonic distortion operation | |
Horie et al. | Ultralow-frequency design of the Wien bridge oscillator using switched capacitors |