SU1158974A1 - Самонастраивающа с система управлени - Google Patents

Abstract

САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА .УПРАВЛЕНИЯ, содержаща  последовательно соединенные эадатчик, первый сумматор , регул тор, состо вший из последовательно соединенных неизмен емой и измен емой частей, усилитель мощности, электродвигатель с установленньо4и на нен датчиком регулируемой координаты и датчиком тока, последовательно соединенные второй сумматор, первый блок умножени , третий сумматор, первый интегратор, четвертый сумматор и второй блок умножени , второй вход которого подключен к выходу второго сумматора , первый вхбд которого соединен с выходом датчика тока, блок делени . ВСЕСОЮЗЯДЯ «ч BAT Jli«0- л ТЕХйЯЧеСКАЯ БИБЛИОТЕКА второй интегратор , выход которого подключен к управл ющему входу измен емой части регул тора, первому входу блока делени  и второму входу первого блока умножени , выход датчика регулируемой координаты соединен с вторьми входами первого и четвертого сумматоров, последовательно соединенные эталонную модель, блок масштабных коэффицнентов и блок формировани  сигнала самонастройки, выход которого соединен с третьим входом первого сумматора, вход эталонной модели подключен к выходу задатчика , а ее второй выход - к второму входу блока масштабных коэффициентов, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходом датчика регулируемой координаты и выходом третьего сумматора, а также третий интегратор, отличающа с  тем, что, с целью повыше ни  точности и расширени  диапазона допустимых изменений параметров СП системы, она содержит третнй, чет00 QD 4 вертый и п тый блоки умножени , первыЛ, второй, третий, четвертый и п тыА регистры, анализатор знака, широтно-импульсный преобразователь и цифроаналоговый преобразователь, выход которого  вл етс  выходом измен емой части регул тора, цифровой вход  вл етс  сигнальным входом измен емой части регул тора, а вывод питани  подключен к выходу ши- , ротно-импульсного преобразовател , ЦИФРОВОЙ вход которого соединен с выходом блока делени , первый вход которого  вл етс  управл ющим входом измен емой. части регул тора, а

Description

второй вход присоединен к выходу п того регистра, первый вход третье го блока у тожени  подключен к выходу второго блока умножени , второй вход - к выходу первого регистра а выход - к входу второго нитег ратора, выход четвертого сумматора соединен с первыми входами четвертого и п того блоков умножени , вторые входа четвертого и п того блоков умножени  подключены к вькодам соответственно второго и третье 74 го регистров, выход четвертого блока умножени  соединен с вторым входом третьего сумматора, выход п того блока умножени  подключен к входу третьего интегратора, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора , входом блока формировани  сигнала самонастройки  вл етс  вход анализатора знака, выходом - выход четвертого регистра, вход которого соединен с выходом анализатора знака .

1

Изобретение относитс  к автома-- тическому управлению и может быть использовано дл  aдaпtивнoгo управле ни  электроприводами нестационарных объектов с неупругой си зью двигател  и механизма в станкостроении, металлургии, в системах автоматического управлени  рабочими органами роботов, в электромеханических системах при высоких требовани х к стабильности их динамических свойств в услови х изменени  параметров этих систем во времени.

Цель изобретени  - повьшение точности самонастраивающейс  системы уп равлени  и расширение диапазона допутимых изменений ее параметров.

На фиг.1 изображена структурна  схема предлагаемой самонастраивающейс  системы управлени ; на фиг,2 диаграммы , иллюстрирующие изменение коэффициента передачи измен емой части регул тора.

Система содержит задатчик 1, первый сумматор 2, неизмен емую часть регул тора 3, измен емую часть регул тора 4, усилитель 5 мощности, электродвигатель 6, аналого-цифровой датчик 7 регулируемой координаты, аналого-цифровой датчик 8 тока, второй 9 сумматор, первый блок iO умножени , третий сумматор П, первый интегратор 12, четвертый сумматор 13, второй блок умножени  14, третий блок 15 умножени , первый регистр 16, второй интегратор 17, четвертый блок 18

умножени , второй регистр 1У п тый блок 20 умножени « третий регистр 21, третий интегратор 22, эталонную Модель 23, блок 24 масштабных коэффициентов , блок 25 формировани  сйгнала самонастройки, состо щий из анализатора 26 знака и четвертого регистра 27, причем измен ема  часть 4 регул тора состоит из цифроаналогового преобразовател  28, ши ротно-импульсного преобразовател  29, блока 30 делени  и п того регистра 31.

Основной контур регулировани  (скорости двигател  ) образован задатчиком 1, первым с мматором 2, неизмен емой частью регул тора 3, измен емой частью регул тора 4, усилителем мощности 5 и электродвигателем 6 с аналого-цифровым . датчиком регулируемой координаты 7, например датчиком скорбсти. Вло ки 3 и 4, включа  блоки 28-31, об разуют регул тор 32.

Блоки 9-22 образуют устройство 33 идентификации коэффициента передачи ток - скорость двигател . В устройстве индентификации интегратор 22 совместно с блоками 20 и 2.1 осуществл ет.формирование сигнала, пропорционального току нагрузки (т.е. отношению момента нагрузки к потоку возбуждени  двигател  ,

Блок 10 умножени  и интегратор 12, соединенные последовательно через. сумматор 11, образуют настраиваемую модель двигател . Поскольку на вход сумматора 9 подаютс  как сигна

пропорциональный току двигател , снимаемый с датчика тока 8, так и сигнал, пропорциональный току нагрузки , то на вход настраиваемой модели поступает та же величина, что и j реально действующа  на входе двигател  (динамический ток). Это позвол ет использовать получаемый на выходе сумматора 13 сигнал ошибки дл  настройки коэффициента передачи мо- 0 дели (так как эта ошибка обусловлена только различием коэффициентов передачи двигател  и модели.) и, еле до ательно, дл  идентификации коэффициента передачи двигател  6. tj Оценка коэффициента передачи двигател , вырабатываема  интегратором 17, подаетс  иа управл ющий вход измен емой части 4 регул тора 32, настраива  его коэффициент передачи (парамет- Ю рическа  самонастройка ). .

Блоки 23-25t образующие блок 34 сигнальной самонастройки, обеспечивают сигнальную самонастройку системы.25

Блоки 5 и 6 - аналоговые, блоки 7 и 8 - аналого-цифровые, блоки 28 и 29 - цифро- аналоговые, остальные блоки 1-3, 9-27, 30 и 31 выполнены в цифровом виде. Регйст- 30 ры весовых коэффициентов Р1-РЗ,Р5 в сочетании с соответствующими блоками умножени  и делени , а также регистр. Р4 позвол ют задавать параметры системь (алгоритма управле-35 ни  )путем занесени  в эти регистjM )i соответств чощих кодосигналов.

Блок 24 масштабных коэффициентов может быть реализован, например, с 40 помощью п того сумматора, первый и второй входы которого  вл ютс  соответственно первьм и третьим входами блока масштабных коэффициентов, шестого сумматора, nepBbtfi и второй 4$ „входы которого  вл ютс  соответственно вторым и четвертым входами блока масштабных коэффициентов седьмого сумматора, выход которого служит выходом блока масштабных коэф- W фициентов, последовательно соединенных шестого регистра и шестого блока умножени  и последовательно соединенных седьмого регистра и седьмого блока умножени , причем вторые . 5 входы указанньк блоков умножени  подключены к выходам соответственно п того и шестого.сумматоров, а вы-.

ходы - соответственно к первому и второму входам седыюго сумматора. Цифрова  часть самонастраивающейс  системы управлени  может быть выполнена на цифровых интегральных микросхемах серий 1802, 1804, 133,530, 533, 572. Например, эталонна Людель 23 может быть реализована в виде цифрового фильтр на интегральных микросхемах 133 серии (133ИП4,133ТМ5,133ТМ7,133ИМЗ/; интеграторы 12, 17 и 22 - на микросхемах 133ИП4, 133ТМ5; сумматоры 2, ,9,11 и 13 - на микросхемах 133ИП4, 133ШЗ; регистры 16,19,21,27 и 31 - на микросхемах 133ТМ5, 133ТМ блоки умножени  10,14,15,18 и 20 и блок делени  30 - на арифметическом расширителе (умножнтеле) серии 1802 на микропроцессоре 1804ВС1; неизмен ема  часть регул тора 3 может быть реализована как цифровой Пу ПИ- или ПИД-регул тор на элементах серий 1802,1804, 133 и др.

Работа самонастраивающейс  системы управлени ,например скоростью вращени  электродвигател  с переменным приведенным моментом инерции и регулируемым потоком возбуждени , происходит след5тощим образом.

Задатчик I вырабатывает последовательность цифровых выборок задающего аналогового сигнала, именуемую в дальнейшем дл  кратности цифровыми задающим сигналом. Этот сигнал через сумматор 2 и неизмен емую часть регу л тора 3 поступает на цифро-аналоговый преобразователь 28 и после преобразовани  в аналоговую ве.пичину передаетс  через усилитель мощнасти 5 на электродвигатель 6, который благодар  совместному действию регул тора 32 и отрицательной обратной св зи с выхода датчика 7 скорости на вход сумматора 2 развивает скорость вращени , соответствующую данному задающему сигналу. Настроечные параметры регул тора 32. выбраны таким образом, что при номинальном приведенном моменте инерции двигател  и номинальном потоке возбуждени  динамичё :кие свойства системы (быстродействие и динамические ошибки по управлению и возмущению J удовлетвор ют техническим требовани м и считают-с  оптимальньми. Предположим, что коэффициент передачи двигател  между током и скоростью изменилс , например умень шилс  вследствие уменьшени  потока ;возбуждени  или увеличени  приведенного момента инерции, В этом случае во врем  переходного процесса , вызванного, например, увеличением цифрового задающего сигнала, выходной цифровой сигнал датчика 8 тока, проход  через блоки 9 - 12, вызовет изменение выходного сигнала интегратора 12, который вьтитаетс  в сумматоре 13 из цифрового сигнала датчика 7 скорости, и на выходе сум матора 13 по витс  отрицательный сигнал ошибки. Будучи умножен в блоке 1А на положительный выходной сигнал сумматора 9, он, проход  через блок 15, вызьшает уменьшение выходного сигнала интегратора 17, вследствие чего коэффициент переда:ч блока 10 умножени  по первому входу уменьшаетс  до тех пор, пока ошибка на выходе сумматора 13 не станет равней нулю, а коэффициент передачи по первому входу блока 10 умножени , т.е. выходной сигнал интегратора 17, не станет равным коэффициенту передачи двигател , че и обеспечиваетс  его идент1к1 икаци . Контур, образованный блоками И -13 и 18 (вместе с 19), обеспечивает затухание начальной ошибки., возникающей на выходе сумматора 13. Цифровой сигнал с выхода интегра тора 17. поступает на управл ющий вх измен емой части 4 регул тора 32, увеличива  коэффициент передачи регул тора и компенсиру , таким образом, уменьшение коэффициента передачи двигател , чем и достигает с  эффект параметрической самонастройки . Перенастройка коэффициента передачи регул тора 32 осуществл етс , например, путем изменени  стсв ности последовательности импульсов питани , подаваемых на цифро-аналог вый преобразователь 28. На фиг.2 показаны диаграммы выходного цифроаналогового преобразовател  . при различных ( до и посре самонастройки ) значени х коэффициента передачи измен емой части регул тора: во втором случае коэффициент передачи увеличилс  в 2 раза (пример вз условно ), что эквивалентно увеличеИию вдвое среднего значени  выходного тока усилител  5 мощности. Точна  идентификаци  коэффициента передачи двигател  оказываетс  возможной благодар  тому, что на входе настраиваемой модели двигател , образованной блоком 10 умножени  и интегратором 12, формируетс  сигнал, пропорциональный динамическому току, С этой целью интегратор 22 осуществл ет идентификацию составл ющей тока, пропорциональной отношению момента нагрузки к потоку возбуждени . Пусть, например, увеличилс  момент наг рузки двигател . В этом случае скорость двигател  начнет уменьшатьс , а ток - возрастать Поскольку сигнал на выходе интегратора 22 соответствует прежнему значению, момента нагрузки, то выходной сигнал сумматора 9 перестанет соответство- . вать динамическому току, воздействующему на двигатель. Выходной сигнал интегратора 12 увеличиваетс , а сигнал с выхода датчика 7 скорости уменьшаетс . Под действием возникшего на выходе сумматора 13 отрицательного сигнала ощибки выходной сигнал интегратора 22 (его знак отрицателен I начнет возрастать до тех пор, пока не придет в соответствие с новым значением момента нагрузки . Блок 34 сигнальной самонастройки обеспечивает согласование динамики системы с динамикой эталонной модели 23 путем подачи, на вход сумматора 2 дополнительного сигнала самонастройки . Эталонна  модель 23 настраиваетс , исход  из желаемого вида реакции системы на сигнал задатчика I, При параметрических возмущени х контур параметрической самонастройки вследствие своей инерционности вступает в действие не сразу. Напротив , контур сигнальной самонастройки начинает немедленно ликвидировать ошибку между скоростью двигател  и выходом эталонной модели. Блок 24 масштабных кoэффициeнtoв формирует сигналы ошибок по скорости и ее производной (.предполагаетс , что система с жесткой св зью между двигателем и механизмом всегда может быть представлена эквивалентной системой второго пор дка, в св зи с  ем дл  обеспечени  устойчивости процесса адаптации необходима информаци  только о первой производ-кой регулируемой координаты f, дл  чего из сигнала с первого выхода эталонной модели 23 вычитаетс  выходной сигнал датчика 7 скорости, а из сигнала с второго выхода эталоной модели 23 вычитаетс  сигнал с входа интегратора 12, Сигналы разности усиливаютс  со сво,нми весовыми коэффициентами, а затем суммируютс . Выходной сигнал блока 24 подаетс  на вход блока 25 форМировани  сигнала самонастройки. Этот блок реализует знаковую функцию (дл  чего входной сигнал в нем происходит через анализатор знака 26 и регистр 27 ) И вырабатьшает сигнал самонастройки воздействующий на вход сумматора 2. Построенна : таким образом система ликвидирует любые отклонени  регулируемой координаты от движени , предписьгааемого эталонной моделью, вне зависимости от того, какими причинами эти отклонени  вызваны: изменением параметров объекта (блоков 5 и 6, действием внешних возмущений исходными различи ми между динамическими свойствами объекта и эталониой модели . Контур сигнальной самонастройки компенсирует изменение параметров объекта в сравнительно узком диапазоне (до трех раз в обе стороны/ , в то врем  как основной контур сгмонастр эйки (параметрической обеспечивает отработку параметрических возмущений в широком диапазоне (дес тки раз },

благодар  исключению из подавл ющего большинства блоков прототипа операционн(1Х усилителей и переходу к методам цифровой обработки сигналов резко повышаетс  точность работы помехоустойчивость и надежность системь( при воздействии на нее различных де.стабнлизируюащх факторов (например температуры, влажности, наволок, собственных шумов ). В частности повышаетс  точность установки настроечных параметров системы (примерно с 0,5% до 0,01-0,02%/ и кратность их варьировани , а также точность идентификации нестационарного коэффициента передачи двигател , что, в свою очередь, позвоет повысить точйость параметрической самонастройки и расширить ее диапазон .

Фиг. 2

Claims (1)

1. САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА .УПРАВЛЕНИЯ, содержащая последовательно соединенные задатчик, первый · сумматор, регулятор, состоящий из последовательно соединенных неизменяемой и изменяемой частей, усилитель мощности, электродвигатель с установленными на нем датчиком регулируемой координаты и датчиком тока, последовательно соединенные второй сумматор, первый блок' умножения, третий сумматор, первый интегратор, четвертый сумматор и второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, первый вхдд которого соединен с выходом датчика тока, блок деления, второй интегратор’, выход которого подключен к управляющему входу изменяемой части регулятора, первому входу блока деления и второму входу первого блока умножения, выход датчика регулируемой координаты соединен с вторыми входами первого и четверто го сумматоров, последовательно соединенные эталонную модель, блок масштабных коэффициентов и блок формирования сигнала самонастройки, вы ход которого соединен с третьим входом первого сумматора, вход эталонной модели подключен к выходу задат чика, а ее второй выход - к второму входу блока масштабных коэффициентов, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходом датчика регулируемой координаты и выходом третьего сумматора, а также третий интегратор, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона допустимых изменений параметров системы, она содержит третий, четвертый и пятый блоки умножения, первый, второй, третий, четвертый и пятый регистры, анализатор знака, широтно-импульсный преобразователь и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выходом изменяемой части регулятора, цифровой вход является сигнальным входом изменяемой части регулятора, а вывод питания подключен к выходу ши4 ротно-импульсного преобразователя, 'цифровой вход которого соединен с выходом блока деления, первый вход которого является управляющим входом изменяемой. части регулятора, а второй вход присоединен к выходу пятого регистра, первый вход третьего блока умножения подключен к выходу второго блока умножения, второй вход - к выходу первого регистра, а выход - к входу второго интегратора, выход четвертого сумматора соединен с первыми входами четвертого и пятого блоков умножения, вторые входы четвертого и пятого блоков умножения подключены к выходам соответственно второго и третье го регистров, выход четвертого блока умножения соединен с вторым входом третьего сумматора, выход пятого блока умножения подключен к входу третьего интегратора, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, входом блока формирования сигнала самонастройки является вход анализа тора знака, выходом - выход четвертого регистра, вход которого соединен с выходом анализатора знака.