SU1559328A2 - Non-linear servo system - Google Patents
Non-linear servo system Download PDFInfo
- Publication number
- SU1559328A2 SU1559328A2 SU884449493A SU4449493A SU1559328A2 SU 1559328 A2 SU1559328 A2 SU 1559328A2 SU 884449493 A SU884449493 A SU 884449493A SU 4449493 A SU4449493 A SU 4449493A SU 1559328 A2 SU1559328 A2 SU 1559328A2
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- nonlinear
- output
- input
- speed
- comparison
- Prior art date
Links
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к автоматизации промышленного оборудовани и может быть использовано в точных след щих и силовых приводах. Целью изобретени вл етс повышение быстродействи и уменьшение колебательности системы. Нелинейна след ща система содержит задатчик 1, измеритель 2 рассогласовани , сумматор 3, усилитель 4, первый 5 и второй 7 нелинейные блоки, первый 6 и второй 8 источники опорного напр жени , исполнительный механизм 9, датчики скорости 10 и положени 11 и объект 12 регулировани . Цель достигаетс за счет соответсвующего выбора статической характеристики второго нелинейного блока 7 и второго источника опорного напр жени 8. 4 ил.The invention relates to the automation of industrial equipment and can be used in precise follow up and power drives. The aim of the invention is to increase the speed and reduce the oscillation of the system. The nonlinear tracking system contains a setting device 1, a mismatch meter 2, an adder 3, an amplifier 4, the first 5 and second 7 nonlinear blocks, the first 6 and second 8 sources of reference voltage, the actuator 9, the speed sensors 10 and position 11 and the control object 12 . The goal is achieved by appropriately selecting the static characteristic of the second nonlinear unit 7 and the second source of the reference voltage 8. 4 Il.
Description
L.L.
Изобретение относитс к автоматизации промышленного оборудовани , может быть использовано в точных след щих и силовых приводах дл оборудовани с числовым программным управлением (ЧПУ) и вл етс усовер гаенствованием устройства по авт.св. № 114281 1..The invention relates to the automation of industrial equipment, can be used in precise tracking and power drives for computer numerical control (CNC) equipment and is an enhancement of the device according to the author. No. 114281 1 ..
Цель изобретени - повышение быст родействи и уменьшение колебатель- ности системы.The purpose of the invention is to increase the speed of the reaction and reduce the oscillation of the system.
На фиг,1 изображена структурна схема предлагаемой след щей системы; на фиг.2 характеристики нелинейных блоков; на фиг.З - нормированные кри вые переходных процессов в различных типах автоматических систем, исполь- зующ их один объект регулировани ; на фиг.4 электрическа структурна схема устройства (выделена штрихпунк тирной линией на фиг.1),Fig. 1 shows the flow chart of the proposed follow system; figure 2 characteristics of nonlinear blocks; FIG. 3 shows the normalized transient process curves in various types of automatic systems using their single control object; Fig. 4 is an electrical block diagram of the device (highlighted by the dash line in Fig. 1),
Структурна схема содержит последвательно соединенные задатчик 1, измеритель 2 рассогласовани , сумматор 3 и усилитель 4, первый нелиней ный блок 55 первый источник 6 опорно го напр жени , второй нелинейный бло 7, второй источник 8 опорного напр ™ жени , исполнительный механизм 9, с выходом которого соединены датчик 10 скорости и датчик 11 положени , а также объект 12 регулировани . На фиг.4 приведена одна из возможных технических реализаций устройства управлени , построенна на аналоговы интегральных схемах и отработанна путем макетировани . Устройство выполн ет функции блоков 2, 3, 5, 7, Введение новых элементов позвол ет регулировать значение колебательное- ти системы. Дл след щих систем необходимым требованием вл етс устойчивость . Известно, что системы, работающие на границе устойчивости, имеют колебательные переходные процессы .The structural circuit contains successively connected setpoint 1, error meter 2, adder 3 and amplifier 4, first nonlinear unit 55 first source 6 of reference voltage, second nonlinear unit 7, second source 8 of reference voltage, actuator 9, with output which are connected to the speed sensor 10 and the sensor 11 position, as well as the object 12 of the regulation. Fig. 4 shows one of the possible technical implementations of the control device, built on analog integrated circuits and developed by prototyping. The device performs the functions of blocks 2, 3, 5, 7. The introduction of new elements makes it possible to regulate the value of the oscillatory system. For tracking systems, stability is a necessary requirement. It is known that systems operating at the stability boundary have oscillatory transients.
Поэтому, расшир область устойчивости , можно обеспечивать и снижение колебательности системы. Предлагаетс вводить в устройство управле- ни статическое звено с характеристикойTherefore, expanding the area of stability, it is possible to provide a decrease in the oscillation of the system. It is proposed to introduce into the control unit a static link with a characteristic
F(x) |ср(х)|х,-(1)F (x) | cf (x) | x, - (1)
и предлагаютс различные варианты выбора функции tp (х) .and offer various options for selecting the function tp (x).
Между тем, предлагаетс введение в обратную св зь функционального преобразовател Meanwhile, an introduction to the feedback of a functional transducer is proposed.
( (
1one
|х| + U| x | + U
О х,Oh x
(2)(2)
onon
при этом If (0) --- Ј °оif (0) --- Ј ° about
UU
onon
5five
00
5five
00
5five
Таким образом, за счет введени источника опорного напр жени (реализуемого гораздо проще, чем блоки перемножени ) удаетс решить ту же задачу, что и в указанной работе с минимальными техническими затратами. Однако нелинейный преобразователь вводитс только в цепь главной обратной св зи. Это значит, что коэффициент главной обратной св зи измен етс в процессе регулировани , в то врем как коэффициент обратной св зи по скорости остае-л неизменным. Следовательно , в процессе регулировани измен етс и д-мпфирование системы (поскольку оно зависит от соотношени коэффицие . ,о .) . В результате, переходный процесс вл етс колебательным . Дополнительно вводимые в устройство блоки должны снизить колебательность .Thus, by introducing a source of reference voltage (realized much easier than multiplication blocks), it is possible to solve the same problem as in this work with minimal technical costs. However, a non-linear transducer is introduced only into the main feedback circuit. This means that the main feedback coefficient changes during the adjustment process, while the feedback feedback rate remains unchanged. Consequently, in the process of regulation, the d-mfp of the system also changes (since it depends on the ratio of the coefficient, o.). As a result, the transient is oscillatory. Additionally entered into the device blocks should reduce oscillation.
Найдем статическую характеристику нелинейного блока 7 дл объекта второго пор дка (в этот класс вход т, в частности, силовые электродвигатели, а также более сложные объекты, при условии отсутстви запаздываний,. инерционноетей и т.д.). Известно, что наиболее сложен дл целей управлени объект с нулевыми корн ми (на границе устойчивости)Let us find the static characteristic of the nonlinear block 7 for an object of the second order (this class includes, in particular, electric motors, as well as more complex objects, provided there are no delays, inertia networks, etc.). It is known that the object with zero roots (at the boundary of stability) is the most difficult for control purposes.
00
5five
00
5five
Хеь7 k x вх Heh7 k x in
(3)(3)
Тогда дифференциальное уравнение замкнутой след щей системы принимает вид У УЈ-Then the differential equation of the closed tracking system takes the form
Tt + Т-2.11Tt + T-2.11
уа - У2 т7т у koc, ,ya - Y2 t7t u koc,,
-оса-wasp
1212
(4)(four)
где.У. - ошибка слежени . Как известно , выбором значений Т4 и Т можно добитьс отсутстви перерегулировани (в линейных системах). Предположим , что это возможно и в нелинейных системах, где koc и переменные. В результате приходим к схеме предлагаемого устройства.where.U. - tracking error. As is known, by choosing the values of T4 and T, one can achieve no overshoot (in linear systems). Suppose that this is possible in nonlinear systems, where koc and variables. As a result, we come to the scheme of the proposed device.
Система работает следующим образом .The system works as follows.
С выхода задатчика 1 напр жение U, пропорциональное заданному положению объекта 12 регулировани , поступает на первый вход измерител 2 рассогласовани . На второй вход по51From the output of the setpoint device 1, the voltage U, proportional to the predetermined position of the control object 12, is fed to the first input of the error meter 2. At the second entrance po51
следнего поступает напр жение U с выхода нелинейного блока 5. Два напр жени U, и IL сравниваютс , и на выходе измерител 2 рассогласова- ни формируетс напр жение U4, про порциональное заданной скорости исполнительного механизма 9, которое поступает на первый вход сумматора 3. На второй инверсный вход суммато- ра 3 поступает напр жение U7 с выход второго нелинейного элемента 7, фор пирующего выходное напр женке в соот ветствии с поступающим на его третий вход сигналом с выхода датчика 10 скорости, пропорциональным скорости вращени исполнительного механизма 9 Второй нелинейный блок 7 предетгвл ет собой операционный усилитель с регулируемым коэффициентом усилени ; зависимость коэффициента усилени которого от суммы напр жений Uq. и иа показана на фиг.1 (крива ty2 )«,the last is the voltage U from the output of the nonlinear block 5. Two voltages U and IL are compared, and the output of the error meter 2 is the voltage U4, which is proportional to the set speed of the actuator 9, which is fed to the first input of the adder 3. On the second inverse input of the adder 3 receives the voltage U7 from the output of the second nonlinear element 7, which forms the output voltage in accordance with the signal coming from its output of the speed sensor 10 proportional to the rotation speed of the third input to its third input Mechanism 9 The second non-linear unit 7 predicts an op amp with an adjustable gain factor; the dependence of the gain factor on the sum of the voltages Uq. and it is shown in figure 1 (curve ty2) ",
Б соответствии с разностью посту™ пивших напр жений U7 к U.z сумматор 3 вырабатывает управл ющее напр жение дл исполнительного механизма 9, ко торое поступает на вход усилител 4. С выхода усилител 4 напр жение U подаетс в корную цепь исполнитель ного механизма 9, привод щего в дви жение обт-ект регулировани 12In accordance with the difference between the post-supply voltage of the U7 and Uz voltages, adder 3 produces a control voltage for the actuator 9, which is fed to the input of the amplifier 4. From the output of the amplifier 4, the voltage U is fed to the core circuit of the actuator 9, which leads in the movement of the control regulation 12
На первый -,ход нелинейных блоков 5 и 7 поступает напр жение U,- с выхода усилител 4. Дл задани порого линейности нелинейных блоков 5 и 7 в систему включены источники 6 и 8 оп. рн.,го напр жени . Напр жение Ug с вьсгода источника 6 опорного напр жени поступает на второй вход перво™ го нелинейного элемента 5, а напр - жение U. с выхода источника 8 опорного напр жени поступает на второй вход второго нелинейного элемента 7,The first, the stroke of nonlinear blocks 5 and 7, receives the voltage U, from the output of amplifier 4. To set the linearity of the nonlinear blocks 5 and 7, sources 6 and 8 op. ph. The voltage Ug from the whole of the source 6 of the reference voltage goes to the second input of the first nonlinear element 5, and the voltage U. from the output of the source 8 of the reference voltage goes to the second input of the second nonlinear element 7,
В режиме малых отклонений при вы- полнении услови U U6 характерно- тика первого нелинейного блока 5 становитс линейной,, аналогично приIn the mode of small deviations, when the condition U U6 is fulfilled, the characteristic of the first nonlinear block 5 becomes linear, similarly
U4 Ug становитс линейной характеристика , второго нелийного блока 7 (фиг.2). Статические характеристики нелинейных блоков 5 и 7 показаны на фиг.2.U4 Ug becomes the linear characteristic of the second non-linear block 7 (Fig. 2). The static characteristics of the nonlinear blocks 5 and 7 are shown in FIG.
Характеристика первого нелинейного , блока 5 представл ет собой зависи мость коэффициента передачи k5 от суммы напр жений |U4| + Ug, аналитически выражающуюс следующей формулойThe characteristic of the first non-linear, block 5, is the dependence of the transfer coefficient k5 on the sum of the stresses | U4 | + Ug, analytically expressed by the following formula
Ml + U6 k,i 5 Ml + U6 k, i 5
(5)(five)
что обеспечивает линейность характеристики при малых отклонени х. Характеристика второго нелинейного блока 7 представл ет собой зависимость коэффициента передачи kT от суммы напр жений Ug и выбрана таким образом, чтобы удовлетвор лось соотношение -,which ensures the linearity of the characteristic with small deviations. The characteristic of the second non-linear unit 7 is the dependence of the transfer coefficient kT on the sum of the voltages Ug and is chosen in such a way as to satisfy the ratio -,
II
U4I+ «{U4I + “{
(6)(6)
-.Величина выходного напр жени U6 источника 6 опорного напр жени выбираетс равной величине коэффициента передачи kH датчика 1 положени .The magnitude of the output voltage U6 of the source 6 of the reference voltage is chosen to be equal to the magnitude of the transfer coefficient kH of the position sensor 1.
т„е„ Ufi kt „e„ Ufi k
11 eleven
что обеспечивает еди-twhat provides one-t
ничную главную обратную св зь.single main feedback.
Обозначив коэффициенты передачи блоков как kj (где i - номер блока согласно фиг,1) выражение дл Т и ТQ из (А) можно- записать через коэффициент передачи блоков в виде 1Denoting the block transfer coefficients as kj (where i is the block number as shown in FIG. 1), the expression for T and TQ from (A) can be written through the block transfer factor as 1
m-m- (-k,k,k7k«,k,0 t i ( LIm-m- (-k, k, k7k «, k, 0 t i (LI
(7)(7)
+ ()г- 4k2kJk5k,kH/2+ () g - 4k2kJk5k, kH / 2
Чтобы минш-тзироБлть колебатель™ ность, т.е. удовлетворить требованию предъ вп емому к системе, как известно , необходимо, чтобы удовлетвор лос равенствоSo that the minsh-tziroBlt oscillator ™ ness, i.e. to satisfy the requirements imposed on the system, as it is known, it is necessary to satisfy the equality
(k3k4k7kqk Отсюда(k3k4k7kqk From here
)- 4k2k,k5k9k 0 ) - 4k2k, k5k9k 0
0.0
.jk (k7k, У.jk (k7k, y
-k,-k,
С, (8)C, (8)
где ь - посто нна , завис ща от паwhere b is constant depending on pa
22
сие темы следующим , k3k4kekfoThis topic is as follows, k3k4kekfo
образомway
(9)(9)
Выбира k в соответствии с соотношением (7), становитс возможным устранить колебательность в системе, что вл етс очень важным дл р да практически важных объектов управлени . Введение нелинейного блока 5 в обратную св зь по скорости выгодно отличает предлагаемую след щую систему от известной, так как при этом повышаетс качество регулировани (сведено до минимума перерегулирование).Choosing k in accordance with relation (7) makes it possible to eliminate oscillation in the system, which is very important for a number of practically important control objects. The introduction of non-linear unit 5 in speed feedback distinguishes the proposed follow-up system from the known one, since this improves the quality of the regulation (the overshoot is minimized).
Дл доказательства существовани положительного эффекта и сравнени процессов в линейных и нелинейных системах было выполнено математическое моделирование р да автоматических систем. Моделирование выполнено на ЭВМ СМ-3 по методу Рунге-Кутта сTo prove the existence of a positive effect and compare the processes in linear and nonlinear systems, mathematical modeling of a number of automatic systems was performed. The simulation was performed on a SM-3 computer using the Runge-Kutta method with
автоматическим выбором шага. Полу™ ченные в результате моделировани нормированные кривые переходных про- цессов приведены на фиг.З. Длитель ность переходных процессов, как при- н то в теории автоматического управлени , определ лась по входу в 5% трубку. Во всех случа х задающее воздействие было ограниченным и вы- давалось функцией I(t).automatic step selection. The simulated normalized transient process curves are shown in FIG. The duration of transients, as in automatic control theory, was determined by the entrance to the 5% tube. In all cases, the driver was limited and was given by the function I (t).
Крива 1 представл ет собой раз- гонную характеристику двигател еле- д щей системы. Она характеризует пре дельные динамические возможности разомкнутой системы с выбранным объектом. .Curve 1 is the acceleration characteristic of the engine of the propulsion system. It characterizes the limiting dynamic possibilities of an open-loop system with a selected object. .
Крива 2 представл ет собой процесс в оптимальной по быстродействию системе (при управл ющем воздействии ограниченном +.1). Она характеризует предельные динамические возможности замкнутых систем.Curve 2 is a process in a time-optimal system (with a control action limited to + 1). It characterizes the limiting dynamic capabilities of closed systems.
Крива 3 соответствует процессу в предлагаемой системе Curve 3 corresponds to the process in the proposed system
Крива 4 изображает переходный процесс при настройке на технический оптимум,Curve 4 depicts the transition process when tuning to the technical optimum,
Наконец, крива 5 соответствует переходному процессу в линейной сис теме, рассчитанной по методу модэль- ного управлени (биномиальное распре- деление коэффициентов).Finally, curve 5 corresponds to the transition process in a linear system, calculated by the method of model control (binomial distribution of coefficients).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884449493A SU1559328A2 (en) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | Non-linear servo system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884449493A SU1559328A2 (en) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | Non-linear servo system |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU1142811 Addition |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1559328A2 true SU1559328A2 (en) | 1990-04-23 |
Family
ID=21385116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU884449493A SU1559328A2 (en) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | Non-linear servo system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1559328A2 (en) |
-
1988
- 1988-06-30 SU SU884449493A patent/SU1559328A2/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР № 1142811, кл. G 05 В 11/01, 1985. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zanasi et al. | Nonlinear filters for the generation of smooth trajectories | |
Hung et al. | Variable structure control: A survey | |
EP0012620A2 (en) | Closed loop type numerical-controlled machine tool | |
Li et al. | Position tracking control for permanent magnet linear motor via fast nonsingular terminal sliding mode control | |
Lu et al. | Design of a perturbation estimator using the theory of variable-structure systems and its application to magnetic levitation systems | |
Kravaris et al. | Output feedback control of nonminimum-phase nonlinear processes | |
Younkin | Modeling machine tool feed servo drives using simulation techniques to predict performance | |
JP2861277B2 (en) | Positioning control device and positioning control method | |
US4553078A (en) | Servo control booster system for minimizing following error | |
Wai et al. | Robust fuzzy neural network control for linear ceramic motor drive via backstepping design technique | |
SU1559328A2 (en) | Non-linear servo system | |
US3096471A (en) | Optimizing automatic control servosystem | |
Amann et al. | New results in iterative learning control | |
Mamani et al. | On-line fast algebraic parameter and state estimation for a DC motor applied to adaptive control | |
Youney | A comparison and evaluation of common PID tuning methods | |
Getu | Control System Compensator Design using Root Locus Approach | |
Owayjan et al. | A comparison between frequency domain and time domain controller synthesis: Position control of a DC motor | |
Kadu et al. | Design of PI controller for liquid level system using Siemens distributed control system | |
Bulale et al. | Design and development of DSP-based hybrid controller for servo driver applications | |
DeSantis | An adaptive PI/sliding mode controller for a speed drive | |
Bandyopadhyay et al. | PLC based flow control system using a motor operated valve | |
Qiao et al. | Implementation of a new nonlinear controller for DC-DC converter using Matlab and DSPACE DSP | |
Khuakoonratt et al. | I-PDA incorporating FFC control system designed by CDM | |
SU1249478A1 (en) | Self-adjusting control system | |
SU736055A1 (en) | Device for dynamic testing |