SU1559328A2 - Non-linear servo system - Google Patents

Non-linear servo system Download PDF

Info

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
Application number
SU884449493A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Аркадьевич Колесников
Сергей Андреевич Бутенков
Валентин Владимирович Бирко
Евгений Андреевич Бутенков
Original Assignee
Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова filed Critical Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова
Priority to SU884449493A priority Critical patent/SU1559328A2/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1559328A2 publication Critical patent/SU1559328A2/en

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)

Сравнение кривых и приведенных на фиг.З нормированных по разомкну™ той времен переходных процессов показывает , что известное устройство обеспечивает выигрыш во времени переходного процесса, равный 228% (в сравнении с линейной системой)г Предлегаемое устройство, в свою оче редь, обеспечивает выигрыш во времени 66% в сравнении с прототипом (или 294% в сравнении с линейной системой ), а процессы в ней  вл ютс  апериодическими. Быстродействие предлагаемой след щей системы всего на 22% меньше, чем у оптимальной по быстродействию. Формула изобретени Comparison of the curves and transients normalized at the breakdown of that time shown in FIG. 3 shows that the known device provides a gain in transient time equal to 228% (in comparison with the linear system) g The proposed device provides, in turn, The time is 66% in comparison with the prototype (or 294% in comparison with the linear system), and the processes in it are aperiodic. The speed of the proposed follow up system is only 22% less than that of the optimal one in terms of speed. Invention Formula Нелинейна  след ща  система по авт.ев, № 1142811, отличающа с  тем, что, с целью повыше ни  быстродействи  и уменьшени  колебательности системы, она дополнительно содержит второй нелинейный блок и второй источник опорного напржени , причем первый вход второго нелинейного блока соединен с выходом усилител , второй вход подключен к выходу второго источника опорного напр жени ;, а третий вход соединен с выходом датчика скорости, выходThe nonlinear tracking system according to the author, No. 1142811, characterized in that, in order to increase the speed and reduce the oscillation of the system, it further comprises a second nonlinear unit and a second source of reference voltage, the first input of the second nonlinear unit being connected to the output of the amplifier The second input is connected to the output of the second voltage source; and the third input is connected to the output of the speed sensor, the output второго нелинейного блока соединен с вторым входом сумматора.the second nonlinear block is connected to the second input of the adder. 0.5W0.5W Фиг. 2FIG. 2 Xfa #Xfa # И AND /, ,0 TO TJ гл/,, 0 TO TJ ch фие.Зfie.Z 1,5 l+Uon1.5 l + uon Ъ-QB Q 4,0 Ь4.0 b
SU884449493A 1988-06-30 1988-06-30 Non-linear servo system SU1559328A2 (en)

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)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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