SU1635160A1

SU1635160A1 - Non-linear compensating device

Info

Publication number: SU1635160A1
Application number: SU894653154A
Authority: SU
Inventors: Алексей Дмитриевич Горбачев; Дмитрий Игоревич Коротовцев; Олег Анатольевич Сосновский; Владимир Константинович Шуклин
Original assignee: Минский радиотехнический институт
Priority date: 1989-02-20
Filing date: 1989-02-20
Publication date: 1991-03-15

Abstract

Изобретение относитс к двухканаль- ным нелинейным корректирующим устройствам и позвол ет осуществл ть как режим оптимального быстродействи , так и режим терминального управлени , при котором разные по величине скачки отрабатываютс за одно и то же врем . Целью изобретени вл етс расширение функциональных возможностей за счет инвариантности к величине входного сигнала. Устройство содержит измеритель рассогласовани 1, блок умножени скорости 2, сумматор 3, исполнительный двигатель 4 с нагрузкой, датчик скорости 5, нелинейное корректирующее устройство 6. в состав которого вход т пиковый детектор 7, масштабирующий блок 8, первый сумматор 9. сигнум-реле 10, первый переключатель 11, масштабирующий блок 12, второй сумматор 13, второй переключатель 14, источник посто нного напр жени 15, нуль-орган 16, усилитель 17, сигнальный вход 18, и первый 19 и второй 20 выходы нелинейного корректирующего устройства 6, блок умножени , блок выделени модул 22, третий переключатель 23 и вход 24 переключени режимов. Положительный эффект достигаетс за счет специального преобразовани управл ющего сигнала двигател . 1 ил. (Л СThe invention relates to two-channel non-linear corrective devices and allows both the optimal speed mode and the terminal control mode, in which the different jumps are processed during the same time. The aim of the invention is to enhance the functionality by invariance to the magnitude of the input signal. The device contains an error meter 1, a unit multiplying the speed 2, an adder 3, an executive motor 4 with a load, a speed sensor 5, a nonlinear correction device 6. composed of a peak detector 7, a scaling unit 8, the first adder 9. signum relay 10 , first switch 11, scaling unit 12, second adder 13, second switch 14, constant voltage source 15, null organ 16, amplifier 17, signal input 18, and first 19 and second 20 outputs of a nonlinear correction device 6, multiplication unit , The allocation unit module 22, the third switch 23 and the mode switching input 24. A positive effect is achieved through a special conversion of the engine control signal. 1 il. (Ls

Description

Изобретение относится к двухканальным нелинейным корректирующим устройствам и может быть использовано в быстродействующих системах позиционирования, например в станках с программным управлением, приводах роботов-манипуляторов, высококачественных следящих системах, а также в системах позиционирования, где требуется определенное время отработки различных по величине ступенчатых воздействий, т.е. терминальное управление. Примером могут служить координатные столы по сборке радиоэлектронной аппаратуры, а также звенья манипулятора промышленного робота, которые для перевода системы в заданную точку должны совершать различные перемещения за одинаковое время.The invention relates to two-channel non-linear corrective devices and can be used in high-speed positioning systems, for example, in machine tools with programmed control, robots of manipulator manipulators, high-quality tracking systems, as well as in positioning systems where a certain working time of various step-wise influences is required, t .e. terminal management. An example is the coordinate tables for the assembly of electronic equipment, as well as the links of the manipulator of an industrial robot, which must make various movements for the same time to transfer the system to a given point.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет инвариантности к величине входного сигнала.The purpose of the invention is the expansion of functionality due to invariance to the magnitude of the input signal.

Па чертеже представлена блок-схема системы автоматического регулирования с нелинейным корректирующим устройством.PA drawing shows a block diagram of an automatic control system with a nonlinear corrective device.

Схема содержит измеритель 1 рассогласования, блок 2 умножения скорости, сумматор 3, исполнительный двигатель 4 с нагрузкой, датчик 5 скорости, нелинейное корректирующее устройство 6, в состав которого входит пиковый детектор 7. второй масштабирующий блок 8, первый сумматор 9, сигнум-реле 10, первый переключатель 11, первый масштабирующий блок 12, второй! сумматор 13, второй переключатель 14, источник 15 постоянного напряжения, нульорган 1'6, усилитель 17, сигнальный вход 18 и первый 19 и второй 20 выходы нелинейного корректирующего устройства 6, блок 21 умножения, блок22 выделения модуля, третий переключатель 23 и вход 24 переключения режимов нелинейного корректирующего устройства 6.The circuit contains a mismatch meter 1, a speed multiplier 2, an adder 3, an actuator 4 with a load, a speed sensor 5, a nonlinear correction device 6, which includes a peak detector 7. a second scaling unit 8, a first adder 9, a signal relay 10 , the first switch 11, the first scaling unit 12, the second! adder 13, second switch 14, constant voltage source 15, nullorgan 1'6, amplifier 17, signal input 18 and first 19 and second 20 outputs of non-linear correction device 6, multiplication block 21, module selection block 22, third switch 23 and switching input 24 nonlinear correction device modes 6.

Обозначим U: - выходной сигнал i го блока. Ki - коэффицииент усиления i-ro бло ка.Denote U: is the output signal of the ith block. Ki is the gain of the i-ro block.

Выбор коэффициента передачи Кв масштабирующего блока 8 равным 0,5 обеспечивает необходимое положение линии переключения с режима разгона на режим торможения, а выбор коэффициента передачи Ki2 > 20 второго масштабирующего блока 12 обуславливает переход в установившийся режим после окончания переходного процесса при подходе к точке позиционирования.The selection of the transfer coefficient Кв of the scaling unit 8 equal to 0.5 provides the necessary position of the switching line from the acceleration mode to the braking mode, and the selection of the transfer coefficient Ki2> 20 of the second scaling unit 12 causes the transition to the steady state after the end of the transition process when approaching the positioning point.

Рассмотрим работу нелинейного корректирующего устройства в составе системы автоматического регулирования. Нелинейное корректирующее устройство может работать в двух режимах: в режиме с максимально возможным ускорением и в режиме терминального управления. Выбор режима осуществляется подачей на управляющий вход третьего переключателя 23 сигнала признака режима работы. При подаче сигнала, соответствующего режиму с максимально возможным ускорением, третий переключатель 23 находится в верхнем положении, т.е. замкнут на свой первый сигнальный вход. В этом режиме нелинейное корректирующее устройство работает как прототип и характеризуется тремя подрежимами: разгоном 0 < т < Тп/2, U7 IUiI !Consider the work of a nonlinear correction device as part of an automatic control system. The nonlinear correction device can operate in two modes: in the mode with the highest possible acceleration and in the terminal control mode. The choice of mode is carried out by applying to the control input of the third switch 23 a signal of a sign of the mode of operation. When applying a signal corresponding to the mode with the highest possible acceleration, the third switch 23 is in the upper position, i.e. shorted to its first signal input. In this mode, the nonlinear correction device works as a prototype and is characterized by three sub-modes: acceleration 0 <t <Tn / 2, U7 IUiI!

> 0,5lh; торможением T_n/2 < t < Т_п, 0.5U7 >>0.5lh; braking T _n / 2 <t <T _p , 0.5U7>

> ILJil > U7/K12 и режим, который возможен при подходе к точке позиционирования, т.е. режим апериодического движения 0< |U1|< U7/K12 (где t - текущее время, Т_п - время переходного процесса).>ILJil> U7 / K12 and the mode that is possible when approaching the positioning point, i.e. aperiodic motion mode 0 <| U1 | <U7 / K12 (where t is the current time, T _p is the transition process time).

При подаче сигнала, соответствующего режиму терминального управления, третий переключатель 23 находится в нижнем положении, т.е. замкнут на свой второй сигнальный вход. Рассмотрим работу нелинейного корректирующего устройства 6 в этом режиме при коэффициенте передачи масштабирующего блока 12 равным 20 (К12 = 20).When a signal corresponding to the terminal control mode is supplied, the third switch 23 is in the lower position, i.e. shorted to its second signal input. Consider the operation of the nonlinear correction device 6 in this mode with the transmission coefficient of the scaling unit 12 equal to 20 (K12 = 20).

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Пиковый детектор 7 запоминает экстремальное значение сигнала рассогласования Ui, формирует на своем выходе сигнал U7, равный величине входного скачка д, и хранит его до прихода сигнала на сброс с выхоfl а нуль-органа 16. В блоках 8 и 12 масштабирования значение сигнала LJ7 уменьшается соответственно в 2 и 20 раз и сравнивается в сумматорах 9 и 13 с текущим значением сигнала рассогласования Ui. В зависимости от результата сравнения возможны три подрежима работы нелинейного корректирующего устройства.Peak detector 7 remembers the extreme value of the mismatch signal Ui, generates a signal U7 at its output, which is equal to the value of the input jump d, and stores it until the signal arrives at reset from the output of the null-organ 16. In the scaling blocks 8 and 12, the value of the LJ7 signal decreases, respectively 2 and 20 times and compared in adders 9 and 13 with the current value of the error signal Ui. Depending on the result of the comparison, three sub-modes of the non-linear correction device are possible.

Первый подрежим соответствует разгону и выполняются условия 0 < t < Тп/2 и U7 S I Ui I > 0.5U7. В этом случае выходные сигналы первого и второго сумматоров 9 и 13 положительны, а первый и второй переключатели 11 и 14 находятся в нижнем положении. т.е. замкнуты на свои вторые сигнальные входы. Сигнум-реле 10 выдает на первый вход блока 21 умножения положительный ступенчатый сигнал Uio требуемой величины, которая определяется исходя из конкретных параметров системы, коэффициента усиления Щ и постоянной времени 1Ц исполнительного двигателя 4 с нагрузкой, а также заданного времени переходного процесса Т_п. Блок 21 умножения через третий переключатель 23 и первый переключатель 11 выдает на первый вход сумматора 3 произведение выходного сигнала пикового детектора U? и выходного сигнала сигнум-реле Uio. На второй вход сумматора 3 подается произведение выходного сигнала датчика 5 скорости Us. равного U<i, на выходной сигнал источника 15 постоянного напряжения U15.The first submode corresponds to overclocking and the conditions 0 <t <Tn / 2 and U7 SI Ui I> 0.5U7 are satisfied. In this case, the output signals of the first and second adders 9 and 13 are positive, and the first and second switches 11 and 14 are in the lower position. those. shorted to their second signal inputs. The signal relay 10 generates a positive step signal Uio of the required value to the first input of the multiplication unit 21, which is determined based on the specific parameters of the system, the gain U, and the time constant 1C of the actuator 4 with the load, as well as the set transient time T _p . The multiplication unit 21 through the third switch 23 and the first switch 11 outputs to the first input of the adder 3 the product of the output signal of the peak detector U? and the output signal of the Uio signal relay. The second input of the adder 3 is the product of the output signal of the speed sensor 5 Us. equal to U <i, to the output signal of the constant voltage source 15 U15.

В результате суммирования на выходе сумматора 3 образуется управляющее воздействие из. обеспечивающее разгон исполнительного двигателя 4 с ускорением, определяемым заданным временем переходного процесса.As a result of the summation at the output of the adder 3, a control action is generated from. providing acceleration of the actuator 4 with acceleration determined by a predetermined transient time.

Второй подрежим соответствует торможению и выполняются условия Тп/2 < t <Τη и 0,5 U7 > lUil >0,05U7. В этом случае выходной сигнал U9 первого сумматора 9 становится отрицательным, а выходной сигнал U13 второго сумматора 13 остается положительным. Поэтому первый и второй переключатели 11 и 14 продолжают находиться в прежнем состоянии, но на выходе сигнум-реле 10 сформируется отрицательный ступенчатый сигнал Uю определенной величины. В результате управляющее воздействие U3 обеспечивает торможение исполнительного двигателя 4 с ускорением определяемым заданным временем переходного процесса.The second submode corresponds to braking and the conditions Tn / 2 <t <Τη and 0.5 U7> lUil> 0.05U7 are satisfied. In this case, the output signal U9 of the first adder 9 becomes negative, and the output signal U13 of the second adder 13 remains positive. Therefore, the first and second switches 11 and 14 continue to be in the same state, but at the output of the signal relay 10, a negative step signal Uy of a certain value is generated. As a result, the control action U3 provides braking of the actuating motor 4 with acceleration determined by a predetermined transient time.

Третий подрежим возникает при подходе к точке позиционирования и характеризуется соотношением 0.05 U7 > I U11 > 0. В этом подрежиме выходные сигналы первОгР сумматора 9 U9 и второго сумматора 13 U13 будут отрицательными, в результате первый и второй переключатели 1 и 14 отсоединяют свои выходы от вторых сигнальных входов и подсоединяют их к первым сигнальным входам, т.е. переходят в верхнее положение, пропуская на свои выходы сигнал Ui. В этом случае обеспечивается апериодическое движение в установившемся режиме.The third sub-mode occurs when approaching the positioning point and is characterized by the ratio 0.05 U7> I U11> 0. In this sub-mode, the output signals of the first-ohm adder 9 U9 and the second adder 13 U13 will be negative, as a result, the first and second switches 1 and 14 disconnect their outputs from the second signal inputs and connect them to the first signal inputs, i.e. move to the upper position, passing the Ui signal to its outputs. In this case, aperiodic motion in steady state is provided.

Нелинейное корректирующее устройство 6 сформирует управляющий сигнал U6 = = U11, зависящий от величины входного скачка g₀ = U7, заданного времени переходного процесса Т_п, а также конкретных параметров системы коэффициента усиления К4 и постоянной времени Т4 исполнительного двигателя 4 с нагрузкой. Таким образом, при различных входных скачках обеспечивается разгон и торможение исполнительного двигателя 4 с таким ускорением U4, что заданное время переходного процесса Т_постается постоянным. Блок 22 выделения модуля служит для обеспечения требуемого направления движения при различных полярностях входного скачка Действительно, если входной скачок д₀ имеет отрицательное значение, то выходной сигнал пикового детектора 7 U7 также отрицательный, что приводит к появлению на выходе сигнум-реле 10 отрицательного ступенчатого сигнала U10. Непосредственное умножение выходных сигналов сигнум-реле 10 и пикового детектора 7 привело бы к появлению на выходе нелинейного корректирующего устройства 6 положительного сигнала Ur. хотя входной скачок имеет обратный знак Блок 22 выделения модуля позволяет устранить это несоответствие, так как с его помощью получается на втором входе блока умножения всегда положительная величина сигнала с выхода пикового детектора 7 U7, что не влияет на полярность выходного сигнала нелинейного корректирующего устройства 6. задаваемую сигнум-реле 10.Nonlinear correction device 6 will generate a control signal U6 = U11, which depends on the value of the input jump g ₀ = U7, the given transient time T _p , as well as the specific parameters of the gain system K4 and the time constant T4 of the actuator 4 with load. Thus, with various input jumps, acceleration and braking of the actuator 4 with such acceleration U4 is ensured that the predetermined transient time T _p remains constant. The module selection unit 22 serves to provide the required direction of movement for different input jump polarities. Indeed, if the input jump d ₀ has a negative value, then the output signal of the peak detector 7 U7 is also negative, which leads to the appearance of a negative step signal U10 at the output of the signal relay 10 . Direct multiplication of the output signals of the signal relay 10 and the peak detector 7 would lead to the appearance of a positive signal Ur at the output of the nonlinear correction device 6. although the input jump has the opposite sign. The module selection block 22 eliminates this discrepancy, since it always yields a positive signal from the output of the peak detector 7 U7 at the second input of the multiplication block, which does not affect the polarity of the output signal of the nonlinear correction device 6. Signal Relay 10.

Таким образом, использование новых блоков - блока умножения, третьего переключателя. блока выделения модуля позволяет использовать его не только в режиме с максимально возможным ускорением, но и в режиме терминального управления. В результате расширяются его функциональные возможности и область применения, что дает не только технический, но и экономический эффект.Thus, the use of new blocks - the multiplication block, the third switch. the module selection block allows you to use it not only in the mode with the maximum possible acceleration, but also in the terminal control mode. As a result, its functionality and scope are expanding, which gives not only technical, but also economic effect.

Claims

Claim

A nonlinear correction device comprising a peak detector, the signal input of which is connected to the signal input of a nonlinear correction device. the first signal input of the first switch, the first input of the first adder, the first input of the second adder. the first signal input of the second switch and through a zero-organ connected to the control input of the peak detector, the output of which is connected to the input of the first scaling unit and through the second scaling unit to the second input of the first adder, the output of which is connected to the input of the signal relay, the output of the second scaling amplifier connected to the second input of the second adder, the output of which is connected to the control inputs of the second switch and the first switch. the output of which is connected to the first output of the nonlinear correction device, the constant voltage source is connected to the second signal input of the second switch, the output of which through the amplifier is connected to the second output of the nonlinear correction device, characterized in that. in order to expand the functional capabilities due to the invariance to the value of the input signal, a module isolation unit, a multiplication unit, and a third switch are introduced, the control input of which is connected to the mode switching input of a nonlinear correction device, the signal-relay output is connected to the first input of the multiplication unit and the first signal the input of the third switch, the output of which is connected to the second signal input of the first switch, the output of the peak detector through the block selection module is connected to the second input m multiplication unit, whose output is connected to the second signal input of the third switch.