SU1732329A1 - След ща система - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области автоматического управлени  и позвол ет повысить быстродействие и точность и уменьшить перерегулирование след щей системы. Система содержит первый сумматор 1, интегратор 2, формирователь импульсов 3, соединенный выходом с управл ющим входом ключа 4, и последовательно соединенные усилитель мощности 5, исполнительный двигатель 6 и объект управлени  7, подключенный выходом к одному из входов измерител  рассогласовани  8, другим входом соединенного с выходом за- датчика 9, а выходом - с входом первого дискриминатора 10, подключенного выходом к входу усилител  11. Кроме того, система содержит второй дискриминатор, второй сумматор, модель исполнительного двигател  14 и датчик скорости 15, соединенный входом с выходом исполнительного двигател  6, а выходом - с вычитающим входом второго сумматора 13, подключенного суммирующим входом к выходу модели исполнительного двигател  14, а входом - к входу интегратора 2, соединенного выходом с первым входом первого сумматора 1, подключенного вторым входом к входу модели исполнительного двигател  14 и к выходу первого дискриминатора 10, а выходом - к первому информационному входу ключа 4, соединенного вторым информационным входом с выходом усилител  11, а выходом - с входом усилител  мощности 5, выход измерител  рассогласовани  через второй дискриминатор соединен с входом формировател  импульсов 3. 4 ил. со с

Description

Изобретение относитс  к автоматическому управлению, а именно к электрическим устройствам с внутренней обратной св зью, и может быть применено дл  регулировани  объектов, требующих повышен- ного быстродействи  и минимального перерегулировани  (например, в системах автоматической подстройки частоты магнетрона ).

Известна след ща  система, содержа- ща  первый элемент сравнени , усилитель, сумматор, двигатель с редуктором, датчик обратной св зи, второй элемент сравнени  и корректирующую цепь, состо щую из та- хогенератора, апериодического звена, третьего элемента сравнени , усилител , ключа схемы неравнозначности.

Недостатком этой системы  вл ютс  низкие динамические характеристики, вызванные тем, что корректирующий сигнал вводитс  только в режиме слежени  дл  компенсации сухого трени , а во врем  колебательных процессов исключаетс .

Известна также след ща  система, содержаща  элемент сравнени , первый сум- матор, регул тор Л/2, объект регулировани  Wi, второй сумматор, измерители задающего воздействи  Л/и2 и возмущени  WM1, третий сумматор, корректирующее звено WK и главную обратную св зь, в которой дл  ком- пенсации ошибки осуществл етс  косвенное измерение задающего воздействи  и возмущени .

Недостатком этой системы  вл етс  ухудшение динамических характеристик ус- тройства при больших скорост х отработки, возникновение насыщени  при больших сигналах рассогласовани  и отсутствие учета нелинейностей.

Из известных устройств наиболее близ- кой по назначению и технической сущности к предлагаемой  вл етс  след ща  система, котора  имеет максимальное количество сходных существенных признаков с предлагаемой .

Недостатком этой след щей системы  вл етс  ухудшение динамических характеристик устройства при больших скорост х отработки, возникновение автоколебаний при наличии люфта в редукторе объекта ре- гулировани .

Цель изобретени  - повышение быстродействи  и точности, а также уменьшение перерегулировани  след щей системы.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в след щую систему, содержащую первый сумматор, интегратор, формирователь импульсов , соединенный выходом с управл ющим входом ключа, и последовательно соединенные усилитель мощности, исполнительный двигатель и объект управлени , подключенный выходом к одному из входов измерител  рассогласовани , другим входом соединенного с выходом задатчика, а выходом - с входом первого дискриминатора , подключенного выходом к входу усилител , дополнительно введены второй дискриминатор, второй сумматор, модель исполнительного двигател  и датчик скорости , соединенный входом с выходом исполнительного двигател , а входом - с вычитающим входом второго сумматора, подключенного суммирующим входом к выходу модели исполнительного двигател , а выходом - к входу интегратора, соединенного выходом с первым входом первого сумматора , подключенного вторым входом к входу модели исполнительного двигател  и к входу первого дискриминатора, а выходом

-к первому информационному входу ключа, соединенного вторым информационным входом с выходом усилител , а выходом - с входом усилител  мощности, выход измерител  рассогласовани  через второй дискриминатор соединен с входом формировател  импульсов.

На фиг.1 представлена функциональна  схема след щей системы; на фиг.2 - фрагмент электрической принципиальной схемы; на фиг.З и 4 - временные диаграммы, по сн ющие работу системы.

След ща  система (фиг.1) содержит сумматор 1, интегратор 2, формирователь 3 импульсов, соединенный выходом с управл ющим входом ключа 4, и последовательно соединенные усилитель 5 мощности, исполнительный двигатель 6 и объект 7 управлени , подключенный выходом к одному из входов измерител  8 рассогласовани , другим входом соединенного с выходом задатчика 9, а выходом - с входом дискриминатора 10, подключенного к входу усилител  11.

След ща  система дополнительно содержит второй дискриминатор 14, второй сумматор 15, модель исполнительного двигател  16 и датчик 17 скорости, соединенный входом с выходом исполнительного двигател  6, а выходом - с вычитающим входом второго сумматора 15, подключенного суммирующим входом к выходу модели исполнительного двигател  16, а выходом - к входу интегратора 2, соединенного выходом с первым входом первого сумматора 1, подключенного вторым входом к входу модели исполнительного двигател  16 и к выходу первого дискриминатора 10, а выходом

-к первому информационному входу ключа 4, соединенного вторым информационным входом с выходом усилител  11, а выходом

- с входом усилител  5 мощности, выход измерител  8 рассогласовани  через второй дискриминатор 14 соединен с входом формировател  импульсов 3. Датчик 17 скорости содержит тахогенератор 12 и общую шину 13.

Модель исполнительного двигател  16 (фиг.2) может быть выполнена, например, на операционном усилителе 18, включенном по схеме инвертирующего усилител  с резистором 19, подключенным к инвертирующему входу, и резистором 20 и конденсатором 21, включенным параллельно в цепь обратной св зи.

Сумматор 15 (фиг.2) может быть совмещен с интегратором 2 и выполнен на операционном усилителе 22, включенном по схеме сумматора-интегратора, с резисторами 23 и 24, подключенными к инвертирующему входу, и конденсатором 25, включенным в цепь обратной св зи. Резистор 23 также подключен к выходу датчика 17 скорости, который может быть выполнен, например, в виде тахогенератора посто нного тока, вал которого механически соединен с выходом исполнительного двигател  6. Резистор 24 подключен также к выходу модели исполнительного двигател  16.

След ща  система (фиг1) работает следующим образом.

Входной сигнал от задатчика 9 поступает на вход измерител  8 рассогласовани , на второй вход которого поступает выходной сигнал объекта 7 управлени . Выходной сигнал измерител  8 рассогласовани  представл ет собой ошибку след щей системы в виде сигнала промежуточной частоты и поступает на вход дискриминаторов 10 и 14, выходные сигналы которых представл ют собой ошибку системы в виде напр жени  посто нного тока:

ff { F - F „, ) при |Г.,-Г „13Дю ™(F. -Fiu,) при IF., -P.., I Д га

TnV+l( - ) при «1а4м UotsgnfF., -F.U1) при IF,, -P., ,

0)

(2)

где Uio, Ui4 - выходные напр жени  дискриминаторов 10 и 14 соответственно;

Кю, Ki4 - коэффициенты передачи дискриминаторов 10 и 14;

FBX, Рвых - входной и выходной сигналы системы;

А ю , А14 - величина зоны линейности дискриминаторов 10 и 14 соответственно;

Тю, Ti4 - посто нные времени дискриминаторов 10 и 14;

DOI напр жение ограничени  выходного сигнала.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Выходное напр жение дискриминатора 14 поступает на вход формировател  3 импульсов , на выходе которого в зависимости от величины ошибки Uio, формируетс  логический сигнал из

(1 при lUiol Uy,

(3)

(Опри lUiol 2:Uy,

где Uy - напр жение уставки формировател  3 импульсов.

Выходной логический сигнал Us формировател  3 импульсов поступает на управл ющий вход ключа 4, который подключает вход усилител  5 мощности к выходу предварительного усилител  11 или сумматора 1 в зависимости от величины ошибки системы .

При большом значении ошибки, когда выходное напр жение дискриминатора IUi4l 2: Uy, сигнал дискриминатора 10 через предварительный усилитель 11 и ключ 4 поступает на вход усилител  5 мощности. При этом обеспечиваетс  высока  скорость отработки .

При отработке малых рассогласований, когда IUi4l Uy, на вход усилител  5 мощности поступает сигнал с выхода сумматора 1:

Ui K1iU2+Ki2Uio,(4)

где Ki и К12 - коэффициенты передачи сумматора 1 по первому и второму входам соответственно;

U2 выходное напр жение интегратора 2.

Напр жение U2 может быть представлено в виде

Г-К2 /Uexdt при IK2 / Uuxdtl 02 (5)

(4Jo2sgn(K2 / Uexdt) при IK2 / UBXdtl Uo2, где К2- коэффициент передачи интегратора 2;

Uo2 напр жение ограничени  выходного сигнала интегратора;

UBX Ki51Uie - Ki41Ki Ј2- входное напр жение интегратора 2;

KIS и Kis - коэффициенты передачи сумматора 15 по первому и второму входам соответственно;

Ui6 выходное напр жение модели исполнительного двигател  16;

коэффициент передачи датчика частоты вращени ;

Q- частота вращени  вала исполнительного двигател .

Выходной сигнал модели исполнительного двигател  16 имеет вид К 16

U 16 -

U ю

(7)

Tiep + 1 где Ki6 KnKsKeKi - коэффициент передачи;

TIG Те - посто нна  времени модели 16;

Те - механическа  посто нна  времени исполнительного двигател  6;

Uю - входное напр жение.

На выходе модели 16 формируетс  напр жение , пропорциональное идеальной скорости вращени  вала двигател  6 (при условии малой электромагнитной посто нной времени двигател  ТЭм Те).

При отработке больших рассогласований , когда значение сигнала ошибки (Рвх- Рвых) больше, чем величины зон линейности дискриминаторов Д ю и Д-и , выходные напр жени  дискриминаторов 10 и 14 посто нным и в соответствии с выражением (2) равны по величине (фиг.За, б. в). При этом частота вращени  Ј2вала двигател  6 будет также посто нной. Напр жение на выходе интегратора 2, как следует из выражени  (6), будет иметь в установившемс  режиме (to- ti) посто нную величину, котора  приведет к насыщению интегратора 2, т.е. к возникновению на его выходе посто нного напр жени  (фиг.Зе). При уменьшении рассогласовани , в момент времени ц, измен етс  сигнал на выходе формировател  3 импульсов(фиг.Зг, д). При этом интегратор 2 через сумматор 1 и ключ 4 подключаетс  к усилителю 5 мощности, на выходе которого по вл етс  сигнал, противоположный по знаку сигналу управлени  до момента времени ti. Поэтому двигатель 6 входит в режим торможени , что приводит к уменьшению входного напр жени  интегратора 2 (фиг.Зе) согласно выражению (6), и через врем , определ емое посто нной времени Т2 1/Ка, а также разностью идеальной и реальной частоты вращени  двигател , интегратор разр жаетс , уменьшает напр жение на двигателе 6 (фиг.Зж) и система переходит в режим отработки малых рассогласований .

Положительный технический эффект от применени  предлагаемой системы по сравнению с известной заключаетс  в увеличении быстродействи , точности и уменьшении перерегулировани  системы.

Указанный эффект подтверждаетс  следующим расчетом. При отработке больших рассогласований за счет выбора коэффициентов передачи усилител  Кп, усилител  мощности Ks и исполнительного двигател  Кб обеспечивает максимальна  скорость отработки , равна 

Q KnKsKeUio.

При отработке малых рассогласований в системе уменьшаетс  добротность дл  обеспечени  устойчивости и апериодического переходного процесса. Интегратор 2, включенный в корректирующую цепь, компенсирует вли ние напр жени  трогани  и обеспечивает высокую точность системы.

При этом интегратор 2 работает в линейной зоне (без насыщени ). Диаграммы выходных сигналов блоков след щей системы при малых рассогласовани х представлены на фиг.4. Дл  нагл дности форма сигнала на

входе прин та условно, так как реальное входное воздействие системы (температурные изменени  частоты магнетрона) имеют случайный характер.

Передаточна  функци  системы при отработке малых рассогласований может быть представлена в виде Wp() aк.оМ ту+Тзри)

PS2ski7(T,0p UT16p+ HTЈp4Tsp,}

где К - коэффициент передачи объекта управлени ;

Т2 Й1Л6т, Kl

Т К1бК2 3 К2К16

,

К5КбК15К17К2

Ks коэффициент передачи усилител  мощности 5;

Ке - коэффициент передачи исполни- тельного двигател  6;

Кп - коэффициент передачи датчика скорости 17.

К 5 К 6 К 15 К 17 К 2

Причем введение дополнительного интегратора не увеличивает пор док астатиз- ма системы, т.е. система имеет астатизм первого пор дка.

На предпри тии были проведены лабораторные испытани  предлагаемой след щей системы, в состав которой вход т: исполнительный двигатель ДПР 42-Н1-02 с коэффициентом передачи Ке 222 об/В х мин и посто нной времени Те 20 мс; тахогенератор 1,6 ТГП-2; редуктор; имитатор объекта управлени  и дискриминаторов с параметрами; рабочий диапазон 120 град, Кю 20 В/град, Л ю 0,1 град, Uoi 4 В, Ки 5 В/град, Ai4 0,5 град, Uy 2 В,

Тю 5 мс. Известна  след ща  система при согласовании угла рассогласовани  120 град имеет скорость отработки 6 град/с, перерегулирование 20%, врем  переходного процесса 0,2-0,3 с, точность 0,1-0,2 В ((на

выходе дискриминатора 10). Данна  след ща  система имеет скорость отработки 50 град/с, перерегулирование 0-10%, врем  переходного процесса 0,05-0,1 с, точность 0,02-0,05 В.

Claims (1)

1. Формула изобретени  След ща  система, содержаща  первый сумматор, интегратор, формирователь импульсов , соединенный выходом с управл ющим входом ключа, и последовательно соединенные усилитель мощности, исполнительный двигатель и объект управлени , подключенный выходом к одному из входов измерител  рассогласовани , другим входом соединенного с выходом задатчика, а выходом - с входом первого дискриминатора , подключенного выходом к входу усилител , отличающа с  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и точности и уменьшени  перерегулировани  системы, в ней установлены второй дискриминатор, второй сумматор, модель исполнительного

   0

   5

   двигател  и датчик скорости, соединенный входом с выходом исполнительного двигател , а выходом - с вычитающим входом второго сумматора, подключенного суммирующим входом к выходу модели исполнительного двигател , а выходом - к входу интегратора, соединенного выходом с первым входом первого сумматора, подключенного вторым входом к входу модели исполнительного двигател  и к выходу первого дискриминатора , а выходом - к первому информационному входу ключа, соединенного вторым информационным входом с выходом усилител , а выходом - с входом усилител  мощности, выход измерител  рассогласовани  через второй дискриминатор соединен с входом формировател  импульсов.

   L .Til J

   Фиг 2

   гг

   13

   ж)

   )

   о

   Фиг J

   С f

   а,

   Ре„.

   7

   ФиЛ f