SU1734072A1

SU1734072A1 - Speed optimal positional control system

Info

Publication number: SU1734072A1
Application number: SU904809995A
Authority: SU
Inventors: Николай Васильевич Кухаренко
Original assignee: Северо-Западный Заочный Политехнический Институт
Priority date: 1990-04-04
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1992-05-15

Abstract

Изобретение относитс к технике оптимального по быстродействию управлени и 2 позиционировани инерционными объектами , посто нна времени которых в процессе эксплуатации может измен тьс в широких пределах. Цель изобретени - упрощение системы управлени . Предлагаема система содержит сумматор 1, релейный усилитель 2, исполнительный механизм 3, измеритель 4 рассогласовани , задатчик 5 регулируемой величины, измеритель 6 регулируемой величины, дифференциатор 7, блок 8 выделени модул , элемент 9 суммировани , элемент 10 логарифмировани , измеритель 11 регулирующего воздействи 11, блок 12 умножени , элемент 13 делени , блок 14 сравнени , источник 15 посто иного сигнала, нелинейный преобразователь 16, объект 17 управлени . Данна система управлени формирует оптимальную функцию переключени д, независ щую от посто нной времени объекта Т. 1 ил. /7 СОThe invention relates to a technique of speed control and 2 positioning of inertial objects, the time constant of which during operation can vary over a wide range. The purpose of the invention is to simplify the control system. The proposed system comprises an adder 1, a relay amplifier 2, an actuator 3, a mismatch meter 4, a variable size setpoint adjuster 5, a variable size measurer 6, a differentiator 7, a module allocation unit 8, a summation element 9, a logarithm element 10, a control action meter 11, 11 a multiplication unit 12, a division element 13, a comparison unit 14, a constant signal source 15, a nonlinear converter 16, a control object 17. This control system forms an optimal switching function, independent of the time constant of the object T. 1 Il. / 7 CO

Description

XIXi

СО 4 ОCO 4 O

XIXi

юYu

Изобретение относитс к технике оптимального по быстродействию управлени и предназначено дл позиционировани инерционных объектов первого пор дка с неопределенной или нестационарной посто нной времени.The invention relates to a technique of speed-optimal control and is intended for the positioning of inertial objects of the first order with an indefinite or nonstationary constant time.

Известна оптимальна по быстродействию система управлени , содержаща последовательно соединенные измеритель рассогласовани задающего сигнала и регулируемой величины, дифференциатор, нелинейный преобразователь, сумматор, релейный усилитель и сервомотор посто нной скорости.A known speed-optimal control system comprising a serially connected driver and variable variable error meter, a differentiator, a non-linear converter, an adder, a relay amplifier, and a constant-speed servo motor.

Известна также оптимальна по быстродействию система управлени , содержаща последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласовани , дифференциатор, первый блок выделени модул сигнала, первый блок умножени , второй блок умножени , сумматор, релейный усилитель и исполнительный механизм, подключенный выходом к входам измерител регулирующего воздействи и объекта управлени , соединенного выходом через усилитель регулируемой величины с вторым входом измерител рассогласовани , выход которого соединен с вторым входом сумматора , а выход измерител регулирующего воздействи непосредственно соединен с вторым входом первого блока умножени и через последовательно соединенные второй блок выделени модул и нелинейный преобразователь-с вторым входом второго блока умножени .A control system is also known to be optimal in speed, comprising a serially connected master, an error meter, a differentiator, a first signal module selection module, a first multiplication unit, a second multiplication unit, an adder, a relay amplifier and an actuator connected by an output to the inputs of a regulator of the control action and a control object connected by an output through an adjustable-value amplifier with a second input of the error meter, the output of which is connected to the second input of the sum Ator, and an output meter regulating effect is directly connected with a second input of the first multiplier block and through series connected second block extracting unit and a nonlinear inverter, a second input of the second multiplying unit.

Наиболее близкой к предлагаемой вл етс оптимальна по быстродействию система управлени , содержаща последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласовани , дифференциатор , блок выделени модул , нелинейный преобразователь, блок умножени , сумматор , релейный усилитель и исполнительный механизм, подключенный выходом к входам измерител регулирующего воздействи и объекта управлени , соединенного выходом через измеритель регулируемой величины с вторым входом измерител рассогласовани , а нелинейный преобразователь содержит элемент делени и элемент суммировани , первый вход которого вл етс входом нелинейного преобразовател , второй вход соединен с выходом источника посто нного сигнала, а выход - с входом элемента логарифмировани , выход элемента делени вл етс выходом нелинейного преобразовател .Closest to the proposed is a speed-optimal control system comprising a serially connected master, an error meter, a differentiator, a module allocation unit, a non-linear converter, a multiplier unit, an adder, a relay amplifier and an actuator connected by an output to the inputs of the regulator of the control action and the control object connected to the output through the meter adjustable value with the second input of the error meter, and a nonlinear converter win dividing member and the summing element, the first input of which is input to the nonlinear converter, a second input connected to the output DC signal source, and an output - to an input element logarithm, yield dividing element is output nonlinear transducer.

Недостатком известной системы управлени вл етс ее сложность.A disadvantage of the known control system is its complexity.

Цель изобретени - упрощение системы за счет упрощени нелинейного преобразовател .The purpose of the invention is to simplify the system by simplifying the non-linear converter.

Поставленна цель достигаетс тем,The goal is achieved by

что в оптимальной по быстродействию системе управлени , содержащей последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласовани , дифференциатор, блок выделени модул , нелинейный преобразо0 ватель, блок умножени , сумматор, релейный усилитель и исполнительный механизм, подключенный выходом к входам измерител регулирующего воздействи и объекта управлени , соединенного выходом черезthat in a speed-optimal control system containing a serially connected master, an error meter, a differentiator, a module allocation unit, a non-linear converter, a multiplier unit, an adder, a relay amplifier and an actuator connected by an output to the inputs of a regulator of a control action and a control object connected by an output through

5 измеритель регулируемой величины с вторым входом измерител рассогласовани , а нелинейный преобразователь содержит элемент делени и элемент суммировани , первый вход которого вл етс входом не0 линейного преобразовател , второй вход соединен с выходом источника посто нного сигнала, а выход - с входом элемента логарифмировани , выход элемента делени вл етс выходомнелинейного5 a variable size meter with a second input of the error meter, and a nonlinear converter contains a division element and a summation element, the first input of which is the input of a non-linear converter, the second input is connected to the output of the constant source signal, and the output of the element division is the output of the linear

5 преобразовател , установлен блок сравнени , подключенный выходом к второму входу блока умножени , суммирующим входом - к выходу измерител регулируемой величины , а вычитающим входом - к выходу из0 мерител регулирующего воздействи и к второму вычитающему входу сумматора, соединенного суммирующим входом с выходом задатчика, а в нелинейном преобразователе выход элемента логариф5 мировани соединен с входом Делимое элемента делени , вход делител которого соединен с первым входом элемента суммировани .5 converter, a comparison unit is installed, connected by an output to the second input of a multiplication unit, a summing input - to the output of an adjustable-size meter, and a subtractive input - to the output of a regulator action counter and to the second subtractive input of an adder connected by a summing input to the output of the setpoint generator, and the nonlinear converter, the output of the element logarithm5 is connected to the input of the Divisible division element, the input of which divider is connected to the first input of the summation element.

На чертеже изображена функциональ0 на схема системы управлени .The drawing shows a functional scheme of the control system.

Система содержит сумматор 1, релейный усилитель 2, исполнительный механизм 3, измеритель 4 рассогласовани , задатчик 5, измеритель 6 регулируемой величины,The system contains an adder 1, a relay amplifier 2, an actuator 3, a mismatch meter 4, a setting device 5, a variable size meter 6,

5 дифференциатор 7, блок 8 выделени модул , элемент 9 суммировани , элемент 10 ло- гарифмировани , измеритель 11 регулирующего воздействи 11, блок 12 умножени , элемент 13 делени , блок 14 срав0 нени , источник 15 посто нного сигнала, нелинейный преобразователь 16, объект 17 управлени .5 differentiator 7, module allocation unit 8, summation element 9, logarithm element 10, regulator meter 11, multiplication unit 12, division element 13, unit of comparison 14, constant signal source 15, nonlinear converter 16, object 17 management

В системе последовательно соединены в виде замкнутого контура сумматор 1, ре5 лейный усилитель 2, исполнительный механизм 3, объект 17 управлени , измеритель 6 регулируемой величины, измеритель 4 рассогласовани , дифференциатор 7, блок 8 выделени модул , элемент 9 суммировани , элемент 10 логарифмировани , элементThe system is connected in series in the form of a closed loop: adder 1, relay amplifier 2, actuator 3, control object 17, adjustable size meter 6, error meter 4, differentiator 7, module allocation unit 8, summation element 9, log element 10, element

13 делени , блок 12 умножени , Вход измерител 11 соединен с выходом исполнительного механизма 3, а его выход - с входом сумматора 1 и входом блока 14 сравнени . Другой вход блока 14 сравнени соединен с выходом измерител 6, а выход блока 14 сравнени - с вторым входом блока 12 умножени . Выход задатчика 5 соединен с вторым входом сумматора 1 и вторым входом измерител и рассогласовани 4. Выход блока 8 выделени модул соединен с входом делител 13 элемента делени . Второй вход элемента суммировани 9 соединен с выходом источника 15 посто нного сигнала.13 divisions, the multiplication unit 12, the input of the meter 11 is connected to the output of the actuator 3, and its output to the input of the adder 1 and the input of the comparison unit 14. The other input of the comparator unit 14 is connected to the output of the meter 6, and the output of the comparator unit 14 with the second input of the multiplication unit 12. The output of the setpoint device 5 is connected to the second input of the adder 1 and the second input of the meter and the error 4. The output of the allocation unit 8 of the module is connected to the input of the divider 13 of the division element. The second input of summation element 9 is connected to the output of a constant source 15.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Задатчик 5 выдает на измеритель 4 рассогласовани сигнал Хзад, который сравниваетс с выходным сигналом измерител 6, пропорциональным регулируемой величине х. Сигнал рассогласовани Ј Хзад - х после дифференцировани дифференциатором 7 и выделени модул производной Ј блоком 8 становитс пропорциональным величинеThe setting device 5 generates on the error meter 4 a signal Hzad, which is compared with the output signal of the measuring device 6, which is proportional to the adjustable value x. The error signal Ј Hzad-x after differentiation by differentiator 7 and separation of the module by derivative Ј by block 8 becomes proportional to the value

i kmUKi kmUK

где km 1/kp k Um - угловой коэффициент наклона линейных участков статической характеристики блока 8 к оси абсцисс.where km 1 / kp k Um is the slope of the linear sections of the static characteristic of the block 8 to the x-axis.

Сигнал Ј поступает на вход элемента 9 суммировани ; на другой вход этого элемента от источника 15 поступает посто нный сигнал, численно равный одной единице измерени сигнала Ј (например, равный 1В). Суммарный сигнал после логарифмировани элементом 10 поступает на вход элемента 13 делени , где он делитс на величину сигнала |, подаваемого на его другой вход с блока 8. Выходной сигнал элемента 13 делени , пропорциональный величинеThe signal Ј is fed to the input of summation element 9; The other input of this element from the source 15 receives a constant signal, numerically equal to one unit of measurement of the signal например (for example, equal to 1B). The total signal after logarithm by element 10 is fed to the input of dividing element 13, where it is divided by the magnitude of the signal | fed to its other input from block 8. The output signal of dividing element 13 is proportional to

,-мЈ±ци, -mЈ ± qi

поступает на вход 12 умножени . На другой вход этого блока умножени с измерителей 6 и 11 через блок 14 сравнени подводитс сигнал, пропорциональный величинеenters the input 12 times. To the other input of this multiplication unit with the meters 6 and 11, through the comparison unit 14, a signal is supplied proportional to

(5,(3)(5, (3)

С блока умножени произведение сигналов, пропорциональных величинам , поступает на вход сумматора 1, на два других входа которого поступают сигнал задатчика 5, пропорциональный х3ад, и сигнал измерител 11, пропорциональный величине . На выходе сумматора 1 формируетс функци переключени From the multiplier the product of signals proportional to the magnitudes is fed to the input of the adder 1, to the two other inputs of which the signal of the setpoint 5, proportional to x3ad, and the signal of the meter 11, proportional to the value, are fed. The output of the adder 1 is formed by the switching function

g x3aA-k(g x3aA-k (

Хзад -k(5-(x-k(5)x Hzad -k (5- (x-k (5) x

ln(1 + I el/kpkUm), .ln (1 + I el / kpkUm),.

Xlel/kpkUm wXlel / kpkUm w

Поскольку согласно чертежу выходна величина сервомотораSince according to the drawing the output value of the servomotor

. Тх +Х Хзад -е-Тё, (.ч. Tx + X Hzad-e-Cho, (.ch

° k k lbj° k k lbj

то подстановка (5) и (4) приводит к выражению:then the substitution (5) and (4) leads to the expression:

+ ТЈ-(х- Хзад) + Е + Т Ј) X + ТЈ- (х- Хзад) + Е + Т Ј) X

х kp k М1 + lЈlх kp k М1 + lЈl

kp k Umkp k Um

Ј + TЈ-TkpkUmsigneln(1+-Мтг-),Ј + TЈ-TkpkUmsigneln (1 + -Mtg-),

Kp k UmKp k Um

которое совпадает с известной оптимальной , в смысле быстродействи , функцией переключени . Следовательно, функци переключени (4), не требующа дл своей ре- ализации априорной информации о значении посто нной времени объекта Т, обеспечивает оптимальное по быстродейст- вию управление при любых вариаци х параметра Т.which coincides with the known optimal, in the sense of speed, switching function. Consequently, the switching function (4), which does not require for its implementation a priori information about the value of the time constant of the object T, provides optimal performance with respect to any variation of the parameter T.

Исполнительный механизм 3, включенный релейным усилителем 2, двигаетс в зависимости от знака сигнала g в ту или иную сторону и перемещает регулирующийThe actuator 3, switched on by the relay amplifier 2, moves in one direction or another depending on the sign of the signal g and

орган, воздействующий на объект 17. Объект измен ет значение своей выходной координаты х. В момент, когда координата х достигнет заданного значени Хзад, сигнал Ј на выходе измерител и рассогласовани the body acting on the object 17. The object changes the value of its output x coordinate. At the moment when the coordinate x reaches the given value Hzad, the signal Ј at the output of the meter and the error

становитс равным нулю. При этом сигнал g на входе релейного усилител 2 тоже становитс нулевым, исполнительный механизм отключаетс и объект останавливаетс .becomes zero. At the same time, the signal g at the input of the relay amplifier 2 also becomes zero, the actuator is turned off and the object stops.

Claims

Invention Formula

A speed-optimized positional control system comprising a serially connected setpoint adjuster, an error meter, a differentiator, a module allocation unit, a nonlinear converter, a multiplication unit, an adder, a relay amplifier, and an actuator connected by an output to the inputs of the control action meter and

control object connected to the output through a variable size meter with the second input of the error meter, and the nonlinear converter contains a division element and

the summing, the first input of which is the input of the nonlinear converter, the second input is connected to the output of the constant signal source, and the output to the input of the logarithmic element, the output of the dividing element is the output of the nonlinear converter, which in order to simplify the system due to the simplification of the nonlinear converter, a comparison unit is installed in it, connected by an output to the second input of the multiplication unit, by a summing input - to the output of a variable-size meter, and by a subtracting input - to the output erator regulatory effects and to the second subtractor input of the adder coupled to summing za- input to an output of the sensor, and a nonlinear element logarithm converter output is connected to the input member dividing the dividend, divisor input of which is connected to a first input of summing element.