SU318907A1

SU318907A1 - FOLLOWING SYSTEM WITH NONLINEAR CORRECTION

Info

Publication number: SU318907A1
Application number: SU1439320A
Authority: SU
Original assignee: В. К. Стеклов, Р. К. Мищенко, А. А. Кошевой , А. П. Манжуло

Description

Изобретение относитс к области автоматического регулировани и может быть использовано в тех след щих системах, где наличие нелинейности типа люфта нежелательно.The invention relates to the field of automatic regulation and can be used in those tracking systems where the presence of non-linearity of the backlash type is undesirable.

Известна след ща система состоит из последовательно соединенных предварительного усилител , усилител мощности, двигател с редуктором и объекта, охваченных единичной обратной св зью, и релейного элемента, соединенного через усилитель и дифференцирующий блок со входом предварительного усилител .The known tracking system consists of a series-connected preamplifier, a power amplifier, a motor with a gearbox and an object covered by a single feedback link, and a relay element connected through an amplifier and a differentiation unit to the preamplifier input.

Предлагаема система содержит также подключенную ко входу усилител мощности модель усилител мощности с двигателем, вход которой соединен с выходом предварительного усилител , при этом двигатель через преобразователь подключен к вычитателю, второй вход которого св зан с выходом релейного элемента, а выход - со входом усилител мощности. В результате этого повышаетс точность след щей системы за счет полной линеаризации нелинейности типа люфта при медленно мен ющихс управл ющих воздействи х и устранени статической ошибки.The proposed system also contains a model of a power amplifier with a motor connected to the input of the power amplifier, the input of which is connected to the output of the preamplifier, while the engine is connected via a converter to a subtractor, the second input of which is connected to the output of the relay element and the output to the input of the power amplifier. As a result, the accuracy of the servo system is improved due to the complete linearization of the non-linearity of the backlash-type under slowly varying control actions and the elimination of static errors.

На фиг. 1 представлена структурна схема след щей системы с нелинейной коррекцией где:FIG. Figure 1 shows a block diagram of a follow-up system with non-linear correction where:

сигнал на выходе блока /; 82(0-сигнал ошибки внутреннего замкнутого контура; 2i(0 -сигнал на входе блока 5; g(t} - сигнал на выходе реле; pi (/) - регулируема величина на выходе внутренней след щей системы;block output signal /; 82 (0 is the signal of the internal closed loop error; 2i (0 is the signal at the input of block 5; g (t} is the signal at the relay output; pi (/) is the controlled value at the output of the internal tracking system;

22(022 (0

суммарный сигнал @i(t)+02()1 - предварительный усилитель; 2 - дифференцирующий блок; 3 - усилитель; 4 - модель; 5-усилитель мощности и двигатель; 6-the sum signal @i (t) +02 () 1 is a preamplifier; 2 - differentiating unit; 3 - power; 4 - model; 5-power amplifier and motor; 6-

релейный элемент; 7 - редуктор с нелинейностью типа люфта; 8 - объект; 9 - преобразователь; 10 - вычитатель.relay element; 7 - gearbox with non-linearity of backlash type; 8 - object; 9 - converter; 10 - subtractor.

На фиг. 2 представлены графики, иллюстрирующие прохождение гармонического сигнала через нелинейное звено с нелинейностью типа люфт:FIG. 2 shows graphs illustrating the passage of a harmonic signal through a nonlinear link with non-linearity of backlash type:

F(х - нелинейна характеристика звена; у - угол наклона характеристики; X - входной сигнал нелинейности; X - производна F (x is a nonlinear characteristic of the link; y is the angle of inclination of the characteristic; X is the input signal of nonlinearity; X is the derivative

входного сигнала по времени; X - входной сигнал нелинейности при наличии смещени ; ±UCK- напр жение смещени ; а - выходное напр жение нелинейного звена нри отсутствии смещени ; б - то же, при наличии смещени ;time input signal; X is the input nonlinearity signal in the presence of bias; ± UCK offset voltage; a is the output voltage of the nonlinear link at the absence of bias; b - the same, in the presence of displacement;

Дф - фазовый сдвиг.Df - phase shift.

След ща система с нелинейной коррекцией (фиг. 1) состоит из основного замкнутого контура регулировани , состо щего из блоков 1,5, 7, 8, внутреннего замкнутою контура, состо обратной св зью, модели блока 5 (блок 4), цепи нелинейной коррекции, содержащей дифференцирующий блок 2, усилитель 5 и релейный элемент 6. Основной замкнутый контур регулировани представл ет собой след щую систему с астатизмом первого пор дка относительно управл ющего воздействи a(t). При изменении управл ющего воздействи по вл етс сигнал ошибки 6(0- Сигнал ошибки дифференцируетс по времени блоком 2, усиливаетс до величины, необходимой дл срабатывани релейного элемента 6. С него сигнал посто нной амплитуды поступает. на блок 5, охваченный отрицательной обратной св зью, через элемент сравнени . Блок 5 вл етс внутренним замкнутым контуром регулировани и представл ет собой след щую систему , где управл ющи, воздействием вл етс сигнал g(t) с релейного элемента, а регулируемой величиной - Pi(0- Внутренний замкпутый контур регулировани - след ща система с астатизмом нулевого пор дка относительно сигнала g(t). Внутренний замкнутый контур регулировани отрабатывает g(t) точно на величииу, равную половине ширины зоны нечувствительности люфта (А), что позвол ет быстро перейти па линейный участок нелинейной характеристики (см. фиг. 2). При другой пол рности сигнала ошибки напр жение g(t) также мен ет пол рность, а рабоча точка нелинейной характеристики перемещаетс на 2Д по оси X. Коэффициент передачи нелинейного звена с нелинейностью типа люфта в этом случае (с цепью коррекции) будет определ тьс : Kn isy, где Y - угол наклона характеристики. Подключение цепи нелинейной коррекции 40 приводит к тому, что в зависимости от фазы сигнала ошибки в() мен етс рабоча точка, что равносильно нодаче смещени па вход нелинейности. Па фиг. 2 показано, что если смещени нет 45 (крива X), выходное напр жение нелинейного звена сдвигаетс по фазе на Аф и ограничиваетс (крива а). Папр жение смещени мен ет пол рность в тот момент, когда производна сигнала X мен ет знак. Поэтому та же крива X при наличии нереключающего смещени имеет вид Х, а напр жение на выходе нелинейности представлено кривой б. Таким образом, устран етс фазовый сдвиг Аср и восстанавливаетс синусоидальна форма сигна- 55 ла, нелинейность линеаризуетс . Графики вычерчены без учета времени переходного процесса , полага , что на вход системы поступают медленпо мен ющиес сигналы, а врем переходного процесса внутреннего замкнутого контура мало. Дл того, чтобы замкнутый внутренний контур регулировани преобразовывал 50 65 Найдем вид передаточной функций блока 4, сли блок 5 имеет передаточную функцию ида: 2 Д(Р) W, (р) ( Гдир + 1)р F{p) где KZ - коэффициент усилени ; Гдв - постонна времени двигател ; р -оператор Лапласа; Д(р)К2; F(p) ()p. Обозначим передаточную функцию блока 4 через /Св(р), тогда изображение по Лапласу сигнала на выходе двигател , обусловленного только ошибкой Qi(t) равно: о,(р)ДМ .едр) Д(р) + Р(р) Д(р) + Р(р) K,{p}Q,(p}. Поставим условие, чтобы прохождение сигнала Gi(/) при наличии отрицательной св зи внутреннего контура было таким же, как и при отсутствии отрицательной св зи, т. е. (/)о/„м Д(Р) 0i(p)+ К(р)&.(р)-- Д(р} + Р(р) Д(Р} + F(P) Д(р) + Д(р) К, (р) Р(р) Д{р). Д(р) + F{p), Л(р}-р(р)1 + К.Ш Д(Р)-1Д{р) + Р{р), 1+К.(, р(р} откуда: Таким образом, блок 4 должен быть моделью звена, охваченного отрицательной обратной св зью, Статическа ошибка устран етс за счет замкнутого внутреннего контура. Если бы этот контур был незамкнут, то подача скачка g(t) на входе блока 5 (апериодическое и интегрирующее звено) привела бы к по влению статической ошибки, определ емой величиной зоны нечувствительности люфта. Предмет изобретени След ща система с нелинейной коррекцией , содержаща пследовательно соединенные предварительный усилитель, усилитель мощности, двигатель с редуктором и объект, охваченные цепью единичной обратной св зи, а также релейный элемент, св занный через усилитель и дифференцирующий блок со входом предварительного усилител , отличающа с тем, что, с целью повышени точности системы , она содержит подключенную ко входу усилител мощности модель усилител мощпости с двигателем, вход которой соединен с выходом предварительного усилител , при этом двигатель через преобразователь подключенA follow-up system with non-linear correction (Fig. 1) consists of a main closed control loop, consisting of blocks 1.5, 7, 8, an internal closed loop, a feedback loop, a model of block 5 (block 4), a non-linear correction circuit containing differentiating unit 2, amplifier 5 and relay element 6. The main closed loop control is a tracking system with first-order astatism with respect to the control action a (t). When the control action changes, an error signal 6 appears (0) The error signal is differentiated by time by block 2, amplified to the magnitude required for operation of the relay element 6. From it, a constant amplitude signal is fed to block 5 covered by negative feedback , through the element of comparison. Block 5 is an internal closed control loop and is a tracking system, where the control is influenced by the signal g (t) from the relay element, and the controlled variable is Pi (0 - Internal closed the control loop is a tracking system with zero-order astatism with respect to the signal g (t). characteristics (see Fig. 2). With another error signal polarity, the voltage g (t) also changes polarity, and the operating point of the nonlinear characteristic moves 2D in the X axis. The transfer coefficient of the nonlinear link with backlash-type nonlinearity ray (with correction circuit) will be determined by: Kn isy, wherein Y - angle characteristics. Connecting a nonlinear correction circuit 40 causes the operating point to change depending on the phase of the error signal in (), which is equivalent to assigning a bias to the nonlinearity input. Pa figs. Figure 2 shows that if the offset is not 45 (curve X), the output voltage of the nonlinear link shifts phase by AF and is limited (curve a). The offset bias changes polarity at the moment when the derivative of the signal X changes sign. Therefore, the same curve X in the presence of a non-switching bias is of the form X, and the voltage at the nonlinearity output is represented by the curve b. Thus, the Asp phase shift is eliminated and the sinusoidal waveform of the signal is restored, the nonlinearity is linearized. The graphs are drawn without taking into account the time of the transition process, we believe that slow-varying signals arrive at the system input, and the time of the transition process of the internal closed loop is short. In order for the closed internal control loop to convert 50 65 Let's find the type of transfer functions of block 4, if block 5 has transfer function ida: 2 D (P) W, (p) (Gdir + 1) p F {p) where KZ is the coefficient gain; GDV - engine time; p-operator of Laplace; D (p) K2; F (p) () p. Denote the transfer function of block 4 by / S (p), then the image of the Laplace signal at the engine output, due only to the error Qi (t) is: o, (p) DM .edr) D (p) + P (p) D ( p) + P (p) K, {p} Q, (p}. We set the condition that the passage of the signal Gi (/) in the presence of a negative connection of the inner loop is the same as in the absence of a negative connection, i.e. . (/) o / „m D (P) 0i (p) + K (p) &. (p) - D (p} + P (p) D (P} + F (P) D (p ) + D (p) K, (p) P (p) D (p). D (p) + F (p), L (p} -r (p) 1 + C. C D (P) -1D {p) + P {p), 1 + K. (, p (p} from where: Thus, block 4 must be a model of a link covered by a negative inverse In other words, the static error is eliminated due to the closed internal circuit. If this circuit were open, the feed of the jump g (t) at the input of block 5 (aperiodic and integrating link) would lead to the appearance of a static error determined by the magnitude of the zone insensitivity backlash. Subject of the Invention A non-linear correction follow-up system comprising successively connected preamplifier, power amplifier, motor with gearbox and object covered by a single feedback circuit, as well as a relay element associated with an amplifier and a differentiation unit with a preamplifier input, characterized in that, in order to improve the accuracy of the system, it contains a model of a power amplifier with an engine connected to the power amplifier input, the input of which is connected to the preamplifier output; converter is connected

к. вычитателю, второй вход которого св зан с выходол релейного элемента, а выход - со входом усилител мощности.K. subtractor, the second input of which is connected to the output of the relay element, and the output to the input of the power amplifier.

л It)l it)