SU590695A1 - Экстремальный регул тор дл резонансного объекта - Google Patents

Description

1

Предлагаемый экстремальный регул тор предназначен дл  использовани  в системах автоматического управлени  резонансными объектами (вибрационными машинами различного назначени , RLC-контурами и т. д).

Известны экстремальные регул торы, используемые дл  вы влени  и поддержани  экстремума в объектах, обладающих экстремальной статической характеристикой, дрейфующей при изменении внутренних и внешних возмущений, поступающих на объект 1, 2.

Из известных экстремальных регул торов наиболее близким по технической сущности  вл етс  регул тор, содержащий датчик управл ющего воздействи , датчик управл емой величины, два пороговых устройства, два дифференциатора , триггер, выход которого через интегратор соединен с исполнительным механизмом 3. Применение в схеме регул тора указанных элементов обусловлено особенностью резонансных объектов - однозначной зависимостью между амплитудными характеристиками объекта, имеющими экстремум (резонансный режим) и его фазовыми характеристиками , измен ющимис  монотонно, а также использованием последних дл  вы влени  и поддержани  экстремума. При этом резонансному режиму соответствует некоторый характерный угол фазового сдвига между управл ющим воздействием и управл емой

величиной, определ емый их выбором, а дорезонансному и зарезонансному режимам - углы фазового сдвига, соответственно, меньщие или большие характерного угла. Дл  больщинства резонансных объектов, примен емых в технике (вибрационные мащины, RLC-контуры), использование их полезных свойств достигаетс  при таком выборе управл ющего воздействи  и управл емой величины , когда характерный угол равен л/2. Использование же фазовых характеристик объекта позвол ет вы вл ть и поддерл ивать экстремум более простыми техническими средствами .

Датчики управл ющего воздействи  и управл емой величины преобразовывают сигналы , поступающие с объекта, в сигналы, имеющие одинаковую физическую природу, необходимую дл  вы влени  угла их фазового

сдвига. Вы вителем угла фазового сдвига  вл етс  триггер, на который поступают сигналы с датчиков через пороговые устройства и дифференциаторы. Дорезонансному режиму соответствует одно устойчивое состо ние триггера , зарезонансному - другое. Сигнал с выхода триггера через интегратор поступает на исполнительный механизм, который оказывает регулирующее воздействие на объект, направл   управл емую величину в сторону экстремума .

Недостатком известных устройств  вл етс  то обсто тельство, что при вы влении экстремума скорость изменени  регулирующего воздействи   вл етс  посто нной независимо от того, на каком рассто нии от экстремальной точки находитс  объект. Дл  улучшени  же динамики экстремального регулировани , в частности, уменьшени  потерь на рыскание в окрестности экстремума, необходимо, чтобы при приближении к экстремуму скорость изменени  регулирующего воздействи  уменьшалась .

Целью насто щего изобретени   вл етс  повышение точности регул тора.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в регул торе установлены два выпр мител , причем датчик управл ющего воздействи  через последовательно соединенные первое пороговое устройство, первый дифференциатор и первый выпр митель соединен с первым входом триггера, а датчик управл емой величины через последовательно соединенные второе пороговое устройство, второй дифференциатор и второй выпр митель соединен со вторым входом триггера.

На фиг. 1 изображена блок-схема регул тора; на фиг. 2 - характеристики, иллюстрирующие особенности резонансного объекта; на фиг, 3 - эпюры напр н ений, по сн ющие работу экстремального регул тора.

Блок-схема содержит резонансный объект 1, датчик управл ющего воздействи  2, датчик управл емой величины 3, первое п второе пороговые устройства 4, 5; первый и второй дифференциаторы 6 и 7; первый и второй выпр мители 8, 9, триггер 10, интегратор II, исполнительный механизм 12, х - управл ющее воздействие, поступающее на резонансный объект, у - управл ема  величина объекта , а - регулирующее воздействие, фх - фаза управл ющего воздействи ; фу - фаза уп .равл емой величины; ф - угол фазового сдвига между л: и у; ai и а2 - значени  регулирующего воздействи , при которых достигаетс  экстремум и при которых угол фазового сдвига равен  /2, р, ь р2, Т2 - возмущающие воздействи , вызывающие смещение экстремальной характеристики объекта (смещение экстремзма ); t/2 и f/s - сигналы на выходе датчиков управл ющего воздействи  и управл емой величины; t/4 и f/5 - сигналы на выходе пороговых устройств; f/6 и L - сигналы на выходе дифференциаторов; Us и Ug - сигналы на выходе выпр мителей, поступающие на первый и второй входы триггера (сплошными лини ми показаны сигналы на выходе одного выпр мител , пунктирными - на -выходе другого ); Uii - сигнал на выходе интегратора; TI - длительность нахождени  триггера в одном устойчивом состо нии; т: - длительность нахождени  триггера в другом устойчивом состо нии, t - врем .

Экстремальный регул тор дл  резонансного объекта функционирует следующим образом. В резонансном объекте 1 (фиг. 1) выдел ют

канал с экстремальной характеристикой, максимум или минимум которой необходимо вы вл ть и поддерживать, и канал с монотонной характеристикой, положение отдельных точек на которой определенным образом св зано с положением отдельных точек на экстремальной характеристике.

Входом канала с экстремальной характеристикой  вл етс  регулирующее воздействие а, выходом - управл ема  величина у. Входом канала с монотонной характеристикой  вл етс  то же регулирующее воздействие а, а выходом- угол фазового сдвига ф фж-ф,/ между управл ющим воздействием х и управл емой величиной у.

Экстремальный регул тор использует характерное свойство резонансных объектов, состо щее в том, что при определенном выборе управл ющего воздействи  и управл емой величины точке экстремума управл емой величины соответствует угол фазового сдвига ф Фэ:-Фу между ними, равный  /2, а дорезонансному и зарезонансному режимам соответствуют углы фазового сдвига, меньшие  /2 и большие  /2 (фиг. 2, кривые I и II). При изменении некоторых возмущающих воздействий р и 7 происходит смещение экстремума, однако его новому положению вновь будет соответствовать фазового сдвига, равный  /2, а дорезонансному и зарезонансному режимам вновь будут соответствовать углы фазового сдвига, меньшие  /2 и большие  /2 (фиг. 2; кривые III и IV). Следовательно, вы вление экстремума эквивалентно вы влению угла фазового сдвига, равного  /2.

Вход щие в экстремальный регул тор датчики 2 и 3 линейно преобразовывают сигналы л: и г/ в сигналы Vz и U, имеющие одинаковую физическую природу.

Пусть, например, f/2 и t/з измен ютс  по гармоническому закону, хот  в общем случае это условие не  вл етс  об зательным. Пороговые устройства 4 и 5 преобразовывают t/2 и Uz в последовательности однопол рных пр моугольных импульсов Us и U, длительности которых составл ют половину периодов сигналов f/2 и f/3 и фазовый сдвиг между которыми равен фазовому сдвигу ф Дифференциаторами 6 и 7 пр моугольные импульсы f/4 и t/5 преобразовываютс  в двухпол рные последовательности узких импульсов f/6 и U, которые выпр мител ми 8 и 9 вновь преобразуютс  в однопол рные последовательности импульсов f/8 и Ug, поступающие на входы триггера 10, имеющего два устойчивых состо ни .

В за вл емом регул торе взаимное временное расположение импульсов С/в и Ug  вл етс  признаком, вы вл ющим экстремум, поскольку фазовый сдвиг, равный  /2, соответствует такому расположению импульсов t/g по отношению к импульсам U, при котором импульсы и и t/9 чередуютс  через равные промежутки времени. В дорезонансном и зарезонансном режимах чередование импульсов f/sH

UQ происходит через иеравные промежутки времени.

Переключеиие триггера 10 импульсами Uz и f/9, поступающими на его входы, и последующее интегрирование выходных сигналов триггера (на фиг. 3 не показаны), имеющих форму пр моугольных импульсов, длительность которых и между которыми соответствуют промежуткам времени между поступлением импульсов Us и f/9. осуществл етс  интегратором И, который рещает две задачи:

а)обеспечивает движение объекта из дорезонансиого и запезонансттого режимов к резонансному (т. е. к экстремуму);

б)обеспечивает уменьшение скорости изменени  регулирующего воздействи  при приближении к резонансному режиму. Изменение регулирующего воздействи  осуществл етс  исполнительным механизмом 12.

В отдельных режимах работа экстремального регул тора осуществл етс  следующим образом:

а)дорезонансный режим.

Фазовый сдвиг между сигналаА1и /2 и Г/з меньще  /2 и, следовательно, длительность TI нахождени  триггера в одном из устойчивых состо ний бЗдет меньще длительности t2 нахождени  триггера в другом устойчивом состо нии (переброс триггера осуществл етс  импульсами, поочередно поступающими на его входы). При этом на выходе интегратора возникает «скольз и1ий режим, т. е. в течение времени TI сигнал t/n будет возрастать, а в течение времени Тз убывать. Так как , «в среднем сигнал U будет убывать, что приведет к движению дополнительного механизма в направлении, перемещающем объект в сторону экстремума.

б)Резонансный режим.

Фазовый сдвиг между сигналами U и f/з равен п/2 и, следовательно, длительности TI и Т2 нахождени  триггера в каждом нз устойчивых состо ний одинаковы. Сигнал f/и на выходе интегратора будет возрастать и убывать на одинаковую величину, что соответствует автоколебательному движению системы в окрестности экстремума.

в)Зарезонансный режим.

Фазовый сдвиг между сигналами U и f/з больще л/2 и, следовательно, длительность TI нахождени  триггера в одном состо нии больше длительности Та нахождени  в другом состо нии . Так как TI Т2, «в среднем сигнал f/ii будет возрастать, что приведет к движению исполнительного механизма в направлении , противоположном направлению при дорезонансном режиме, т. е. он ть-таки в сторону экстремума.

Особенностью экстремального регул тора  вл етс  возможность повыщени  точности и качества экстремального регулировани . Чем ближе находитс  система к экстремуму, тем меньще различие в длительност х TI и Т2 нахождени  триггера в каждом из устойчивых состо ний и, следовательно, тем меньще «средн   скорость изменени  сигнала t/,i на выходе интегратора. Уменьщение же скорости изменени  регулирующего воздействн  при подходе к экстремуму способствует уменьщению потерь на рыскание в окрестности экстремума .

Использование новых элементов-выпр мителей выгодно отличает предлагаемый экстремальный регул тор от известных устройств. В зависимости от инерционных свойств объекта потери на рыскание уменьщаютс  в 1,5- 2,5 раза, т. е. существенно новыщаетс  точность поддержани  экстремального режима. Учитыва , что потери на рыскание  вл ютс  фактором, нреп тствующим применению экстремальных регул торов на многих технологических объектах, -казанное обсто тельство позвол ет также расщирить сферу применени  экстремальных рег 1 торов.

Claims (3)

1.Либерзон Л. М. и др. Системы экстремального регулировани . М., «Энерги , 1965, стр. 7-41.

2.Теори  автоматического управлени . Под ред. А. В. Нетущнла. ч. 1. М., «Высща  щкола , 1968, стр. 23, 84-86.

3.Самонастраивающиес  системы. Под ред. П. И. Чинаева. Киев, «Наукова Думка, 1969. стр. 30-34.

Дсуезонанснб/} flenfai-j

Pe oHOHCHtiiJ режу ft -X. У

yapeiOHOHCf/t/iJ fleжuff ( Риг.з .