SU857926A1 - След ща система - Google Patents

Description

Изобретение относится к автоматическому регулированию и управлению и может быть использовано при построении следящих систем, подверженных . ступенчатым задающим воздействиям.

Известны следящие системы, содержащие последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, усилитель, второй сумматор, первый комеу- ... татор, третий сумматор и формирова- ^υ тель сигнала управления, выход которого через последовательно включенные первое корректирующее устройство и второй переключатель соединен со вторым входом третьего сумматора, а 15 через блок главной обратной связи со вторым входом первого сумматора, первый вход которого через последовательно соединенные второе коррек-. тирующее устройство и третий комму- 20 татор соединен со вторым входом второго сумматора, управляющие входы коммутаторов соединены с соответствующими выходами блока управления, в качестве которого применяются раэлич-*5 ного рода нелинейные корректирующие устройства [1] и [2].

Известна также следящая система, которая обладает повышенной точностью в переходных .режимах при сту- 30 пенчатом управляющем воздействии и .работает в широком диапазоне изменения ^качков управления. Эта система содержит последовательно соединенные элемент сравнения, предварительный усилитель, сумматор, исполнительный блок и объект, охваченные цепью единичной обратной связи, причем один из входов элемента сравнения соединен с внешним источником управляющего воздействия, а также устройство управления, первый вход которого также соединен с внешним источником управляющего воздействия, второй вход с выходом элемента сравнения, а выход соединен с вторым входом сумматора. В состав устройства управления, в свою очередь, входят два мультивибратора с отрицательным выходным импульсом, блок селекторов и ключ,при этом вход системы через ключ связан с первым входом блока селекторов,че-‘ рез последовательно соединенные мультивибратор с отрицательным выходные импульсом и мультивибратор с положительным выходным импульсом свяэан со вторым входом блока селекторов, а через другие последовательно соединенные мультивибратор с положительным выходным импульсом и мультивибра-_ •3 тор с отрицательным выходным импульсом связан с входом (третьим) блока селекторов, выход которого подключен к входу сумматора, а четвертый и пятый входа - к общим клеммам соответствующей пары мультивибраторов, причем вход предварительного усилителя соединен с блоком селекторов через упомянутый ключ [3].

В комбинированных следящих системах обычно дополнительно вводится связь по управляющему воздействию в виде корректирующего звена, формирующего производные по управляющему воздействию для повьввения порядка астатизма системы.

Недостатком известной системы является низкая точность слежения, обусловленная некоторым отклонением параметров переходного процесса от оптимальных вследствие того, что сигналы управления на смежных интервалах, которые для сокращения времени переходного процесса должны быть одинаковыми по амплитуде и иметь разные знаки, в действительности будут различаться по абсолютной величине амплитуды, так как результирующий сигнал управления, формируемый на сумматоре, выход которого соединен с исполнительным блоком, представляет собой сумму равных по амплитуде, но разных по знаку сигналов с устройства управления и убывающего в период переходного процесса сигнала Ошибки с предварительного усилителя. Поскольку за время переходного процесса знак сигнала ошибки не изменяется, а сигнал управления знакопеременен, получаются различные амплитуды сигнала управления на смежных интервалах.

Кроме того, недостатком указанной системы является ограниченная область применения только для систем второго порядка, вследствие наличия в устройстве управления ограниченного числа мультивибраторов и простой логики управления. При более сложном объекте, когда система регулирования описывается уравнениями более высокого порядка, возможно спроектировать соответствующее устройство управления, используя принцип, заложенный в известной системе, однако на практике такая возможность не реализуется вследствие того, что при этом устройство управления усложнилось бы настолько, что резко снизились бы надежнсйзть и помехозащищенность, а следовательно, эффект применения такого устройства.

' Наиболее близкой по технической сущности является следящая система, содержащая последовательно соединенные Задатчик, первый сумматор, усилитель, второй сумматор, первый коммутатор, третий сумматор и формирователь сигнала управления, выходом соединенный со входом объекта регулирования, выход которого через последовательно включенные первое корректирующее устройство и второй коммутатор соединен со вторым входом третьего сумматора, а через блок главной обратной связи - со вторым входом первого сумматора, первый вход которого через второе корректирующее устройство соединен со вторым входом второго сумматора, а выход через третье корректирующее устройство - с управляющими входами первого и второго коммутаторов [4].

Недостатком известной системы является низкая точность при ступенчатом задающем воздействии, что значительно снижает область ее применения .

Цель изобретения - повышение точности следящей системы.

Поставленная цель достигается тем, что в следящей системе второй вход третьего корректирующего устройства соединен с выходом задатчика, а второй выход - с третьим входом треть— его сумматора.

На фиг. 1 представлена блок-схема _ системы; на фиг. 2 - блок-схема третьего корректирующего устройства; на фиг. 3 - график выходного сигнала третьего корректирующего устройства; на фиг. 4 - структурная схема системы в установившемся режиме работы.

Система содержит задатчик 1, первый, второй и третий суьеиаторы 2, 3 и 4, усилитель 5, первый и второй коммутаторы 6 и 7, формирователь 8 сигнала управления, объект 9 регулирования, блок 10 главной обратной связи, первое, второе и третье корректирующие устройства 11,12 и 13, первый, второй, третий и четвертый мультивибраторы 14,15,16 и 17,ключ 18, селектор 19. При этом U^ - сигнал на выходе 1-го функционального блока.

Третье корректирующее устройство представляет собой нелинейное корректирующее устройство, в состав которого входят мультивибратор 14, генерирующий положительный импульс при положительном скачке сигнала Uy , мультивибратор 15, генерирующий отрицательный импульс при отрицательном скачке сигнала Uy , мультивибратор 16, генерирующий импульс отрицательной полярности при положительном скачке сигнала Uy , мультивибратор 17, генерирующий импульс положительной полярности при отрицательном скачке сигнала Uy , ключ 18 и селектор 19.

Система работает следующим образом.

При ступенчатом задающем воздействии с задатчика 1 корректирующее устройство 13 генерирует сигнал Uy₇ в виде импульсов требуемой длительности, который через сумматор 4 и (2) зируемая часть с передаточной функцией W₀(S) была проще с точки зрения достижения оптимальности по быстродействию, т.е. чтобы корни нения урав формирователь 8 сигнала управления поступает на вход объекта управления . Количество импульсов в сигнале определяется свойствами (по рядком) объекта 9, а длительности генерируемых импульсов зависят от величины скачка задающего сигнала . Кроме того, корректирующее уст**ройство 13, первый выход которого ' связан с управляющими входами коммутаторов 6 и 7, генерирует импульсы 'для управления ими, длительность которых определяется временем переходного процесса. Коэффициенты передачи коммутаторов 6 и 7 зависят от сигнала , генерируемого корректирующим устройством 13 на первом ходе + W_g(S)W_$(s)w_M (S) - 0 вы10 были отрицательными и большими .абсолютной величине. Тогда руемая величина И, быстрее ся в по регулиустановитгде значение при при s· <9

Or Or при при

-ε

0,

0, где W_g , W₇ коэффициенты заданное значение. \ £ Α;β*·ΐ* ι * <-ι р> - установившееся регулируемой величины IU ) п - число корней уравнения 12), Д<’ -‘ i-ый корень (отрицательный ); _ч

А; - i-oe начальное значение.

Из выражения (3) видно, что чем больше по абсолютной величине корни λ, тем быстрее Ug стремится к /3·^, Кроме того, оптимизируемая часть с передаточной функцией W_O(S) значительно проще, чем весь замкнутый контур (с предварительным усилителем и сумматором), поэтому и нелинейное корректирующее устройство 13 получается проще в предлагаемой системе, чем в известной, при высоком порядке уравнения системы за счет уменьшения количества моментов переключения, > а следовательно, и числа' генераторов импульсов (например мультивибраторов) корректирующего устройства 13. При медленно меняющихся управляющих воздействиях cL (t) предлагаемая система работает без корректирующего.устройства 13, как обычная комбинированная система (фиг.4), обеспечивая высокую точ40 носхь воспроизведения .

Таким образом, в предлагаемой системе исключено влияние сигнала ошибки Uj. на сигнал управления , что позволяет достичь требуемого переходного процесса с меньшими отклонениям от оптимальности, чем в известной системе, т.е. повысить на 10% точность следящей системы практически любого порядка. Экспериментальная проверка подтвердила работоспособность система и ее положительные свойства.

Технико-экономический эффект при использовании предлагаемого технического решения заключается в улучшении качества готовой продукции за счет повыиения соответствия характеристик готовой продукции заданным, т.е. за счет умеш^шения количества бракованной продукции.

переда- 25 чи коммутаторов 6 и 7.

Сигнал с первого выхода корректирующего устройства 13, с помощью коммутатора 6 отключает выход сумматора 3 от первого входа сумматора 4 и тем самым исключает влияние сигнала ошибки на сигнал и_4в ,т.е. сигнал Qjg на различных интервалах управления станет одинаковым.по амплитуде, что обеспечивает более быстрое окончание переходного процесса в цепи, формирователь 8 сигнала управления, объект 9, корректирующее устройство 11, коммутатор 7 тор 4.

При / О коммутатор 7 замыкает цепь местной мизируемым ы выступает не формирователь 8 сигнала управления и объект 9, охваченные местной отрицательной обратной связью. Передаточная функция оптимизируемой части ределяется и суммаи оптиобратной связи предлагаемой системе замкнутый контур, а выражением оп$0

W₀(S)

W_fl (S)W₉ (S)__ + w_fi(s)w₉ (S)4_lf (sT (1) w₉ (S)

V^S)

- передаточная функция формирователя ,8 сигнала управления;

- передаточная функция объекта 9;

- передаточная функция корректирующего звена 11 в цепи местной обратной связи;

- оператор Лапласа.

W.^ (S) выбичтобы оптими- 65

S

Передаточная функция рается таким образом,

Claims (4)

1. Изобретение относитс  к автоматическому регулированию и управлению и может быть использовано при построении след щих систем, подверженных ступенчатым задающим воздействи м. Известны след щие системы, содержащие последовательно соединенные эадатчик, первый сукматор, усилитель , второй сумматор, первый ко «утатор , третий сумматор и формирователь сигнала управлени , выход которого через последовательно включенные первое корректирующее устройство и второй переключатель соединен со вторым входом третьего сумматора, а через блок главной обратной св зи со вторым входом первого сумматора, первый вход которого через последовательно соединенные второе корректирующее устройство и третий коммутатор соединен со вторым входом вто рого суюлатора, управл ющие входы коммутаторов соединены с соответств щими выходами блока управлени , в качестве которого примен ютс  разли ного рода нелинейные корректирующие устройства 1 и 2. Известна также след ща  система, котора  облетает повышенной точностью в переходных.режимах при сту пенчатом управл ющем воздействии и работает в широком диапазоне изменени  /;качков управлени . Эта система содержит последовательно соединенные элемент сравнени , предварительный усилитель, сумматор, исполнительный блок и объект, охваченные цепью единичной обратной св зи, причем один из входов элемента сравнени  соединен с вне&amp;жнм источником управл ющего воздействи , а также устройство управлени , первый вход которого также соединен с внешним источником управл ющего воздействи , второй вход с выходом элемента сравнени , а выход соединен с вторым входом сумматора. В состав устройства управлени , в свеж очередь, вход т два €yльтивийратора с отрицательным выходным импульсом , блок селекторов и ключ,при этом вход система через ключ св зан с первым входом блока селекторов,через последовательно соединенные мультивибратор с отрицательным выходHim импульсом и мультивибратор с положительным выходным импульсом св зан со вторым входом блока селекторов, а через другие последо1заргельно соединенные мультивибрато с положительным выходным импульсом и мультивибра- тор с отрицательным выходным импулвсом св зан с входом (третьим) блока селекторов, выход которого подключен к входу сумматора, а четвертый и п тый входы - к общим клеммам соответствующей пары мультивибраторов, причем вход предварительного усилител  соединен с блоком селекторов через упом нутый ключ Сз. В комбинированных след щих системах обычно дополнительно вводитс  св зь по управл ющему воздействию в виде корректирующего звена, формирующего производные по управл ющему воздейств-ию дл  повышени  пор дка астатизма системы. Недостатком известной систелм  вл етс  низка  точность слежени , обусловленна  некоторым отклонением параметров переходного процесса от оптимальных вследствие того, что сиг налы управлени  на смежных интервалах , которые дл  сокращени  времени переходного процесса должны быть одинаковыми по амплитуде и иметь разные знаки, в действительности будут различатьс  по абсолютной величине амплитуды, так как результирующий сигнал управлени , формируемый иа сумматоре, выход которого соединен с исполнительным блоком, представл ет собой сумму равных по ампли худе, но разных по знаку сигналов с устройства управлени  и убывающего в период переходного процесса сигнала Ошибки с предварительного усилител . Поскольку за врем  переходного процесса знак сигнала ошибки не измен етс , а сигнал управлени  знакопеременен , получаютс  различные амплитуды сигнала управлени  на смежных интервалах. Кроме того, недостатком указанной системы  вл етс  ограниченна  область применени  только дл  систем второго пор дка, вследствие наличи  в устройстве управлени  ограниченного числа мультивибраторов и простой логики управлени . При более сложном объекте, когда система регулировани  описываетс  уравнени ми более высокого пор дка, возможно спроектироват соответствующее устройство у правлени . использу  принцип, заложенный в известной системе, однако на практике така  возможность не реализуетс  вследствие того, что при этом устрой ство управлени  усложнилось бы настолько, что резко снизились бы н дежнсй:ть и помехо.защищенность, а сле довательно, эффект применени  такого устройства. Наиболее близкой по технической сущности  вл етс  след ща  система содержаща  последовательно соединен ные йадатчик, первый сумматор усилитель , второй сумматор, первый ком мутатор, третий сумматор и формирователь сигнала управлени , выходом соединенный со входом объекта регули ровани , выход которого через последовательно включенные первое корректирующее устройство и второй коммутатор соединен со вторым входом третьего сумматора, а через блок главной обратной св зи - со вторым входом первого сумматора, первый вход которого через второе корректирующее устройство соединен со вторым входом второго сумматора, а выход через третье корректирующее устройство - с управл ющими входами первого н второго коммутаторов 4. Недостатком известной системы  вл етс  низка  точность при ступенчатом воздействии, что значительно снижает область ее применени . Цель изобретени  - повышение точности след щей системы. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в след щей системе второй вход третьего корректирующего устройства соединен с выходом задатчика, а второй выход - с третьим входом треть-е го сумма тора. На фиг. 1 представлена блок-схема , cиcтeмы на фиг. 2 - блок-схема третьего корректирующего устройства; на фиг. 3 - график выходного сигнала третьего корректирующего Устройства; на фиг. 4 - структурна  схема систеквз в установившемс  режиме работы. Система содержит задатчик 1, первый, второй и третий суьвиаторы 2, 3 и 4, усилитель 5, первый и второй коммутаторы б и 7, формирователь 8 сигнала управлени , объект 9 регулировани , блок 10 главной обратной св зи, первое, второе и третье корректирующие устройства 11,12 и 13, первый, второй, третий и четвертый мультивибраторы 14,15,16 и 17,ключ 18, селектор 19. При этом U - сигнгиг на выходе i-ro функционального блока. Третье корректирующее устройство представл ет собой нелинейное корректирующее устройство, в состав которого вход т мультивибратор 14, генерирующий положительный импульс при положительном скачке сигнала и , мультивибратор 15, генерирующий отрицательный импульс при отрицательном скачке сигнала и , мультивибратор 16, генерирующий импульс отрицательной пол рности при положительном скачке сигнала и , мультивибратор 17, генерирующий импульс положительной пол рности при отрицательном скачке сигнала U , ключ 18 и селектор 19. Система работает следующим образом . При ступенчатом задающем воздействии с задатчика 1 корректирующее устройство 13 генерирует сигнал и„ в виде импульсов требуемой длительности , который через сумматор 4 и формирователь 8 сигнала управлени  поступает на вход объекта управлени  . Количество импульсов в сигнале ( определ етс  свойствами (пор дком ) объекта 9, а длительности генерируемых импульсов завис т от величины скачка задающего сигнала и . Кроме того, корректирующее уст ройство 13, первый выход которого св зан с управл ющими входами комму таторов 6 и 7, генерирует импульсы 1дл  управлени  ими, длительность ко торых определ етс  временем переходного процесса. Коэффициенты пере дачи коммутаторов 6 и 7 завис т от сигнала , генерируемого корректи рующим устройством 13 на первом выходе при U.g при О, при и Ф О, где W , W - коэффициенты перед чи коммутаторов б и 7. Сигнал с первого выхода корректи рующего устройства 13, с помощью коммутатора 6 отключает выход сумма тора 3 от первого входа сумматора 4 и тем самым исключает вли ние сигна ла ошибки и,, на сигнал ,т.е. сиг нал на различных интервалах управлени  станет одинаковым, по амплитуде , что обеспечивает более быстрое окончание переходного процес са в цепи, формирователь 8 сигн-ала управлени , объект 9, корректирующе устройство 11, .коммутатор 7 и сумма тор 4. При О коммутатор 7 замыкае цепь местной обратной св зи и оптимизируемым в предлагаемой системе выступает не замкнутый контур, а формирователь 8 сигнала управлени  объект 9, охваченные местной отрицательной обратной св зью. Передато на  функци  оптимизируемой части оп редел етс  выражением Wfl(S)W9(S) 1 + Wg(S)W, (S) W,, (SI где Wg (S) передаточна  функциформировател  ,8 сигнал управлени ; W (S) - передаточна  функци  объекта 9; W (S) - передаточна  функци  корректируквдего звена 11 в цепи местной обра ной СВЯЗИ} S - оператор Лапласа. Передаточна  функци  W (s) выб раетс  таким образом, чтобы оптимизируема  часть с передаточной функцией Wo(S) была проще с точки зрени  достижени  оптимальности по быстродействию , т.е. чтобы корни уравнени  1 + Wg(S)W(S)W (S) - О были отрицательными и большими по абсолютной величине. Тогда регулируема  величина U, быстрее установитс  в заданное значение. . , С31 где fb - установившеес  значение регулируемой величины do-1 п - число корней уравнени  42) Л - i-ый корень (отр 1цательный ); - i-oe начальное значение. Из выражени  (3) видно, что чем больше по абсолютной величине корни Л( тем быстрее Ug- стремитс  к , Кроме того, оптимизируема  часть с передаточной функцией Wo(S) значительно проще, чем весь замкнутый контур (с предварительным усилителем и сумматором), поэтому и нелинейное корректирующее устройство 13 получаетс  проще в предлагаемой системе , чем в известной, при высоком пор дке уравнени  системы за счет уменьшени  количества моментов переключени , а следовательно, и числа генераторов импульсов (например мультивибраторов) корректирующего устройства 13. При медленно мен ющихс  управл ющих воздействи х rfCt) предлагаема  система работает без корректирующего.устройства 13, как обычна  комбинирюванна  система (фиг.4), обеспечива  высокую точHoctb воспроизведени  U . Таким образом, в предлагаемой системе исключено вли ние сигнала ошибки сигнсШ управлени  и. , что позвол ет достичь требуемого переходного процесса с меньшими отклонени км от оптимальности, чем в известной системе, т.е. повысить на 10% точность след щей системы практически любого пор дка. Экспериментапьна  проверка подтвердила работоспособность систе «л и ее положительные свойства. Технико-экономический эффект при использовании предлагаемого технического решени  заключаетс  в улучшейии качества готовой продукции за счет повьаиени  соответстви  характеристик готовой продукции заданным, т.е. за счет умен1 шени  количества бракованной продукции. Формула изобретени  След ща  система, содержаща  последоватёльио соединенные задатчик. первый сумматор, усилитель, второй сумматор, первый коммутатор, третий сумматор и формирователь сигнала управлени , выходом соединенный со входом объекта регулировани , выход которого через последовательно включенные первое корректирукндее устройство и второй коммутатор соединен со вторым входом третьего сумматора, а через блок обратной св зи - ро вторым входом первого сумматора, первый вход которого через второе корректирукицее устройство соединен со вторым входом второго сумматора, а выход через третье корректируйадее устройство - с управл ки1Ц1ми входами первог ивторого коммутаторов, о т л ичающа с  тем, что, с целью повышени  точности системы, в ней второй вход третьего корректирующего устройства соединен с выходом задатчика , а второй выход - с третьим входом третьего сумматора. Источники информации, прин тые во внимание при зкспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 619897, кл. G 05 В 11/01, 1976.
2. 2.Новоселов Б.В. Проектирование квазиоптимальных след щих систем комбинированного регулировани . М., Эиерги , 1972, с. 118, рис. 3-13.
3. 3.Авторское свидетельство СССР 328424, кл. G 05 В 11/12, 1970.
4. 4.Авторское свидетельство СССР по за вке 2602272/18-24, кл. G 05 В 11/01, 1978 (прототип).