Самонастраивающаяся следящая система

 

Изобретение относится к области автоматического регулирования объектами с изменяющейся инерционностью и может быть использовано в электромеханических: , системах. Изобретение позволяет поддерживать практически полную компенсацию инерционности двигателя , а следовательно, получить постоянные запасы устойчивости и показатели качества системы вне зависимости от изменения момента инерции на валу двигателя. Система содержит блоки сравнения 1, 12, инерционные фильтры 2, 8, 15, блок выделения модуля 3, усилители 4, 14, блок умножения 5, двигатель 6, тахогенератор 7, блок измерения амплитуды 9, блок типа люфт 10, дифференцирующее звено 11, релейныйэлемент 13, редуктор 16 и задатчик 17. 2 ил.

ÄÄSUÄÄ 1644089

А1 (51)5 G 05 В 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

fI0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbffMRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4608424/24 (22) 22.11.88 (46) 23.04.9 1. Бюл. ¹- 15 (71) Томский политехнический институт им. С.M.Êèðoâà (72) С.А.Гайворонский (53) 62.50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 310226, кл. G 05 В 13/02, 1971.

Михалев А.С., Миловзоров В.П. Следящие системы с бесконтактными двигателями постоянного тока. — М.:-Энергия, 1979, с. 50, рис. 2-13. (54) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СпЕдЯЩАЯ

СИСТЕМА (57) Изобретение относится к области автоматического регулирования объектами с изменяющейся инерционностью и может быть использовано в электромеханических:. системах. Изобретение позволяет поддерживать практически полную компенсацию инерционности двигателя, а следовательно, получить постоянные запасы устойчивости и показатели качества системы вне зависимости от изменения момента инерции на валу двигателя. Система содержит блоки сравнения 1, 12, инерционные фильтры

2, 8, 15, блок выделения модуля 3, усилители 4, 14, блок умножения 5, двигатель 6, тахогенератор 7, блок измерения амплитуды 9, блок типа

"люфт" 10, дифференцирующее звено 11, релейный. элемент 13, редуктор 16 и задатчик 17. 2 ил.

3 16440

Изобретение относится и области автоматического регулирования объектами с изменяющейся инерционностью и может быть использовано, например, в электромеханических системах.

Цель изобретения — повьппение качества системы с нестационарным моментом инерции на валу двигателя.

На фиг. 1 представлена структурная схема следящей системы; на фиг. 2 — фаэочастотные характеристики контура самонастройки и двигателя. .Следящая система (фиг. 1) содержит первый блок 1 сравнения, первый инерционный фильтр 2, блок 3 выделения модуля, первый усилитель 4, блок

5 умножения, двигатель б, тахогенератор 7, второй инерционный фильтр

8, блок 9 измерения амплитуды, блок

10 типа "люфт", дифференцирующее звено 11, второй блок 12 сравнения, релейный элемент 13, второй усилитель

1.4, третий инерционный фильтр 15, редуктор 16 и задатчик 17.

Самонастраивающаяся следящая сис. тема работает следующим образом.

Принцип работы системы основан на компенсации нестационарной инерционности двигателя 6 путем создания на выходе блока 5 умножения фазового опережения, практически равного по величине фаэовому запаздыванию двигателя. В следящей системе блок 3 выделения модуля, первый усилитель 4, 35 блок 5 умножения, релейный элемент

13, второй блок 12 сравнения, второй усилитель 14, дифференцирующее звено 11, третий инерционный фильтр 15 и блок 10 типа 1люфт функционально 40 образуют псевдолинейное корректирующее устройство, Фазовое опережение в фазовом канале псевдолинейного корректирующего устройства является результатом вычитания из выходного сиг- 45 нала второго усилителя 14 фазоотстающего сигнала, полученного после прохождения выходным сигналом первого инерционного фильтра 2 через последовательно соединенные третий инерционный фильтр 15, блок 10 типа

"люфт" и дифференцирующее звено 11, Получение .информации о фазовом запаздывании двигателя 6 для самонастройки основано на жесткой связи

55 между фазовой и амплитудной частотными характеристиками двигателя, имеющего передаточную функцию апериодического звена . Как известно, 89

4 увеличение фазового запаздывания с ростом частоты в таком звене происходит одновременно с уменьшением коэффициента передачи. Таким образом, информация о фазовом запаздывании двигателя поступает в псевдолинейное корректирующее устройство в

I виде амплитуды сигнала с выхода тахогенератора 7, установленного на валу двигателя 6.

Наличие после тахогенератора 7 функционально необходимого инерцион= ного фильтра 8 ослабляет сигнал с выхода тахогенератора 7, искажая тем самым информацию о фазовом запаздывании двигателя 6 в сторону его увеличения. Известно, что черезмерное увеличение фазового опережения в системе с псевдолинейным корректирующим устФ ройством приводит при отработке ступенчатых воздействий к переходнйм движениям типа скользящих. В этих режимах движение выходной координаты представляет собой медленное монотонное изменение средней составляющей и наложенные на нее пульсации (высокочастотные колебания). Такие переходные процессы обычно более продолжительны и поэтому нежелательны. С целью недопущения в следящей системе перекомпенсации инерционности двигателя 6, а следовательно, и режима типа скользящего к второму входу блока 10 "люфт" подключен третий инерционный фильтр 15 с постоянной времени, равной постоянной времени второго инерционного фильтра 8. Третий инерционный фильтр t5 согласуя амплитуды сигналов на входах блока

10 типа "люфт", вносит при этом частотозависимое фазовое отставание.

Компенсация этого фазового отстава ния осуществляется дифференцирующим звеном 11 стоящим после блока 10 типа "люфт" и имеющим обратные частотные характеристики по сравнению с третьим инерционным фильтром 15.

На основе метода гармонической линеаризации находят основные выражения, поясняющие принцип самонастройки в предлагаемой следящей системе.

Коэффициенты гармонической линеаризации блока 10 типа "люфт" определяются следующим образом:

1 и 1

q = — (- + д+ - з п 2и .т

qÇ= — cos2 V э (1) и

1644089

Q =arcsin(1-2K), где К=А1/AIL — отношение амплитуд сигналов А1 на первом и

А на втором входах бло-1 ка 10 типа "люфт".

Определим К через параметры элементов системы

Кю Кт Нье (() Нг(У)

К.=Ь (2)

НЭ(V) где К вЂ” коэффициент усиления перво.го усилителя 4;.

К вЂ” коэффициент передачи тахо- 15 тг генератора 7;

Н „(р) — амплитудно-частотная характеристика двигателя 6;

Н (Я) и Н >(Q) — амплитудно-частотные характеристики соответственно второго и третьего инерционных фильтров 8 и 15.

Коэффициент усиления К третьего инерционного фильтра 15 связан с коэффициентом К второго фильтра 8 выра- 25 жением

К =:.K) К (3) ! где К вЂ” коэффициент усиления второго усилителя 14.

К„=Кg К К,г, (4) где К вЂ” коэффициент передачи двигаДЬ теля 6.

Так как постоянные времени второго и третьего фильтров 8 и 15 равны, 35 то можно записать

Н,(g) =К„Н,(g) (5)

Подставляя (4) и (5) в (2), получим 40

К= «Н а(Ц) КАВ

H() (Я)= — —, (6) T Я+1 где Т вЂ” постоянная времени двигатеАб ля 6, то выражение (1) примет вид

Q =arcsin(f- --- — --- — ) . (7)

Таким образом, коэффициенты гармонической линеаризации блока 10 типа

"люфт" не зависят от параметров втоТак как амплитудно-частотная характеристика двигателя 6 как апериоди- 45 ческого звена определяется выражением ((Т,Я) =arctg — — с - — — (9)

gz(T s ()))

Ао 1-Ч (Т в,И)

На основании выражений (1), (4) и (9) строят график P (U) (фиг. 2) зависимости фазового опережения в фазовом канале псевдолинейного корректирующего устройства (на выходе блока

12 сравнения) от приведенной частоты. Данный график построен с учетом ослабления сигнала псевдолинейным корректирующим устройством (максимальная величина ослабления не превышает 4 дБ) .

Фаэовое запаздывание двигателя 6 определяется известным образом: (10) (U) = — arctg U.

На основании выражения (10) строят график $ (U) зависимости фазового запаздывания двигателя 6 от приведенной частоты U. Иэ сравнения графиков (фиг. 2) следует, что фазовое опережение практически совпадает по величине с фазовым запаздыванием двигателя 6. Максимальное отклонение составляет 9 на приведенной частоте

U=2,24. Таким образом, на всем частотном диапазоне погрешность компенсации фазового запаздывания двигателя не превышает 107..

Таким образом, величина фазового опережения в фазовом канале псевдолинейного корректирующего устройства при любом изменении постоянной времени двигателя остается практически равной величине фазового запаздывания двигателя. Это позволяет поддерживать практически полную компенсацию инерционности .двигателя, а следовательно, повысить качество системы.с нестационарным моментом инерции на валу двигателя. рого и третьего инерционных фильтров

8 и 15, а определяются только инерционностью двигателя 6.

Частотная характеристика последовательного соединения третьего инерционного фильтра 15, блока 10 "люфт" и дифференцирующего звена 11 не зависит от постоянных времени линейных фильтров 8 и 15. Она определяется выражением M(jQ)=Kf (q(Т(1,Я)-jq<(T >,(Q)j . (8)

Фазовое опережение на выходе второго блока 12 сравнения находится следующим образом:

1644089

Составитель В.Пешков

Редактор О.Юрковецкая Техред Л.Сердюкова, Корректор Л.Пилипенко

Заказ 1240 Тираж 476 Подписное

BHHHHH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Формула изобретения

Самонастраивающаяся следящая система, содержащая первый блок сравнения, выход которого через последовательно соединенные первый инерционный фильтр, блок выделения модуля и первый усилитель подключен к первому входу блока умножения, первый и второй входы первого блока сравнения подключены к выходам задатчика и редуктора соответственно, второй блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом дифференцирующего звена, а вы-. ход второго блока сравнения через релейный элемент соединен с вторым входом блока умножения, выход которого через двигатель подключен к входам редуктора и тахогенератора, выход тахогенератора подключен к входу второго инерционного фильтра, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения качества системы с нестационарным моментом инерции на валу двигателя, в нее введены блок измерения амплитуды, второй усилитель, третий инерционный фильтр и блок типа "люфт", выход которого подключен к. входу дифференцирующего звена, выход первого инерционного фильтра через второй усилитель соединен с вторым входом второго блока сравнения и через третий инерционный фильтр с первым входом блока типа "люфт", выход второго инерционного фильтра через блок измерения,амплитуды соединен с вторым входом блока типа "люфт".