Система стабилизации

 

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК у >з G 05 В 11/14

ГОСУДАРСТВЕН!-ГОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР}

{21) 4775344/24

{22) 24.11.89 (46) 28.02.93. Бюл. № 8 (71) Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "ЗнерГИЯ (72) А.Я,Бичуцкий и Г.Я.Леденев (56) Авторское свидетельство СССР № 630612, кл. G 05 В 11/16, 1978.

Авторское свидетельство СССР №. 1071995, кл. G 05 В 11/42, 1984, .. Авторское свидетельство СССР

¹ 1137442, кл. G 05 В 11/14, 1975, (54) СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ (57) Изобретение относится к системам управления и регулирования и может быть использовано для стабилизации фазовых координат различных динамических обьектов. с помощью релейных регуляторов, Наибольшее применение система стабилизации можот найти при необходимости получения высококачественных переходных процессов и зкономичных установившихся режимов, в том числе при высоких уровнях помехи в сигналах датчиков первичной ин„„. Щ„„1798764 Al формации. Целью изобретения являетСя повышение точности системы. Система содержит датчик положения 1, датчик скОрОсти 2, трехпозиционный регейный блок 3, формироьатель вь ходных импульсов 4, инвертирующий релейный исполнительный механ:.::,м

5, сумматор 9, усилитель 10 с ограничением

7, инте ратор 11, обьект управления 12, В основе построения лежит объединение функции динамического фильтра и пропорционалыlо-дифферснциальнОГО реГулятора.

Объединение указанных функций обеспечивается соединением выхода трехпозиционного релейного блока с LríEeðòèðóþùèì входом интегратора, другие входы которого связаны с выходом датчика скорости, и через у илитель с Ограничением — с выходом цепи внутренней отрицательной обратной связи и ьыходом датчика положения. За счет указанной структуры устраняются ограничения на динамический диапазон управления по положению обьекта управления, если его скорость не превышает линейного диапазона датчика скорости объекта управления, 4 ил, 1798764

Y-Z+ZB

30 (1,а}

Х-У

Уо при Y Yo

Ку Yпри-Уо<У<Уо

-Ym при У <-Yo

8--m+Y — К Орб

50 где

Изобретение относится к технике авто. матического регулирования и может быть использовано в системах управления различными инерционными объектами, напри мер поворотными стендами, промышленными роботами, летательными аппаратами.

Целью .изобретения является повышеwe точности системы. На фиг.1 представлена структурная схема системы, стабилизации; на фиг.2 — приведен фазовый портрет системы стабилизации; на фиг.3 показан.процесс преобразования сигнала 0» формирователем выходных импульсов 4; на фиг.4 представлен пример выполнения формирователя выходных импульсов на один зйак входного сигнала для другого знака сигнала схема аналогична).

На фиг.1 показано: 1 - датчик положения;

2 — датчик скорости;

3 — трехпозиционный релейный блок . (ТРБ);

4 — формирователь выходных импульсов;

5- инвертирующий релейный исполни- . тельный механизм (в дальнейшем по тексту — ИМ 5);

6 — вход сумматора 9;

7- первый суммирующий вход интегратора 11;

8 — выход.ИМ 5;

9 — сумматор;

10 — усилитель с ограничителем;

11 — интегратор;

12 — объект управления.

На фиг.2 показано:

Х вЂ” сигнал датчика положения объекта

,правления 12;

Y — сигйэл скорости объекта управления

12, Ь 12Л.зА Л.гАз —.линии переключения.

P,P — границы областей 3 скользящего режима, Mi — положение изображающей точки на . фазовом портрете.

На фиг.4 показано:

13 — операционный усилитель (ОУ), выход которого соединен с входом двухпозицонного релейного элемента (РЭ) 14. ОУ 13 совместно с резисторами 15,16 и 18 и конденсатором 17 образуют интегратор., Еоп - напряжение опбрного источника.

Устройство выполнено следующим образом.

Выход датчика положения 1, измеряющего координату положения Х объекта yriравления 12 и установленного на нем, соединен с входом 6 сумматора 9, выход которого через усилитель с ограничением

10 соединен с суммирующим входом интегратора 11, С другим суммирующим входом (7) интегратора 11 соединен выход датчика скорости 2, установленного на объекте управления 12 и измеряющего его координату

Y. Выход интегратора 11 соединен с входом

ТРБ 3 и с вычитающим входом сумматора 9.

Выход ТРБ 3 соединен с входом формирователя выходных импульсов 4 и с вычитающим входом интегратора 11. Управляющий вход формирователя выходных импульсов 4 соединен с выходом усилителя с ограничением

10. Выход формирователя выходных импульсов 4 соединен с входом ИМ 5, выход15 ным сигналом 8 которого обеспечивается

; — управление стабилизацией объекта управления 12, Функциональные элементы 3-11 образуют релейный пропорционально-диффе20 ренциальный регулятор (ПД вЂ” регулятор), обладающий свойствами динамического фильтра (функциональные элементы

9,10,11), ПД вЂ” регулятор имеет входы 6 и 7, выход 8.

Рассмотрим функционирование устройства, полагая для простоты общего изложения, что объект управления описывается выражением (1). где Z, Za — сигналы управления и возмуще35 ния, действующие на объект управления 12.

Датчики 1 и 2 описываются урэвненияXm при Х Хо

Кх Х при -Хо < Х < Хо (2)

-Xm при x <-x0

Регулятор 1 описывается следующим образом

mmax npu N No

Кп, и при-Во< Й< Мо (5) а пiо при N < -No

N-X- S (6)

К вЂ” коэффициент передачи по инвертирующему входу интегратора, 1798764

Орб= (8) Т=Т +Т, Y = Km)h — Х) - (14) 20 (15) z--кф иф, (9) Павах (10) S= — Km N+ Y

Или с учетом (6) С учетом того что

X=Y

$=Х (12) Т =Кф !М!

1 приS >h

О при-h < S < h (7)

-1 при-h = S (предполагается, для простоты изложения, что гистерезис релейного блока 3 отсутствует).

Формирователь выходных импульсов 4 обеспечивает переДачу сигнала Орб и при этом формирует запаздывание Т на выключение (фиг.3) где То — начальное запаздывание;

Tm — запаздывание, зависящее от абсолютного значения сигнала m.

Исполнительные органы преобразуют сигнал Оф в вид где Кф — коэффициент, зависящий от эффективности ИМ 5.

Пусть, например, в некоторый момент изображающая точка M на фазовом портрете занимала положение Мо с координатами

Х = О, Y = О, сигнала Орб ТРЬ 3, исходя из предыдущих событий, равен нулю, а переходные процессы в динамических звеньях, вызванные начальными возмущениями (например, от включения питания прибора), закончились.

Тогда, для линейных эон датчиков 1 и 2, исходя из (2 — 5), можно записать

S = Km (Х вЂ” S)+ Y (11) .

При попадании т,M на границу зоны нечувствительности и (М1) ТРБ 3 последний включается; вследствие этого ИМ 5 начинает формировать управляющее воздействие на объект управления 12, (Отсюда следует, что

L1: X=h)

В результате указанного воздействия т.М движется по траектории М1 — М2 до тех пор, пока S h. На этом участке сигнал S определяется выражением

X — Km .S+ Y К .Ue (13) Далее, при переходе границы Р в ПД-регуляторе возникает скользящий режим, при котором наблюдается импульсная работа

ТРБ 3 (вопрос об импульсной работе блоков

5 4 и 5 рассмотрен ниже).

В скользящем режиме S = О, S = h..

8 процессе движения от линии Р до линии 2(или D) среднее значение сигнала U>e изменяется от 1 до.О, Условие Орб=

10 = О означает переход линии выключения L2 (или U).

При изменении сигнала m (на линейном участке характеристики усилителя с ограничением 10) линия L2 определяется выраже15 нием

При m = mm», с учетом (4) Влияние формирователя выходных импульсов 4 на процесс управления следую25 щее.

В процессе движения от т. М2 до т. Мз частота включения ТРБ 3 изменяется от максимальной (теоретически — от бесконечной, реально от единиц, десятков килогерц) до

30 нуля. Если Т (8) больше паузы Та (фиг.3) между импульсами на выходе ТРБ 3, то выходной сигнал блока 4 непрерывный (т.к. выходной сигнал ОУ 13 не успевает выйти за границу зоны нечувствительности Р3 14—

35 фиг.4). В противном случае выходной сигнал блока 4 — импульсный. При практической реализации следует стремиться к достиже нию высоких частот скользящих режимов, т.к. при этом можно уменьшить значение

40 начального запаздывания То. Это способствует уменьшению возможного перерегулирования (участок Мз — М ) по скорости. Для того. чтобы повысить помехоустойчивость процесса в скользящем режиме и обеспе45 чить возможность независимости регулировки То и Тм) используется связь между блоками 10 и 4:

50 где Кф — определяется значением резистора

17.

Следовательно, построение системы стабилизации обеспечивает любое требуе55 мое качество переходных и установившихся значении при выборе параметров

1, Km, mmax, mmin, К.

Точность системы стабилизации увеличивается также за счет расширение динамического диапазона ПД-регулятора, что

1798764 следует из выражения (15) — линии отключения имеют бесконечную протяженность.

Следовательно при любых начальных скоростях Y вне зависимости от значения уровня ограничения датчиков первичной информации обеспечивается расширение динамического диапазона рабаты следящей системы, Кроме того, следует указать на повышение помехоустойчивости устройства, обеспечиввеемое фильтрацией всех сигналов, поступивших нв релейный блок.

Формула изобретения

Система стабилизации, содержащая сумматор, интегратор и последовательно соединенные трехпозиционный релейный блок и формирователь выходных импульсов, подключенный управляющим входом к выходу усилителя с ограничением, а выходом — к входу инвертирующего релейного исполнительного механизма, связанного с объектом управления, в также датчик положения, установленный на объекте управления, о т5 ли чаю щаяся тем,что,сцельюповышения точности системы, в ней установлен датчик скорости объекта управления, установленный на объекте управления, выход датчика скорости объекта управления

1Î соединен с первым суммирующим входом интегратора, подключенного вторым суммирующим входам к выходу усилителя с ограничением, вычитающим входом — к выходу трехпозиционного релейного блока; а выхо15 дом — к входу трехпозиционного релейного блока и к вычитэющему входу суммато„..а. соединенного суммирующим входом с выходом датчика положения, а выходом - с входом усилителя с ограничением.

1798764

Ov

R фы .

Составитель А,Бичуцкий

Редактор Т.Орловская Техред М,Моргентал Корректор M,Êåðåöìàí

Заказ 772 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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