Способ управления исполнительным двигателем

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Кл. 21с, 59/36

Заявлено 06 1V.1964 (№ 892404/24-7) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 17.XI.1966. Бюллетень ¹ 23

Дата опубликования описания 28.ХI 1.1966

МПК. Н 02р

УДК 62-503.53 (088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

I" C(.:::; д.з 14 jl

11 „,,„„,, 1j, Автор изобретения

Е. И. Хлыпало

Заявитель

Р

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Исполнительные двигатели являются одним из основных звеньев систем автоматического управления и регулирования. В настоящее время широкое распространение получили электрические, гидравлические и другие типы двигателей. Переходные процессы в них описываются примерно одинаковыми уравнениями и с принципиальной точки зрения существенной разницы в них нет.

Настоящим изобретением предлагается способ управления исполнительным двигателем следящей системы, принципиальные результаты которого в значительной мере могут быть распространены и на другие типы подобных устройств.

Величина постоянной времени электрических двигателей определяется временем нарастания пстока в его обмотках и, главным образом, моментом инерции ротора двигателя. Как правило, временем нарастания потока в обмотках двигателя практически можно пренебречь. При этом инерционность двигателя определяется исключительно его моментом инерции. В подавляющем большинстве случаев постоянная времени двигателя понижает критический коэффициент усиления системы и ухудшает качество переходных процессов.

Использование предлагаемого способа позволяет не только существенно уменьшить эффект, называемый инерционностью двигателя, но и даже в ряде случаев свести его к нулю. При этом переходный процесс в системе принимает такой вид, как-будто инерционность двигателя во время переходного процесса су5 щественно уменьшается. Такой эффект получается без использования каких-либо электромеханических устройств.

Предлагаемый способ состоит в том, что

10 анализируют знаки напряжения управления двигателя и напряжения, пропорционального скорости вращения двигателя, и на тех интервалах времени, на которых знаки сигналов не совпадают, формируют корректирующий сиг15 нал, сдвигают его на четверть периода свободных колебаний системы и подают на звено, разрывающее на время действия корректирующего сигнала цепь основного управляющего сигнала.

20 Для рассмотрения сущности предлагаемого способа необходимо обратиться к фиг. 1 и 2, на которых показаны графики некоторых параметров системы для двух различных случаев при синусоидальном характере сигнала, уп25 равляющего двигателем. В первом случае (фиг. 1) предполагается, что постоянная времени двигателя крайне мала. Скорость двигателя В ппрри и ээттоом совпадает по фазе с напряжением управления U. Угол поворота прием30 ника автоматической системы 0» сдвинут от189074 носительно скорости двигателя на угол—

Ошибка системы б„сдвинута относительно 0 на угол ч.

На фиг. 2 приведены процессы, происходящие в системе в том случае, когда двигатель обладает значительной инерционностью. Скорость двигателя при этом сдвинута относительно управляющего напряжения на угол

g=arctg в Т. Здесь ь — частота колебаний системы. Угол поворота приемника 0 имеет сдвиг относительно скорости двигателя Q на угол —. Ошибка системы 6 сдвинута относи2 р тельно угла поворота 0> на угол л.

Из фиг. 1 и 2 видно, что вследствие инерционности двигателя ошибка реальной системы 6 отстает от положения ошибки при «идеальном» двигателе б„на тот же угол ф, на который отстает скорость инерционного двигателя от напряжения управления.

Передаточную функцию исполнительного двигателя в автоматических системах для переменной составляющей сигнала можно при рассмотрении свободных колебаний системы записать в виде: р дв

v p i -v где У(д,— коэффициент усиления двигателя, 1(— передаточное отношение редуктора, Р— проекция передаточного коэффициента на вертикальную ось, Т вЂ иском переменная функция.

Таким образом при рассмотрении свободных колебаний сигнал ошибки автоматической системы можно рассматривать в качестве выходной величины исполнительного двигателя.

Введение предлагаемого типа нелинейных динамических корректирующих сигналов в данном случае сводится к тому, что специально сформированные сигналы деформируют кривую реальной ошибки таким образом, чтобы она приобрела такой же вид, который имеет кривая ошибки системы при безынерционном двигателе. Для этого в интервалы времени, в которые скорость двигателя Р и управляющее напряжение U имеют разные знаки, формируется ступенчатый корректирующий сигнал, который деформирует кривую ошибки таким образом, как это представлено на фиг.2.

На фиг. 2 видно, что при этом кривая ошибки системы во время переходного процесса принимает такой вид, как-будто инерционность двигателя существенно уменьшилась.

Структурная схема для реализации предлагаемого в настоящей заявке способа динамических параметров двигателя представлена на фиг. 3. На логическое устройство 1, анализирующее знаки поступающих сигналов, подаются напряжение управления U двигателя 2 и напряжение Р, пропорциональное скорости вращения двигателя, например, с известной мостовой схемы или тахогенератора, В качестве логического устройства могут быть ис5

65 пользованы самые различные схемы, например простейшие схемы совпадения. Принципиального значения это не имеет. На тех интервалах времени, на которых знаки анализируемых сигналов U и Й не совпадают, формируется толчкообразный сигнал, поступающий на .схему задержки 8. В качестве такой схемы может быть использована простейшая интегрирующая цепочка. Схема задержки сдвигает корректирующий сигнал на время, равное четверти периода собственных колебаний системы, после чего сигнал поступает на ключевое устройство 4, которое на время действия корректирующего сигнала разрывает цепь основного управляющего сигнала. При этом из управления системой исключаются нежелательные части управляющего сигнала, обусловленные инерционностью исполнительного двигателя.

В тех режимах работы, в которых система имеет постоянную составляющую ошибки, одновременно будет иметь место переменная составляющая ошибки, амплитуда которой, однако, невелика..Если переменная составляющая ошибки нежелательна, то необходимо анализировать и корректировать переменные составляющие напряжения U, скорости и и ошибки 6.

Для выявления численных соотношений, определяющих зависимость между интервалом введения предлагаемого динамического корректирующего сигнала, может быть использована формула, связывающая между собой параметры корректирующего сигнала и эквивалентные значения постоянной времени Т" и коэффициента усиления К двигателя. Графики эквивалентных значений постоянной времени и коэффициента усиления звена для подобного типа корректирующих сигналов приведены на фиг. 4 и 5, Из графика на фиг. 4 видно, что введение нелинейных динамических корректирующих сигналов позволяет значительно уменьшить эквивалентную постоянную времени двигателя.

В тех случаях, когда требуется полностью компенсировать во время переходного процесса отрицательное влияние инерционности двигателя, необходимо ввести упреждение у, т. е, уменьшить сдвиг во времени ступенчатого корректирующего сигнала относительно того интервала, где скорость двигателя и управляющее напряжение имеют разные знаки. При этом из управления системой исключается та часть напряжения ошибки 6, которая соответствует более широкому интервалу, чем тот, на котором напряжение управления двигателя U и его скорость 0 имеют разные знаки (см. фиг. 6).

Из графиков эквивалентной постоянной времени двигателя при различных значениях упреждения у видно, что введение упреждения еще более существенно уменьшает эквивалентную постоянную времени двигателя.

189074

0

Ы - д4

Уив 2

40 у

4 иг. 5

uzampzr, Йи

cue

МЬ/

Важно, что эквивалентный коэффициент усиления двигателя в данном случае являетсл существенной функцией частоты колебаний системы (фиг. 5). При отсутствии колебаний в системс статический коэффициент усиления двигателя велик, а при возникновении колебаний динамический коэффициент усиления двигателя автоматически уменьшается, что способствует прекращению колебаний в системе. 1 аким образом, система с подобными корректирующими устройствами приобретает некоторые положительные качества самонастраивающихся систем.

Проведенные расчеты и эксперименты показывают, что использование предлагаемого способа позволяет в ряде случаев на порядок и даже выше повысить точность следящих систем и обеспечить достаточно хорошее качество пер еходн ых и роцессов.

Предмет изобретения

5 Способ управления исполнительным двигателем следящей системы, от 1ичающийся тем, что, с целью повышения ее точности путем снижения ошибки, вызванной инерционностью исполнительного двигателя, анализируют зна10 ки напряжения управления двигателя и напряжения, пропорционального скорости вращения двигателя, и на тех интервалах времени, на которых знаки сигналов не совпадают, формируют корректирующий сигнал, сдвигают его

15 на четверть периода свободных колебаний системы и подают на звено, разрывающее на время действия корректирующего сигнала цепь основного управляющего сигнала.

О гд Дд 4L ют

Рог. 4