Способ управления системой с нелинейной коррекцией

 

ф(„

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ((}) 526856

Со}оз Советских

Социалистических

Респуолик (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 28.05.74 (21) 2029484/24 (51) М. Кл,- "G 05В 5/00 с присоединением заявки е

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 62-50(088.8) Оп, бликовано 30.08.76. )юллетень Л 32

Дата опуоликования описания 08.09.76 (2) Авторы изобретения

Ц. И. Вайсберг, В, А, Песков, Н. П. Бойко и Н, И. Якубовская (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ

С НЕЛИНЕЙНОЙ КОРРЕКЦИЕЙ

Изобретение относится к области автоматики и может найти широкое применение в сис— темах автоматического управления, Известны способы, при которых начальные условия для построе:-гия быстродействующих процессов учитывают пут"м измерения скорости и ускорения выходной координаты. (1j

Однако такое формирование корректирующего сигнала с целью уменьшения колебательных процессов в нелинейной системе не целе- 1о сообразно, так как измерение скорости в системах с выходной величиной в виде вала осуществляется с помощью тахогенераторов и эти измеречия существенно искажаются наличием нелинейных характеристик самих изме- 15 ритслей (тахогенератор, редуктор, соединяющий тахогеператор с объектом и т. д.) ..

Поэтому наиболее эффективно с целью уменьшения колебательности в нелинейных системах учитывать начальные условия по 20 сигналу ошибки системы.

Известен способ коррекции нелинейной системы автоматического управления (САУ), основанный на выделении сигнала разности между сигналом ошибки системы и сглажен- 25 ным сигналом эток ошибки с последующим формированием корректирующего импульса в момент возникновения сигнала разности п суммированием корректирующего импульса с сигналом ошибки до момента равенства си - Зо нала, пропорционального скорости изменения сигнал а разности, и опорного напряжения. (2) Однако такой способ формирования корректирующего сигнала недостаточно эффективен в системах высокого порядка (3-го и выше). Это объясняется тем, что процессы,- Bblзванные корректирующим сигналом в этих системах, имеют оолее сложный характер, чем з системах ниже третьего порядка, поэтому корректирующий сигнал, сформированный путем сравнения скорости изменения сигнала разности с опорным сигналом, недостаточно эффективно устраняет нежелательные колебательные процессы.

Целью предлагаемого изооретения является устранение указанного недостатка, в результате чего эффективно повышается точность нелинейнь(х САУ и расширяется область их применения.

Поставленная цель достигается за счет того, что длительность первой части корректирующего импульса определяют временем изменения сигнала разности до величины сигпала, который с задержкой, определяемой параметрами системы, формируется по закону, обеспечивающему максимальное быстродействие уменьшения сигнала разности, крутизна этого закона обратно пропорциональна скорости изменения сигнала разности и знак соответствует знаку сигнала разности, а момент э26856

10

«ыключения другой части корректирующего сигнала, противоположной по знаку первой, определяют временем изменения скорости сигнала разности до заданного значения, причем знак первой части корректирующего ImIHiльca совпадает со знаком сигнала разности.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг. 2 приведены временные диаграммы работы системы, где: а — диаграмма кривой задающего воздействия, o,(t); о — диагp2ììû КрН«оН динамической ошибки в(1) нелинейной системы и линейной системы (сглаженная ошибка нелинейной системы в (t) ); в — диаграмма кривой сигнала разности между сигналом ошибки системы и сглаженным сигналом этой ошибки p»(t);

r — диаграмма кривой сигнала разности

EI .ci;cp (1) СКОррЕКтИрОВаННОй СИСТЕМЫ, ГдЕ

U — сигнал, сформированный по закону, обеспечивающему максимальное быстродействие уменьшения сигнала разности с крутизной, обратно пропоциональной скорости изменения сигнала разности в(/); т — задержка, определяемая параметрами системы; д — корректирующие знакопереключающие импульсы, е — диаграмма кривой сигнала разности е» cr;op(t) скорректированной системы, где

U., — сигнал, сформированный по линейно нарастающему закону (упрощенному закону); ж — диаграмма кривой динамической ошиоки ес„,р. (t) нелинейной системы, скорректированной предложенным способом.

Система содержит задающий блок 1, корректирующую систему 2, объект 3 управления, блок 4 формирования сигнала разности, дифференцирующее звено 5, нуль-орган б, функциональный блок 7, блок 8 задержки, олок

9 сравнения, формирователь 10 корректирующих импульсов.

Система работает следующим образом.

Пусть, например, объект 3 управления довжен с высокой точностью отслеживать движение задающсго олока 1 по закону u(t) (фиг.

2, а). Система замкнута по углу и при слежеHHH имеет динамиче=кую ошибку E(t) (фиг.

2, б). Величина и форма динамической ошибки зависят от вида управляющего воздействия и параметров системы. Если система линейная, т. е. отсутствуют люфт, зона нечувствительности и др., то динамическая ошибка имеет гладкий характер е.,(/) (фиг. 2, б) при гладком упразляющем воздействии. Однако электромеханических линейных систем практически и" существует, поэтому в нелинейных системах на динамическую ошибку накладываются автоколебания, вызванные нелинейностями системы.

Для компенсации автоколебаний в нелинейной системе автоматического управления сигнал разности p»(t) (фиг. 2, в) между сигчалом ошибки системы и сглаженным сигна20

33

05, ioM этой oiiiHOHH вь|деляют o IOKoii 4 формирования сигнала разности и в момент возникновения сигнала разности, который фиксируется нуль-органом, формирователь !О корректирующих импульсов подает на вход корректирующей системы 2 знакоперсклю-гающий импульс U,,„,ð. (t) (фиг. 2, д), который препятствует отклонению объекта управления 3, вызванному колебательным процессом.

Для определения длительности первой части корректирующего импульса с помощью дифференцирующего звена 5 измеряют скорость изменения сигнала разности, а в блоке

9 сравнения сравниваются сигнал разности

p»(t) и сигнал с выхода функционального бло1 ка 7 U: — —. (t) (фиг. 2, г). Фукциональный олок 7 включают нуль-органом б через б.ток

8 задержки при изменении знака сигнала разности. Блок 8 задержки необходим для того, чтобы предотвратить отрицательное действие корректирующего импульса: перерегулирование в том случае, когда крутизна сигнала с выхода функционального блока 7 больше крутизны сигнала разности в момент его возникновения, т. е. команда на переключение (или в упрощенном варианте отключение) корректирующего импульса не будет подана блоком

9 сравнения в формирователь 10 корректирующих импульсов. Величина задержки т выбирается минимально допустимой для каждой системы и зависит от частотной характеристики системы автоматического упразления (импульс, по длительности равный величине задержки т, не должен проходить на выход системы автоматического управления).

В момент, когда сигнал с выхода функционального блока 7 становится равным сигналу разности, формирователь 0 корректHpyioIIIHx импульсов изменяет знак корректирующего импульса на противоположный («упрощенном варианте отключает) и отключает корректирующий импульс, когда сигнал скорости изменения сигнала разности с выхода дифференцирующего звен. 5 становится равным зада Inoму значению.

Функциональный блок 7 формирует сигнал

U= по закону, обеспечивающему макси=() мальное быстродействие уменьшения сигнала разности, и крутизна этого закона обратно пропорциональна скорости изменения сигнала разности. Знак сигна ia с выхода функциона ll>Hol о блока 7 и первой части корректирующего импульса соответствует знаку сигнала разности.

В упрощенной схеме устройства отсутствуют дифференцирующее звено 5 и связи от дифференцирующего звена, Корректирующий импульс В уп1зощенной схеме формиоуется B момент возникновения сигнала разно ти, который фиксируется нуль-органом б. Для определения длительности корректирующего им526856

Г пульса нуль-орган 6 через блок 8 задержки включает функциональный блок 7, который формирует линейно нарастающий сигнал (кривая UÄ На фиг. 2, е). Крутизна этого сигнала определяется параметрами системы и подстраивается так, чтобы обеспечить минимальную величину сигнала разности корректирующей системы. Знак линейно нарастающего сигнала и корректирующего импульса устанавливают равным знаку сигнала разности.

Очевидно, что если начальные условия регулируемой координаты спосооствуют развитию колебания (направления векторов скоростн и ускорения объекта 3 управления совпадают с вектором скорости и . <Орения колебательного процесса), то кривая разности (колебания) достигает уровня фик .ируемой кр11вой (линейно нарастающий закон, парабола и т. д.) за более длительное время, чем если начальные условия противодействуют p23Bит1по колебания. Поэтому в первом случае импульс, противодействующий колебательному процессу, будет более длительный, чем во втором случае.

Таким образом, в предлагаемом сНосоос начальные условия регулируемой координаты учитываются при формировании корректир — ющего импульса.

Закон кривой, формируемой в функциональном блоке 7, выбирается для конкретно" clicтемы в зависимости от ее структуры и !ГараiVILTpOB. С IIOBbIIHeHHBXI HOp5IQH2 CHCTP. .iibi 3TOT закон усложняется.

Введение корректиру!Ощего сигнала по предло5кенному способу позволило уменьшить колебательные процессы в электромеханической следящей системе з -1- — 5 раз. Уменьшение колебательной сос12! ляющей динамической ошибки в 4 — 5 раз B .1ою очередь позволило

5 ПОЗЫСНтЬ ДОбРОтНОСть ".1СТЕМЫ В 3- — 4 РаЗа.

Формула изобретения

Способ i правления системой с нел!1Нейной

10 коррекцией, заключающийся в суммировании

cHГн2л2 ОШН5к:I с .Îpректпpуlощпм сиГналом от момента зознпкновеп I51 сигна»а разности между сиги;-:лом ошиб! и и сглаженным сигналом ошпбкн дo момснта равенства сигнала, 15 IIPoiioP:IIIQII2ль1!ОГО с! ОРО TH нзмсненп51 спГн2

2 р 2 зн !Ст I 1 ОпгрнОГО I;Bпр51жсчlпя пр!1Члм полярность корректирующего снгнал2 сОВНадасT с полярностью с!!Гнала разности, о тл uil 2 10 Щ Ii и C 51 TP>,i i!TO, " «Е lh10

20 точности, форм нру!От дополнительный линейНОНЯРЯСТ210Щ!111 СИГН2Л, ЗН2К КОТОРОГО COBпадает со знаком спгна 12 разности, 2 крутизна обратно прог11рцпн !2 зы!а скорости изменения снгн2;!2 разности, и â момент равен25 сТВ2 дополните и-ного спгна 12 и сигнала разности пз.,!Сияют полярно::.ь коррект:!рующсго

cIll.нала Н2 про l IIB01 оложную, 30 Источник!, прин.!тые Во внимание прн эксперт:lзе изобретения: (1). Чумаков Н..Ч. Лвиац!!о!!Ные кибернетические системы. 11зд-во КВАЗИ ВВС, Киев, 1968 г.. с. 234 — 236.

Р5 (2). Лзт. Сз ¹ 451047, М. Кл. G 05Â 5, 00, 18. 12. 72.

526856

Рекорд

4. р Я

Составитель Г. Романченко

Техред В. Рыбакова Корректор И. Позняковская

Редактор Е. Дайч

Типография, ир. Сапунова, 2

Заказ 1954/2 Изд. ¹ 1576 Тираж 1029 Подписное

Ц11ИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений ii открытий

113035, Москва, )К-35, 1 аушская иаб., д. 415