Нелинейное корректирующее устройство для систем автоматического управления

 

1 с-, r, Р c, Ф 4Ф льтаи; ио тъ.ъаиюА:сная

ОПИС АНИЕ

Союз Советских

Социалистических

Республик

»и1 7522 1 9

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 040778 (21) 2640062/18-24 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 300780. Бюллетень ¹ 28 (51)М. Кл

G 05 8 5/01

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 62-50 (088.8) Дата опубликования описания 300780 (72) Автор изобретения

А.И.Николайченко (71) Заявитель (54) НЕЛИНЕЙНОЕ КОРРЕКТИРУЮТ ЕЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для коррекции в измерительных и исполни-. тельных устройствах систем автоматического управления, а именно автоном- 5 ных систем управления (АСУ) с переменной структурой.

В состав АСУ подвижным объектом входят управляющее устройство (УУ), исполнительное устройство (ИУ), 10 объект управления (ОУ), чувствительное устройство (ЧУ).Непосредственно с СУ, имеющим входные и выходные координаты в виде механических величин (угол, скорость, путь, ускорение, 15 сила, и т.д.), и уу взаимодействуют два звена регулятора: ИУ вЂ” на входе

Оу и ЧУ вЂ” на выходе Оу. Эти устройства, как правило, содержат электромеханические элементы, воэдейст- 20 вующие на ОУ (например, привод руля, заслонки, сопла двигателей и т.д.) или вырабатывающие информацию о его движении (например, датчики, ускорения и скорости, маятник, цент- 25 робежный регулятор, двухстепенный тироскоп и т.д.).

Уравнения движений ИУ и ЧУ иден(тичны и имеют вид

mx + kx< + сх + fit = F(X»), 30

2 где Г(х») — координаты управления, сила трения, сх — позиционное сопротивление, 1х — скоростное демпфирование, mx — инерционное сопротивлеti ние.

Однако в некоторых .,случаях, когда основной является инерционная составляющая сил сопротивленияшх,а величины f и F(х») ограничены, возникают известные трудности демпфирования собственного колебательного движения„ возникающего в системе вследствие сравнительно малого conpol

1 тивления kx . Когда позиционная сила сх образуется в системе посредством обратной связи, контур которой содержит запаздывание или нелинейность, в системе возможен процесс незатухающих колебаний »ах + cxй F(xg) С точки зрения влияния движений

ИУ и ЧУ на работу системы управления следует отметить, что собственное движение ИУ приводит к ложному движению ОУ, собственное движение ЧУ приводит к ложному сигналу, поступающему в регулятор.

752219

Поэтому задача предотвращения собственных движений ЧУ и ИУ является одной из проблем построения помехоза-. щищенности системы управления с заданной динамической точностью.

Эти обстоятельства приводят к необходимости введения в систему демпфи5 рующих сил (сигналов).

Для обеспечения требуемого качества процесса регулирования Чу и ИУ применяют корректирующие устройства. -1асто кроме требований по запасу устойчивости к ЧУ, ИУ к автоматическим системам могут предъявляться жесткие требования и по другим показателям качества: установившейся точности, быстродействию, величине перерегулиро- 15 вания, колебательности. Указанные показатели качества в автоматической системе зачастую лучше могут,обеспечиваться только при нелинейном протекании процесса регулирования. 20

Для демпфирования собственных движений Чу и Иу используются корректирующие устройства, принцип действия которых основан на изменении структуры системы в зависимости от знаковых соотношений координаты ошибки Я. и ее первой производной

Известны устройства для коррекции систем автоматического управления, содержащие форсирующее звено первого порядка, собранное на пассивных элементах R, С. В этих устройствах для повышения быстродействия системы без. изменения ее коэффициента усиления содержится релейная схема управления, позволяющая подключать (при .Й> О) и отключать (npz& d(0) дифференцирующую емкость форсирующего звена, что равносильно введению в систему линейной скоростной связи kx<(1), Однако скоростное демпфирование 40 приводит к амплитудно-фазовым искажениям воспринимаемой информации в рабочей полосе частот, к сужению рабочей полости частот, увеличению статической погрешности ЧУ и ИУ. Статичес- 45 кую погрешность можно уменьшить за счет увеличения коэффициента передачи системы.

Известно также нелинейное корректирующее устройство, содержащее логический переключающий блок с двумя ключевыми схемами. Повышение быстродействия достигается путем изменения коэффициента передачи системы (2g .

Недостатком данного устройства является возможность его применения только для узкого класса АСУ, а введение большого количества ключей, логических схем усложняет настройку корректора.

Наиболее близко к предлагаемому бО нелинейное корректирующее устройство для систем автоматического управления, содержащее усилитель, выход которого соединен с первым входом сумматора, вход — через дифференциатор со входом 65 релейного элемента 3 В этом устройстве для повышения быстродействия системы параллельно сигналу ошибки «: вводится дополнг«тельная функция управления вида

Р ф = U 519п Е, Это устройство расширяет воэможности управления, так как управляющее воздействие прикладываются тогда, когда выполняются условия

Q.ß > 0 и E E 4 0

Недостатком устройства является

"эона застоя", определяемая величиной управления «О, +Up.

Таким образом, выигрывая в динамической точности систем управления, т.е. повышении быстродействия, уменьшении перерегулирования и колебательности, проигрывают в статической точности.

Цель изобретения — повышение статической точности и помехозащищенности систем автоматического .управления.

Поставленная цель достигается тегл, что корректирующее устройс-..âî содержит импульсный элемент, вход которого подключен к выходу релейного элемента, а выход — ко второму входу сумматора, а также тем, что импульсный элемент содержит генератор импульса и ключ, вход и выход которого связаны соответственно со входом и выходом импульсного элемента, а управляющий вход — с выходом генератора импульсов.

На фиг. 1 изображена функциональная схема нелинейного корректирующего устройства для систем автоматического управления, на фиг. 2 — фазовый портрет системы.

Функциональная схема нелинейного корректирующего устройства для систем автоматического управления содержит сумматор 1, ко входам 2, 3 которого подключены две параллельные цепи, в одну из которых включен усилитель 4, а другую дифференциатор 5, двухпозиционный релейный элемент б, импульсный элемент 7, состоящий из ключа

8 и генератора 9 импульсов, управляющий вход ключа 8 соединен с выходом генератора импульсов 9.

Нелинейное корректирующее устройство работает следующим образом.

Если на входе устройства сигнал х а 0, то на выходе корректирующего устройства получают сигнал вида у = cx + U° - (Г, Т). В том случае, если ) О, .го на выходе устройства получают у = cx - U .ф(Г, Т)

Наличие"дополнительного релейного

Г сигнала вида М = 0 sign x идентично введению сухого трения, которое в колебательной системе не приводит к уменьшению собственной частоты

752219

lTlxZ + сх = Ul c Т) пРи xg 4. 0, Гпх„Ф cxZ = -U g (7> Т) при х и учитывая начальное условие, можно найти решение x (t) в виде дискретного решения xz(7, Т), зависящего от импульса силы S.

При правильном выборе параметров периодического торможения можно избежать внесения в передаваемую устройством информацию амплитудно-фазовых искажений.

Параметрами импульсного торможения являются частота торможения М) (или период TopMoжения > = †" ) .и дли6д тельность торможения . Согласно

50 сйстемы, вместе с тем, постоянное воздействие таким сигналом сущестненно влияет на статическую точность системы, образуя "зону застоя".

Очевидно, что если дополнительный сигнал в системе присутствует периоди- 5 чески, фазовый портрет на плоскости координат ошибки Й и ее первой произнодной 6:..представляет собой последовательное соединение отрезков фазовых траекторий рассматриваемой системы без трения (фиг. 2, участки АВ,CD, EG) H c T eHHeM (c:TKH BC, DE, G0).

При этом все фазовые траектории стягиваются к особой точке с координатами Я=Я=О, т.е. в начало координат, что свидетельствует об отсутствии

"зоны застоя".

Если частота торможения системы сухого трения постоянна, то дополнительный сигнал воздействует на систему лишь н течение некоторой час- 2О

l ти >, периода торможения Т. Это эквивалентно введению в цепь воздействия импульсного элемента 7, состоящего из ключа 8, управляющий вход которого соединен с выходом генератора импульсов 9.

Таким образом, свободное движение, ЧУ и ИУ с периодическим торможением может быть описано дифференциальным импульсным уравнением

m xZ+cxZ — — U sign x< P ((,> Т)

Импульс системы торможения равен

S 0 Т<ч в данном случае величина постоянная. Разбивая уравнение на 35 два линейных дифференциальных импульсных уравнения теореме Котельникова искажений передаваемой информации не будет, если ьз > 2ы, и >. -+ О, где ы<> — собственная частота системы (под этим подразумевается, что спектр входного сигнала системы не пренышает частоты 44 ).

Таким образом, импульс силы трения должен иметь значительную амплитуду (+U, -U) и бесконечно малую длительность, а частота понторения импульсов должна быть выше двойной частоты системы.

Введение импульсов сухого трения позволяет существенно сократить время переходного процесса и практически устранить собственное движение системы без ухудшения статических и динамических свойств ЧУ и ИУ автономных систем управления при простоте схемной реализации.

Формула изобретения

1. Нелинейное корректирующее устройство для систем автоматического управления, содержащее усилитель, выход которого соединен с первым входом сумматора, а вход — через дифференциатор со входом релейного элемента, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения статической точности и помехоэащищенности систем автоматического управления, оно содержит импульсный элемент, вход которого подключен к выходу релейного элемента, а ныход — ко второму входу сумматора.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что импульсный элемент содержит генератор импульсов и ключ, вход и выход которого связаны соответственно со входом и выходом импульсного элемента, а управляющий вход — с выходом генератора импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 362279, кл. G 05 В 5/0 i, 01. 06. 71.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 230930, кл. G 05 В 5/01, 17.04.67.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 296079, кл. 6 05 В 5/01, 05.01.70 (прототип). 752.219

Составитель Г. Нефедова

Техред М.Кузьма

Редактор Л. Веселовская

Корректор С. Шекмар

Тираж 956

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4739/3

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4