Система управления с переменной структурой

Система управления с переменной структурой, содержащая последовательно соединенные первый измеритель рассогласования, первый усилитель, выпрямитель, второй усилитель, первый блок умножения, ко второму входу которого через элемент сравнения и первый релейный элемент подключен выход первого усилителя, двигатель постоянного тока, выходной вал которого связан с датчиком скорости и датчиком положения, выход которого подключен к второму входу первого измерителя рассогласования, а выход датчика скорости подключен к входу третьего усилителя, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и улучшения качества переходных процессов, дополнительно введены последовательно соединенные датчик тока, вход которого соединен с выходом двигателя постоянного тока, второй измеритель рассогласования, интегратор, блок деления, к второму входу которого подключен выход датчика скорости, четвертый усилитель и второй блок умножения, выход которого подключен к второму входу элемента сравнения, а вход второго блока умножения подключен к выходу третьего усилителя, причем к второму входу второго измерителя рассогласования подключен выход сумматора, к первому входу которого подключен выход измерителя внешнего моментного возмущения, к второму входу сумматора через пятый усилитель подключен выход датчика скорости, подключенный через второй релейный элемент к третьему входу сумматора.

Изобретение относится к системам управления, а именно к системам управления с переменной структурой, и предназначено для адаптации к изменениям момента инерции, приведенного к валу исполнительного двигателя.
Цель изобретения повышение быстродействия и улучшение качества переходных процессов системы.
На чертеже представлена структурная схема системы управления с переменной структурой.
Входом системы является первый вход первого измерителя рассогласования 1, последовательно с которым соединены первый усилитель 2, выпрямитель 3, второй усилитель 4, первый блок умножения 5, ко второму входу которого через элемент сравнения 6 и первый элемент 7 подключен выход первого усилителя 2, двигатель постоянного тока 8, выходной вал которого связан с датчиком скорости 9 и датчиком положения 10, выход которого подключен ко второму входу первого измерителя рассогласования 1. Выход датчика скорости 9 через последовательно соединенные третий усилитель 11 и второй блок умножения 12 подключен ко второму входу элемента сравнения 6. Выход датчика тока 13 двигателя через последовательно соединенные второй измеритель рассогласования 14, интегратор 15, блок деления 16, ко второму входу которого подключен выхода датчика скорости 9, и четвертый усилитель 17 подключен ко второму входу блока умножения 12. Ко второму входу второго измерителя рассогласования 14 подключен выход сумматора 18, к первому входу которого подключен выход измерителя внешнего моментного возмущения 19, ко второму входу сумматора 18 через пятый усилитель 20 подключен выход датчика скорости 9, а к третьему входу сумматора 18 через второй релейный элемент 21 подключен выход датчика скорости 9.
Система работает следующим образом. Для двигателя справедливо отношение
(1)
где К_м коэффициент крутящего момента двигателя;
i ток двигателя;
J момент инерции его ротора, приведенный к выходному валу;
угол поворота выходного вала;
М_н момент нагрузки на валу. В общем случае
М_н М_вн + М_с.т. + М_в.т.,
где М_вн внешний момент, действующий на вал двигателя; М_с.т. и М_в.т. соответственно моменты сухого и вязкого трений, определяемые известными соотношениями ,
К_в.т. коэффициент вязкого трения.
Настройка коэффициента передачи пятого усилителя 20, равным К_в.т., и выходного уровня второй релейного элемента 21, равным М_т, а также измерение внешнего момента М_вн позволяет получить на выходе сумматора 18 значение М_н. При выборе коэффициента передачи датчика тока 13, равным К_м на выходе второго измерителя рассогласования 14 сигнал имеет вид К_м М_н, т.е. соответствует левой части соотношения (1). Интегрируя (1) по времени, получим
(2)
для медленно меняющегося J. С учетом (2) выходной сигнал блока деления 16
U_бд KJ,
где K K_gm/K_м K_gc; K_gm, K_gc - соответственно коэффициенты передачи датчика тока 13 и датчика скорости 9. Коэффициент передачи четвертого усилителя 17 К_н подбирается равным 1/J_ном, где J_ном номинальный приведенный момент инерции двигателя. Поэтому выходной сигнал усилителя 17 U_н имеет вид
U₄ J/J_ном. (3)
В случае, когда J J_ном, согласно (3) U_н 1 и предлагаемая система работает как система-прототип. При подаче на ее вход задающего воздействия двигатель 8 начинает разгоняться и при достижении им определенной скорости выходной сигнал второго блока умножения 12 превышает выходной сигнал первого усилителя 2. В результате выходной сигнал элемента сравнения 6 меняет знак и релейный элемент 7 переключается. Частота двигателя 8 уменьшается, что вызывает уменьшение сигнала с выхода датчика скорости 9 и соответственно с выхода второго блока умножения 12. Опять происходит смена знака сигнала на выходе элемента сравнения 6 и релейный элемент 7 снова переключается и т.д. Возникает скользящий режим, при котором выходной сигнал измерителя рассогласования 1 уменьшается монотонно, без перерегулирования. Достаточным условием существования скользящего режима является выполнение соотношения
K₁K₃K_дсU₄ IR/K_мK , (4)
где K₁, K₃ соответственно коэффициенты передачи первого 2 и третьего 11 усилителей;
R сопротивление цепи якоря двигателя 8;
K коэффициент противо-ЭДС двигателя 8.
Наименьшему времени переходного процесса соответствует равенство (4). Из этого условия выбирается коэффициент
K₃= I_номR/K_мK K₁K_дс.
При отклонении момента инерции J от номинального значения J_ном правая часть в соотношении (3) увеличивается в J/J_ном раз. Однако в отличие от системы-прототипа условие существования скользящего режима (4) остается справедливым, поскольку его левая часть за счет умножения на величину U_н, согласно (3) изменяется во столько же раз, что физически означает подстройку коэффициента передачи цепи обратной связи по скорости вращения двигателя 8. Таким образом, в предложенной системе управления с переменной структурой при значительных вариациях приведенного момента инерции двигателя удается организовать монотонные скользящие переходные процессы, затухающие с наибольшей возможной скоростью для текущего значения момента инерции.
Система управления с переменной структурой, содержащая последовательно соединенные первый измеритель рассогласования, первый усилитель, выпрямитель, второй усилитель, первый блок умножения, ко второму входу которого через элемент сравнения и первый релейный элемент подключен выход первого усилителя, двигатель постоянного тока, выходной вал которого связан с датчиком скорости и датчиком положения, выход которого подключен ко второму входу первого измерителя рассогласования, а выход датчика скорости подключен ко входу третьего усилителя, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и улучшения качества переходных процессов, дополнительно введены последовательно соединенные датчик тока, вход которого соединен с выходом двигателя постоянного тока, второй измеритель рассогласования, интегратор, блок деления, ко второму входу которого подключен вывод датчика скорости, четвертый усилитель и второй блок умножения, выход которого подключен ко второму входу элемента сравнения, а вход второго блока умножения подключен к выходу третьего усилителя, причем ко второму входу второго измерителя рассогласования подключен выход сумматора, к первому входу которого подключен выход измерителя внешнего моментного возмущения, ко второму входу сумматора через пятый усилитель подключен выход датчика скорости, подключенный через второй релейный элемент в третьему входу сумматора.