Экстремальный регулятор для резонансного объекта

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТ(:56) 1. Казакевич В,В. и Родов А.Б.Системы автоматической оптимизации,И., фЭнергия", 1977, с.25-29,2. Авторское свидетельство СССРР 590695, кл, О 05 В 13/02,1978(54 ) (57 ) ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯРЕЗОНАНСНОГО ОБЪЕКТА, содержащий последовательно соединенные блок выявления направления движения по знакопостоянному сигналу и первый интегратор, последовательно соединенныевторой интегратор, исполнительный.801035564 А механизм, подключенный выходом к вхду резонансного объекта, и последо"вательно соединенные датчик выходной величины резонансного объекта,и блок выявления направления движения по знакопеременному сигналу,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с .целью повьюаення точности регулятора, он содержит суиматор, подключенный первым входом к выходу первого интегратора, вторым входом -к выходу блока выявления направления движения по знакопеременномусигналу, а выходом - к входу второго интегратора, и пиковый детектор, подключенный входом к выходудатчика выходной величины резонансного объекта, а выходом - к входублока выявления направления движения по знакопостоянному сигналу.Изобретение относится к самонастраивающимся системам управления иможет быть использовано в системахавтоматического управления резонансными объектами (вибрационнымитехнологическими машинами различного назначения,КС . контурами и т,д.),Известен экстремальный регуляториспользуемый для выявления и поддержания экстремума в объектах обладающих экстремальной статической характеристикой, дрейфующей при изменениивнутренних и внешних возмущений,, поступающих на объект. Регуляторприменим для поиска и поддержанияэкстремума в объектах, у которых 15управляемая величина является знакопостоянной, т.е, имеет неколебальныйхарактер и не сопровождается периодическим изменением знака. Регуляторсодержит блок выявления направлениядвижения к экстремуму по знакопостоянному сигналу, включающий запоминающее устройство, элемент сравнения и реле знака, а также интегратор и исполнительный механизм 1,Недостатком известного регулятораявляется то, чтопри выявленииэкстремума скорость изменения регулирующего воздействия являетсяпостоянной независимо от того, накаком расстоянии от экстремальнойточки находится объект. Для улучшения же динамики экстремального регулирования необходимо минимизироватьвремя выхода в зону экстремума ипотери на рыскание в окрестностиэкстремума, Особенно актуальными являются минимизация времени выходав зону экстремума для объектов,работающих в режиме частных пускови остановок, и уменьшение потерь 40на рыскание в объектах, не допускающих колебаний управляемой величины по технологическим причинам.Наиболее близким к изобретениютехническим решением является экстре мальный регулятор для резонансногообъекта, содержащий последовательносоединенные блок выявления направления движения по знакопостоянному сиг .,налу и первый интегратор и последовательно соединенные второй интегратор,исполнительный механизм подключенныйвыходом к входу резонансного объектаи последовательно соединенные датчиквыходной величины резонансного объекта и блок выявления направления дви 55жения по знакопеременному сигналу 2,.Недостатком известного регулятораявляется ограниченная область егоприменения, поскольку регулятор обес- .печивает поиск и поддержание экстремума только н объектах, обладающих высокой добротностью. В подобных объектах угол фазного сдвига между управляющим воздействием и управляемой величиной при резонансе ( экстремальный 65 режим) состанляет 7 а . Однако ряд объектов (вибрационные технологическиемашины, устройства для индукционногонагрева и т,д.) либо изменяют своюдобротность в процессе выполнения технологических опЕраций, либо характеризуются низкой добротностью. В этомслучае указанный угол не равен Я/и известный регулятор приводит к значительным погрешностям при определенииэкстремума и при его поддержании,что ограничивает его использование.Цель изобретения - повышение точности регулятора.Поставленная цель достигается тем,что регулятор содержит сумматор, подключенный первым входом к выходу пер- оного интегратора, вторым входомк выходу блока выявления направлениядвижения по знакопеременному сигналу,а выходом - к входу нторого интеграто 4 а, и пиковый детектор подключенныйвходом к выходу датчика выходной величины, резонансного объекта, а выходом - к входу блока ныянления направления движения по знакопостоянному сигналу.На фиг,1 изображена схема регулятора; на фиг.2 - эпюры напряжений,поясняющие его работу,Блок-схема (фиг,1 ) содержит резонансный объект 1, датчик 2 управляющего воздействия, датчик 3 выходной величины резонансного объекта,блок 4 выявления направления движения по знакопеременному сигналу,состоящий из первого порогового элемента 5, второго порогового элемента6, первого дифференциатора 7, второго дифференциатора 8, первого выпрямителя 9, второго выпрямителя 10 итриггера 11, пиковый детектор 12,блок 13 выявления направления движения по знакопостоянному сигналу,состоящий из запоминающего устройства 14, элемента 15 сравнения и реле16 знака, первый интегратор 17, сумматор 18, второй интегратор 19, испол-нительный механизм 20.На фиг,1 также обозначено: М -уп "равляющее воздействие, подаваемоена шину управляющего воздействия,9 - управляемая величина, подаваемаяна шину управляемой величины, о(, -регулирующее воздействие, а на фиг.2 0напряжение на выходе триггера 11,0- напряжение на выходе первогоинтегратора 17, О - напряжение навыходе второго интегратора 19, когданапряжение Оотсутствует (равно нулю);7 - длительность нахождения триггера 11 в одном устойчивом состоянии,1-длительность нахождения триггера11 в другом устойчивом состоянии 6 -время.Экстремальный регулятор для резонансного.объекта работает следующим образом.В резонансном объекте 1 ( фиг.1) выделяют канал с экстремальной характеристикой, максимум или минимум которой необходимо выявлять и поддерживать, и канал с монотонной характеристикой. 5Входом канала с экстремальной характеристикой является знакопеременное регулирующее воздействие с( выходом - знакопеременная управляемая величина М . Входом канала с моно тонной характеристикой является то же регулирующее воздействие о(.а выходом - угол Фазового сдвига Ч: =у между знакопеременным управляющим воздействием Х и знакопеременной 5 величиной 3Однозначное соответствие между указанными амплитудной характеристикой объекта, имеющего экстремум, и Фазовой характеристикой объекта позволяет испольэовать их как в отдельности, так и совместно для поиска и поддержания экстремума в резонансных объектах, обладающих в общем случае низкой добротностью. Величина добротности является достаточной и характерной для многих технологических объектов, и которых осуществляются процессы виброуплотнения, вибротранспортирования, виброперемешивания и т.д., причем добротность ЗО в этих процессах непрерывно изменяется.Входящие в экстремальный регулятор датчик 2 управляющего воздействия и датчик 3 преобразуют сигналы Х и 35в сигналы, имеющие одинаковую Физическую природу.Пороговые элементы 5 и б в блоке 4 преобразуют сигналы с датчиковв последовательности однополярных прямоугольных импульсов, длительности которых составляют половину периодов сигналов, снимаемых с датчиков, и Фазовый сдвиг между которыми раВен 9= ф -). Дифференциаторами 7 и 8 прямоугольные импульсы преобразуются в двуполярные последовательности узких импульсов, через выпрямители 9 и 10 поступающие на входы триггера 11 с раздельными вхо- дамиеЧередующимися импульсами обеих последовательностей триггер 11 пере- ключается из одного устойчивого состояния в другое, при этом взаимное временное расположение импульсов, поступающих на входы триггера 11, или, соответственно, различие в длительностях ч; импульса иТ паузы, .образующихся иа вьиоде триггера 11 и Формирующих напряжение 0(фиг,2), 60 являются признаком, использование которого позволяет осуществить движение к экстремуму. Использование признака основано на том, что при интегрировании напряжения 01 при не равных значениях С и Й появляетсянапряжение, которое в среднем имеетотличную от нуля скорость измененияи которое заставляет изменяться регулирувщее воздействиетаким образом,чтобы управляемая величина Я стремилась к экстремуму. При равных значениях Г и Г, имевцих место,когда фазовый сдвиг 9= Чу -ту = (Я,интегрирование напряжения О приводит к появлению напряжения, средняяскорость изменения которого равна .нулю. Поскольку фазовый сдвиг М=7 ЦЙв резонансных объектах с высокой добротностью соответствует экстремумууправляемой величинырезонансу,то для таких объектов равенство Т;и Т 2 эквйвалентно нахождению объектав экстремуме или же автоколебательному движению объекта в окрестностиэкстремума.С учетом сформулированного признака для выведения объекта в резонансную область напряжение 0, через сумматор 18 подается на второй интегратор 19, параметры которого выбраны таким образом, чтобы с высоким быстродействием формировалось напряжениеО через исполнительный механизм20 устанавливающее такое значениерегулируйщего воздействия с., прикотором в объекте достигается экстремум управляемой величины.В объектах с низкой добротностьюфазовой сдвиг=9 - 9 у =К/дуже не соответствует экстремуму, итребуется дополнительное воздействиена объект с целью поиска и поддержания экстремума управляемой величины.Для осуществления дополнительноговоздействия на объект в регулятореиспользуют блок 12 выделения огибающей управляемой величины и блок 13 выявления направления движения к экстремуму по знакопостоянному сигналу.На вход блока 12 подается знакопеременный сигнал с выхода датчика 3, на выходе блока формируется знакопостоянныйсигнал, поступающий на вход блока 13выявления направления движения познакопостоянному сигналу. Блок 13работает по принципу запоминанияэкстремума . С выхода блока 13 сигнал через первый интегратор 17 поступает на первый вход сумматора18, на второй вход которого подается сигнал с выхода триггера 11.Входные сигналы на сумматор 18поступают в виде напряжения О Фиг.2)с выхода триггера 11 несущего информацию о Фазовом сдвиге между управляющим воздействием и управляемойвеличиной, и напряжение Ос выходапервого интегратора 17, несущегоинформацию об амплитуде управляемойвеличины, причем параметры первогоинтегратора 17 выбраны таким образом, что скорость изменения напря1035564 30 жения О на его выходе существенноменьше скорости изменения напряжения 0 ( фиг.2 , на нескольких интервалах повторяемости напряжения Онапряжение Ц постоянное). Кроме того, напряжения Ои 0 подаются навходы сумматора 18 таким образом, что они противоположны по знаку.Указанный выбор параметров интеграторов 17 и 19 приводит к тому,что при включении регулятора в работу и поиске экстремума напряжение Ц, проходя через сумматор18, второй интегратор 19 и исполнительный механизм 20, изменяетрегулирующее воздействие ( и с 15высоким быстродействием выводит объектв состояние, при котором угол фазового сдвига между управляющимвоздействием и управляемой величиной становится равным 7 г/2 фиг.2,а,б, 20в, постепенное изменение длительностей С и Г в напряжении Ц и постепенное возрастание напряженйя О). В процессе этого движения скорость изменения регулирующего воздействия 25изменяется от максимального значе-,ния к минимальномуфиг.2,напряжение 0 а,), т.е. одновременно обеспечивается форсированный выход в околоэкстремальную область, и уменьшение скорости изменения регулирующего вбздействия при подходе куказанной области.Поскольку в объектах с низкойдобротностью состояние объекта,при котором угол ф "-3 " Ч =7 с/2не соответствует экстремуму, дальнейшее движение объекта к экстремуму осуществляется за счет постепенно возрастающего напряжения О с выхода первого интегратора 17. Регулятор в совокупности с объектом начинает функционировать как следящая система, в которой напряжение Ц является задающим, 0 - напряжение обратнбй связи, а сумматор 18 элементом сравнения. Блок 13 выявления направления движения по энакопостоянному сигналу выводит объект к экстремуму, в окрестности которого возникает автоколебательный режим изменения управляемой величины.В зависимости.от того, с какой стороны объект движется к экстремумус дорезонансной или с эарезонансной области - изменяются последовательность чередования импульсов Т 1 и паузв напряжении 0, а также направление изменения напряжения 0,1, Последовательность же функционирования регулятора не изменяется. Использование новых блоков - блока выделения огибающей управляемой величины и сумматора- обеспечивает поиск экстремума в объектах с низкой добротностью с высокими динамическими показателями, т.е. обеспечивает малое время выхода в околорезонансную область и малые потери на рыскание. Расчеты и экспериментальные проверки показывают, что время выхода в околорезонансную область в предлагаемом регуляторе уменьшается в 24 раза в зависимости от начальныхусловий по сравнению с регулятором, работающим только со энакопостоянным сигналом, при сохранении малых потерь на рыскание. ВНИИПИ Заказ 5831/48 Тираж 874 Подписное Филиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул. Проектная, 4