Устройство регулирования системы с ограничением

(54)(.57) УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ С ОГРАНИЧЕНИЕМ, содержащее пороговый элемент и два параллельн соединенных интегратора.с односторонним ограничением, выходы которы,д ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГИ ОПИСАНИЕ ИЗ через последовательно соединенные усилитель и элемент с ограничением соединены с объектом регулирования, о т л н ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьааения .его быстродействия С оно содержйт второй усилитель, выход первого усилителя через последовательно соединенные пороговыйэлемент и второй усилитель соединен с вторыми входами интеграторов с о. односторонним ограничением, а. второй вход второго усилителя соединен х с выходом объекта регулирования.Изобретение относится к системам автоматического управления, содержащим элементы устройства) с ограничением, и может бытЬ использовано в системах управления беспилотных летательных аппаратов, подверженных 5 воздействию помех, амплитуды которых при суммировании с полезным сигналом ограничиваются с насьпцением (ограничением), например усилителями с насыщением, приводами с огра О ничением как выходной величины, так и скорости ее изменения и др.Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее пороговый элемент и два параллельно соединенных интегратора с односторонним ограничением, выходы которых через последовательно соединенные усилитель и элемент с ограничением соединены с объектом, регулирования. ф.Односторонеее ограничение каждого интегратора достигнуто путем в лючения диода в цепь его обратной связи. Поэтому на выходах интеграторов полярность сигналов никогда не ме 25 , няется. Пороговый элемент реализован с помощью сравнивающего устройства на два входа, на один вход ко" торого подключена цепь управляющего сигнала систеьж автоматического управления, а на другой - соответствующая клемма источника постоянного тока с нейтральной клеммой, причем сравнивающее устройство и интегратор выполнены на одном операционном усилителе. В случае превышения управляющим сигналом порогового значения величина которого равна зоне ограничения элемента с ограничением, на.выходе сравнивающего устройства появляется сигнал, который 40 интегрируется интегратором с одно.сторонним ограничением, Так как; интеграторыс односторонним ограничением обладают инвертирующим свойством, то проинтегрированный сиг нал вычитается иэ управляющего сигнала, в результате чего объект регулирования выходит из эоны ограничения раньше, чем в случае отсутствия этой Формировки 1 .50Недостаток известного устройства состоит в низком быстродействии, Отрицательное влияние ограничения амплитуды помехи на динамические свойства и устойчивость системы автоматического управления компенсируется лишь после того, как сформируется формирующий фазовый сдвиг полезной составляющей управляющего сигнала на выходе устройства в .течение нескольких периодов ве изменения. из-за 60 низкого. быстродействия известного устройства положительный эффект при его использовании возможен только для узкого класса условно устойчивых ,систем автоматического управления, 6 годограф амплитудно-фазовой частотной характеристики которых на комп-лексной плоскости в разомкнутом их состоянии проходит вблизи и параллельно отрицательной вещественной полуоси в окрестностях критической точки с координатами: -1,и 0Кроме того, низкое быстродействие устройства ограничивает частотный диапазон изменения помехи, амплитуда которой подрезается. Частота поме" хи должна быть соизмерима с частотой изменения полезной составляющей управляющего сигнала системы автоматического управления. Только в этом, случае сформированный компенсирующий формирующий сдвиг на выходе устройства может улучшить динамические свойства и устойчивость систеью автоматического управления с огра ничением, в которую включено извест-, ное устройство Если частота помехи, высокая, то сформированный формирующий фазавый сдвиг пренебрежимо мал и известное устройство не оказывает существенного положительного воздействия на систему автоматического управления с ограничением.Цель изобретения - повышение быстродействия устройства регулирования систем с ограничением.Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее пороговый элемент и два параллельно соединенных интегратора с односторонним ограничением, выходы которых через по. следовательно соединенные усилитель и элемент с ограничением соединены с объектом регулирования, дополнительно содержит второй усилитель, выход первого усилителя через последовательно соединенные пороговый элемент и второй усилитель соединен с вторыми входами интеграторов с односторонним ограничением, а второй вход второго усилителя соединен с выходом объекта регулирования.Включение в контур регулирования двух параллельно соединенных между собой интеграторов с односторонним ограничением фильтруетсглаживает) помеху практически любой частоты и предупреждает нежелательное явление ее подрезания элементами с ограничением системы автоматического Управления. При срабатывании порогового элемента увеличивается коэффициент передачи второго усилителя, за счет которого уменьшается величина перерегулирования и повышается быстродействие устройства регулирования системы.с ограничением.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройствау на Фиг.2 осциллограьеы переходных процессов.Устройство содержит интеграторы 1 и 2 с односторонним ограничениемв цепях обратной связи каждого из фкоторых включен диод, первый 3 ивторой 4 усилители, объект 5 регулирования, пороговый элемент 6, уровень срабатывания которого равензаданному допустимому) значению5ошибки регулирования, элемент 7 сограничением, например рулевой привод с ограничением Либо выходнойкоординаты, либо скорости ее изменения. Кроме того, на фиг. 2 обозначено: 8-10 - осциллограммы переходных процессов,Цепь выходного сигнала подключена к одним входам интеграторов 1 и.2,к другим входам которых подключен 15выход усилителя 4, коэффициент передачи которого изменяется с помощьюпорогового элемента б. Выходы интеграторов 1 и 2 через усилитель 3соединены с входом порогового .эле- ;рмента б и входом элемента 7 с ограничением, выход которого через объект 5 регулирования подключен к входу усилителя 4. Элемент 7 с ограничением и объект 5 регулирования мо- дгут иметь свой замкнутый контур управления.Устройство работает следующим образом.Входной сигнал, состоящий из по лезной медленно изменяющейся, например, ступенчатой составляющей и быстро изменяющейся составляющей помехй , поступает на входы интеграторов 1 и 2, В зависимости от полярности входного сигнала один из интеграторов интегрирует и накапливаетсигнал, а другой в это время является элементом с нулевым коэффициентомпередачи, так как в цепях обратных связей интеграторов включены , 40диоды В разных направлениях. В результате интегрирования входной сигнал сглаживается ( фильруется), чтосразу предупреждает появление неже-.лательного явления насыщения эле-. 45мента 7 с ограничением в отличие отпрототипа, где требуется значитель-ное время для Формирофвания компенсирующего формирующего фазового сдвига полезной составляющей управляю" 5 Ощего сигнала системы с ограниче"нием.Далее проинтегрированный сигнаЛпосле усиления усилителем 3 посту".пает как на вход порогового элемен-..та б, так и через элемент 7 с ограНичейием на вход объекта 5 регули-.рования. Выходной сигнал объекта5 регулирования через усилитель 4поступает на входы интеграторов 1и 2, где осуществляется компенсация овходного сигнала. Наличие интеграторов 1 и 2 и усилителя 3 в прямойцепи системы способствует появлениюперерегулирования. Для исключенияэтого нежелательного явления с по- ь 5 мощью усилителя 4 увеличивается глубина отрицательной обратной связи. системы. Коэффициент передачи уси-. лителя 4 изменяется с помощью порогового элемента б., который срабатывает и изменяет коэффициент его передачи при превышении входным сигналом порогового элемента б заданногопорогового значения, Например, если объект 5 регулирования является,интегрирующим звеном, то для исключения явления перерегулирования необходимо увеличить коэффициент передачи усилителя 4 в два раза. Уменьшение перерегулирования повышает быстродействие устройства регулирования системы с ограничением и предупреждает явление насыщения элемента 7 с ограничением.Как только выходной сигнал уси-.лителя 3 достигает пределов допустимой ошибки регулирования, то пороговый элемент б возвращается в исходное (первоначальное) значение, коэффициент передачи усилителя 4 тоже возвращается в первоначальное значение. Коэффициент передачи .усилителя 4 становится равным коэффициенту передачи усилителя 3. Далее в установившемся режиме коэффициент передачи усилителя 4 не изменяется и пороговый элемент 6 нв сра-.батывает.Осциллограмма 8 переходного процесса (фиг. 2), полученная при отработке системой регулированияступенчатого сигнала без диодов в цепях обратной связи интеграторов 1 и 2 и без порогового элемента 6,т.е. с постоянным коэффициентом передачи усилителя 4, имеет колебательныйхарактер. Время регулирования и величина перерегулирования имеют знаХъ 4 очения"Е 8 ио . Подключение вФоцепи обратных связей интеграторов диодов, как это выполнено в прото 1 типе, дает переходный процесс, показанный осциллограммой 9, Колебательность уменьшается. Время регулирования может быть уменьшено до величины 9 путем одновременного уве-.личения коэффициентов передачи усилителей 3 и 4. Однако величина.перерегулирования ,остается дох-ф,статочно большо В предлагаемом устройстве переходный процесс имеет вид осциллограммы 10. Перерегулирования нет. Время регулирования 10 минимально. Быстродействие увеличивается на величину, равную:разности Ср -. 10 .При отработке входйого сигнала переменной полярности быстродействие предлагаемого устройства тоже повышается, так как для каждой поляр1130 ектная, 4 Филиал ППП "Патеитф, г. Ужгород, у ности входного сигнала подключаетсяв работу свой интегратор 1 или 2.. Изобретение позволяет повыситьбыстродействие устройства регулиро-,вания системы с ограничением на ве"личину, равную разности й - С,при отработке. ступенчатого входного сигнала. При этом исключается явление перерегулирования и предупреждается нежелательное явление насыщения элемента 7 с ограничением сис теж, которое может ухудшить ее динамические свойства и устойчивость.