Устройство для предотвращения автоколебаний в следящей системе

(39) (И) БРЕТЕНИ ИДЕТЕЛЬСТВ КО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИ(71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институтим. В.И. Ульянова (Ленина)(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ АВТОКОЛЕБАНИЙ В СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕЩ содержащее последовательно соединенные измеритель рассогласования, регулятор положения, звено компенсации люфта, сумматор, регулятор тока, усилитель мощности с датчиком тока и исполнительный электродвигатель, механически соединенный с объектом управления, датчик положения объекта управления, подключенный выходом к первому входу измерителя рассогласо вания, при этом второй вход измери 05 В 5/00; С 05 В 13/00 теля рассогласования является входомустройства, а второй вход сумматорасоединен с выходом датчика тока,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью увеличения точности управления путем компенсации люфта переменной ширины в механической передаче,в него введены последовательно соединенные первый полосовой фильтр,фазовый дискриминатор, блок умножения и регулятор контура самонастройки, последовательно соединенные второй полосовой фильтр, модель линейной части объекта и амплитудныйдетектор, а также модель люфта, подключенная к выходу регулятора контура самонастройки и к второму входузвена компенсации люфта, а выходом -к второму входу фазового дискриминатора, выход амплитудного детекторасоединен с вторым входом блока. умножения, второй вход модели люфта подключен к входу амплитудного детектора, а входы первого и второго полосовых фильтров соединены с выходамидатчика положения объекта управленияи датчика тока соответственно.1084722 10 20 25 30 35 45 50 1Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано в электромеханических следящих системах с люфтом в механической передаче.Известна следящая система, в которой коррекция люфта в механической передаче осуществляется за счет введения в контур управления исполнительным двигателем нелинейности типа "зона нечувствительности" с регулируемой шириной зоны. Управление шириной зоны производится сигналом, представляющим из себя модуль суммы сигнала датчика ускорения объекта управления и продифференцированного сигнала тахогенератора, установленного на валу исполнительного двигателя Ц.Недостатком указанной системы является необходимость в установке дополнительного датчика ускорения и скорости, что усложняет конструкцию механической передачи.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, в котором использован способ компенсации люфта в механическойпередаче электропривода, Устройствосодержит последовательно соединенныеизмеритель рассогласования, регулятор положения, звено компенсациилюфта, сумматор регулятор тока,усилитель мощности с датчиком тока и исполнительный электродвигатель, механически соединенный с объектомуправления, датчик положения объекта управления, подключенный выходом кпервому входу измерителя рассогласования, при этом второй вход измерителя рассогласования является входомустройства, а второй вход сумматорасоединен с выходом датчика тока 2 . Недостатком известного устройстваявляется невозможность точной компенсации люфта в механической передачеисполнительного устройства из-за изменения в процессе эксплуатации истинной ширины полузоны люфта, которая завясит от температуры окружающей среды, степени износа и материалов. элементов исполнительного устройства. В системе автоматического управления электроприводом может. возникнуть режим автоколебаний, что, увеличивает погрешность управления электроприводом.Цель изобретения - увеличение точности управления путем компенсации люфта переменной ширины в механической передаче.Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные измеритель рассогласования, регулятор положения, звено компенсации люфта, сумматор, регулятор тока, усилитель мощности с датчиком тока и исполнительный электродвигатель, механически соединенный с объектом управленияЭ датчик положения объекта управления, подключенный выходом к первому входу измерителя рассогласования, при этом второй вход измерителя рассогласова-. ния является входом устройства, а второй вход, сумматора соединен с выходом датчика тока, введены последовательно соединенные первый поло- совой фильтр, фазовый дискриминатор, блок умножения и регулятор контура самонастройки, последовательно соединенные второй полосовой фильтр, модель линейной части объекта и амплитудный детектор, а также модель люфта, подключенная к выходу регулятора. контура самонастройки и к второму входу звена компенсации люфта, а выходом - к второму входу фазового дискриминатора выход амплитудного детектора соединен с вторым входом блока умножения второй вход модели люфта. подключен к входу амплитудного детектора, а входы первого и второго полосовых фильтров соединены с выходами датчика положения объекта управления и датчика тока соответственно.На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройст-, ва.ФУстройство для предотвращения автоколебаний в следящей системе содержит измеритель 1 рассогласования, регулятор 2 положения, звено 3 компенсации люфта, сумматор 4, регулятор 5 тока, усилитель 6 мощности с датчиком 7 тока, исполнительный электродвигатель 8, объект 9 управления, датчик 10 положения объекта управления, первый полосовой фильтр 11, фазовый дискриминатор 12, блок 13 умножения, регулятор 14 контда самонастройки, второй полосовой фильтр 15, модель 16 линейной части объекта, амплитудный детектор 17, модель 18 люфта.Устройство работает следующим обЪразом.3Следящая система, состоящая из блоков 1-10, построена по принципу подчиненного регулирования с настройкой внешнего контура на симметричный оптимум. Асимптотическая частотная5 характеристика внешнего контура - следящая система типа 3-1-3, т,е, следящая система имеет астатизм третьего порядка, что позволяет существенно повысить ее точностные по О казатели. Внутренний подчиненный контур замкнут по току якоря исполнительного двигателя и настроен на оптимум по модулю, Такая организация следящей системы позволяет 15 упростить структуру регуляторов 2 положения и 5 тока, организовать отсечку по якорному току исполнительного двигателя на уровне максимально допустимого значения. При наличии в 20 механической передаче исполнитель 1 ный двигатель - объект управления люфта в системе возникает режим автоколебаний, при котором резко ухудшаются точностные характериети ки следящего привода. Устранение режима автоколебаний осуществляется путем введения во внешний контур сле. дящей системы звена 3 компенсации люфта, имеющего статическую характе ристику Х щ(с)=ХВ, (с)+Ь, здпЗкл дй где Х (С) - сигнал на входе звенакомпенсации люфта;Х- сигнал на выходе звенакомпенсации люфта;Ькл - ширина полузоны звена40компенсации люфта.При равенстве приведенной к объективу ширины полузоны звена компенсации люфта ширине полуэоны люфта осуществляется полная компенсация45 действия люфта в механической передаче и следящая система приближается по своим динамическим. характеристикам к линейной системе. Однако из-за ряда факторов, перечисленных вьппе, истинная ширина полу- зоны люфта в механической передаче может изменяться. При этом может возникнуть недокомпенсация люфта, когда приведенная к объекту ширина полузо ны звена компенсации люфта меньше истинной ширины полуэоны люфта, и перекомпенсация, когда приведенная к 4722 4объекту ширина полузоны звена компенсации люфта больше истинной ширины полуэоны люфта.Для выделения величины истинной ширины полузоны люфта выходные сигналы датчиков 7 тока и 10 положения пропускаются через полосовые фильтры 11 и 15, Полосовые фильтры выполнены идентичными с полосой пропускания ограниченной зоной возможных автоколебаний следящей системы, которая для конкретной системы лежит в пределах (0,35-1)Яср, С выхода полосового фильтра 15 сигнал поступает на модель линейной части объектаУ которая при частоте среза внутрен; него токового контура равной(3-4) Мср выполнена из двух последовательно включенных интеграторов с суммарной передаточной функцией: Далее сигнал с выхода моделилинейной части объекта поступает на модель 18 люфта с шириной полузоны регулируемой сигналом, поступающим с выхода регулятора 14 контура самонастройки.Фазовый дискриминатор 12 вырабатывает сигнал, пропорциональный разности фаз сигналов с выхода модели 18 люфта и с выхода полосового фильтра 11, которая является функцией разности ширины полузоны люфта и ширины полузоны модели люфта д Ь С выхода фазового дискриминатора 12 сигнал поступает на первый вход блока 13 умножения. На второй вход блока умножения поступает сигнал с выхода амплитудного детектора 17, который пропорционален амплитуде колебаний на входе модели 18 люфта А,ц,=А 2 при У,щ(р)=11 ол(Р) в полосе частот возможнйх автоколебаний следящей системы, где 111,(р) - передаточная функция линейно ч части объекта управлепия. На выходе блока умножения при выполнении вьппе линераризации статических характеристик сигнал пропорционален разности ширины полу- эоны люфта и ширины полузоны модели1084722 Наименованиеэлемента Объект Количество Стоимость,руб наобъект Редуктор вприводешпинделя смеханическим люфтовыбирающимустройством 1 Базовый 560 Предлагаемый Упрощенныйвариант.редуктора,например,от станкасерии6 М 13 Г 7-2 210 Плата устройствакомпенсации 115 99640 Тираж 842 одписно ВНИЮИ 3 евф, г.Уагород, ул.ПР тна ал ППП люфта,Ь Ь. Этот сигнал поступает на вход регулятора контура самонастройки 14 с передаточной функцией Ы (р)= - , где К 2 выбирается такимКсн р ф 2 5 образом, чтобы частоты среза контура самонастройки Я сн =1/(4-5) ИсрС выхода контура самонастройки проинтегрированный сигнал расстройки ширины полузоны люфта относительно ширины полузоны модели люфта поступает на управляющий вход модели 18 люфта и уменьшает эту расстройку. За 6 чет интегрального закона регулирования статическая ошибка контура самонаст ройки отсутствует.Таким образом, сигнал на выходе регулятора контура самонастройки пропорционален истинной ширине полу- зоны люФта в механической передаче 20 с точностью, определяемой динамической ошибкой контура самонастройки. Этим сигналом осуществляется настройка ширины полузоны звена компенсации люфта.Для сравнительной оценки технико. экономических показателей предлагаемого устройства в качестве базового объекта принят фрезерный станок марки 6 Б 443 ФЗС, в приводе шпинделя 30 которого применен редуктор с механическим люфтовыбирающим устройством.Результаты, сравнения предлагаемого устройства с базовыми объектами сведены в таблицу. Ожидаемый экономический эффект от экономии . капитальных вложений на одно изделие составит 235 руб.