Устройство для автоматической настройки систем регулирования

1 д.4:" -" И-Е ОП И САНИЗОБРЕТЕНИЯ 297032 Союз Советских Социалистикеских РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельства1 ПК 605 Ь 13 Заявлено 21 М 11.1969 ( 1357683/18-24)с присоединением заявкиПриоритетОпубликовано 02 Л 11.1971. БюллетеньЛата опубликования описания 17.Л.1971 Ковтитет по делает изобретеиий и аткрыти при Совете Министров СССРвтс ры обретения Б. В. Новоселов и А. А. Кобзе явите СТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ2 Изобретени систем автом равления,При экспл регулировани требуется их как правило, пако в целое массовом пр ется высокок образней пр ройку параме предназначено для настроитического регулирования и у уатации систем автоматического я и в частности следящих системкачественная настройка, что, осуществляется оператором. Одряде случаев (например, при оизводстве систем, когда требуачественная настройка) целесооизводить автоматическую наст- тров системы. Предлагаемое устроиство, кроме усилителей, исполнительных двигателей и схем сравнения, содержит два квадратора, соединенных с выходом своей схемы сравнения, сумматор, входы которого связаны с выходами обоих квадраторов, два блока реле, а также подключенные к выходу системы блок для измерения и запоминания амплитуды, выход первого из которых через соответствующую схему сравнения и один из блоков реле соединен с исполнительным двигателем настройки коэффициента усиления, а выход другого через свою схему сравнения и второй блок реле связан с двигателем настройки коэффициента передачи обратной связи по скорости, кроме этого выходы сумматора подсоединены ко входам обоих усилителей. Такое соединение блоков в устройстве даетвозможность применять его для настройки коэффициента усиления и коэффициента передачи обратной связи по скорости линейных систем высокого порядка и нелинейных систем.Амплитудно-частотная характеристика замкнутой системы определяется ее параметрами. Как в линейной системе любого порядка, 10 так и в нелинейной всегда имеется резонансная частота и вполне определенная амплитуда вынужденных колебаний на этой частоте при определенном входном воздействии. Резонансную частоту и амплитуду вынужденных 1 колебаний на этой частоте можно определитьэкспериментальным или аналитическим путем. Для следящих систем эти величины довольно просто определяются экспериментальным путем, Резонансная частота в основном 20 определяется коэффициентом усиления, а амплитуда вынужденных колебаний - коэффициентом демпфирования. Следовательно, настройку коэффициента усиления можно вести в функции отклонения резонансной частоты 2 б системы от эталонной, а настройку коэффициента передачи обратной связи по скорости - в функции отклонения амплитуды вынужденных колебаний от эталонного значения амплитуды вынужденных колебаний на резонанс ной частоте, для чего необходимо контролировать резонансную частоту и амплитуду вынужденных колебаний на этой частотс.Для построения устройства автоматической настройки и пользуется критерий оценки качества:- (Я Я)э + ( , )2)2где М, - - талонное значение амплитуды вынужденных колебаний на резонансной частоте;М - текущее значение амплитуды вынужденных колебаний;кэ - эталонная резонансная частота;юр - текущая резонансная частота.В случае минимизации этого критерия пометоду граднецта алгоритм настройки будет:для коэффициента усиленияКу --;Мэ - Мэ+ э, - ар1 оэ - эф)Ж)для коэффициента демпфированияК гД ДР);э + , (1)1 э (1)РДля упрощения реализации схем указаннь 1 йалгоритм можно изменить без потери качества цастроики:для коэффициента усиленияКу: - 1 1 Л 1 э Ж)1 + э 1 э щр1 з 1 Р фэ- ир(1)ж,для коэффициента демпфированияКд = - 1 (Мэ - Ж)1+. - фри); зап. -- вр(1).11,Для настройки необходимо на вход иливнутренний контур подавать пробное гармоническое воздействие с эталонной резонанснойчастотой и определенной амплитудой, В случае, когда ар ( оъ, коэффициент усиления Кубудет увеличиваться, а когда юр ) аэ - уменьшаться, причем скорость изменения его в обоих случаях будет пропорциональна величинеМэ - М (Ц + вэ - ор (1) . Коэффициентпередачи обратной связи по скорости Кд будет увеличиваться, когда М ) М и уменьшаться, когда М (Мэ.На фиг. 1 представлена блок-схема следящей системы и устройства автоматической настройки ее параметров, где Х, - входная величина; Х, - выходная величина; Х - ошибка системы; Аэ з 1 п аэ 1 - пробное гармоническое воздействие; М, - эталонное значение амплитуды вынужденных колебаний на резонансной частоте юэ при пробном воздействииАэз 1 п (оэ.На фиг. 2 приведены амплитудно-частотныехарактеристики замкнутой системы, где М -амплитуда колебаний, в - частота колебаний.Следящая система представлена в виде основного контура регулирования 1, настраиваемого коэффициента 2 усиления (Кд), дифференциатора 3 цепи обратной связи, настраиваемого коэффициента 4 передачи обратнойсвязи по скорости (Кд). Контур б автоматической настройки коэффициентов Кд и К состоит из блока 6 измерения и запоминания амплитуды и блока 7 измерения частоты, входкоторых соединен с выходом системы. Выходблока 6 измерения и запоминания амплитудысоединен со схемой 8 сравнения, на которую5 подается эталонное значение амплитуды вынужденных колебаний М, на резонансной частоте аэ, а выход ее соединен с блоком 9 релеи через квадратор 10 - с сумматором 11. Выход блока 7 измерения частоты, так же, как и10 блок 6 измерения и запоминания амплитуды,соединен со схемой 12 сравнения, на которуюподается эталонное значение частоты сакэ, авыход схемы 12 сравнения соединен с блокомреле 13 и через квадратор 14 - с сумматором15 11, Выход сумматора 11 через усилитель 16соединен с исполнительным двигателем 16настройки коэффициента усиления и черезусилитель 17 с исполнительным двигателем 18настройки коэффициента передачи обратной20 связи по скорости, Исполнительный двигатель16 соединен также с блоком 13 реле, а исполнительный двигатель 18 - с блоком 9 реле.Выходной вал двигателя 16 соединен с настраиваемым коэффициентом Ку (им может25 быть в частности потенциометр), а выходнойвал двигателя 18 - с настраиваемым коэффициентом Кд (им может быть в частностипотенциометр) .На фиг. 2 представлены амплитудно-частот 50 ные характеристики, настроенной системы 19и ненастроецной 20, 21.Настройка коэффициентов усиления Ку ипередачи обратной связи по скорости Кд происходит следующим образом. На вход или во55 внутренний контур системы подаются пробные гармонические колебания А, з 1 п оь 1 сэталонной частотой (равной резонансной частоте системы) оэ и определенной амплитудойА. В настроенной системе на выходе будут40 колебания с такой же резонансной частотойьэ и определенной амплитудой М, (отличнойот амплитуды пробного воздействия) - кривая 19 ца фиг. 2. В ненастроенной системе амплитуда и резонансная частота будут отлич 45 ными от эталонных оэ и М, - кривые 20, 21на фиг. 2,Пусть, например, настраиваемая системаимеет резонансную частоту ар и амплитудуМь Выходной сигнал системы поступает на50 блок 6 измерения и запоминания амплитудыи блок 7 измерения частоты, на выходе которых соответственно выделяются амплитуда ичастота вынужденных колебаний. С выходаблока 6 измерения и запоминания сигнал,55 пропорциональный амплитуде колебаний, подается на схему 8 сравнения, на которую также подается сигнал, пропорциональный эталонному значению амплитуды М в результате чего на выходе схемы 8 сравнения форми 60 руется сигнал, пропорциональный алгебраической разности эталонного и текущего значения амплитуды М, - М,. В данном случае этавеличина имеет отрицательное значение. Свыхода схемы 8 сравнения сигнал поступает65 на блок 9 реле и через квадратор 10 - на сумматор 11. Блок 9 реле срабатывает и включа. ет двигатсль 18 (подключает входной сигнал или подает напряжение на обмотку возбуждения), при этом направление вращения двигателя 8 определяется знаком разности М, - М В данном случае М, - М, ( О и коэффициент передачи обратной связи по скорости К изменяется в сторону увеличения, С выхода блока 7 измерения частоты сигнал, пропорциональный резонансной частоте вынужденных колебаний аь подается на схему 12 сравнения, на которую также подается сигнал, пропорциональный эталонному значению частоты ав результате чего на выходе схемы 12 сравнения формируется сигнал, пропорциональный алгебраической разности эталонного и текущего значений резонансных частот оь - ар 1С выхода схемы 12 сравнения сигнал поступает на блок 13 реле и через квадратор 14 - на сумматор 11. Блок 13 реле срабатывает и включает двигатель 1 б (подключает входной сигнал или подает напряжение на обмотку возбуждения), при этом направление вращения двигателя 16 определяется знаком разности а, - ьрь В данном случае о - ор 1)О и К изменяется в сторону увеличения. Скорости исполнительных двигателей 1 б, 18 определяютея величиной выходного сигнала сумматора 11, пропорционального величине (Мэ - М)+ (оэ - о 1 я) , который подастся на двигатель 1 б через усилитель 15 и на двигатель 18 через усилитель 17. Усилители 15, 17 служат для усиления гыходного сигнала сумматора 11 по мощности.Когда величина М, - М, = О, чго определяется чувствительностью схемы, блок 9 реле отключит двигатель 18, несмотря на то, что управляющий сигнал с сумматора 11 может быть не равен нулю, так как в этот момент ьь - оз может быть не равным нулю. Про цесс настройки коэффициента передачи обратной связи по скорости К закончен. 1 огда величина м - ор -- О, что определяется чувствительностью схемы, блок 13 реле отключит двигатель 1 б, несмотря на то, что управляю щий сигнал с сумматора 1 может быть равеннулю, так как в этот момент М, - М может быть не равным нулю. Процесс настройки коэффициента усиления К, закончен. 15 Предмет изобретенияУстройство для автоматической настройкисистем регулирования, содержащее два усилителя, подключенных к исполнительным дви гателям, и схемы сравнения, отличающеесятем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно дополнительно содержит два квадратора, соединенных с выходом своей схемы сравнения, сумматор, входы ко торого связаны с выходами обоих квадратов,два блока реле, а также подключенные к выходу системы блок для измерения частоты и блок для измерения и запоминания амплитуды, выход первого из которых через соот ветствующую схему сравнения и один из блоков реле соединен с исполнительным двигателем настройки коэффициента усиления, выход другого через свою схему сравнения и второй блок реле связан с двигателем на стройки коэффициента передачи обратнойсвязи по скорости, а выходы сумматора подсоединены ко входам обоих усилителей,297032 Риг 1 Составитель 3. Маркова Техред Е, Борисова Корректор Т. А. Абрамова Рсдактор Ю. Полякова Заказ 1541/4 Изд. Л% 653 Тираж 473 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Типография, пп Сапунова, 2