Способ автоматического управления в системе с люфтом

и 728111 Союз СоветскихСоциалкстическкхРеспублмк ИЗОБРЕТЕНИЯ к автОРСКОМу СвИДетЕЛЬСтв(23) Приритет СССР ао делам изобретений и,отнрытий(72) Авторы изобретения Владимирский политехнический институт(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВ" 1 ЕНИЯ В СИСТЕМЕ С ЛЮФТОМ 1Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано при создании автоматических систем с люфтом. - -Известны способы автоматического управления в системах с люфтом, использующие линейное преобразование основного сигнала управления (рассогласования) 113,2. Однако зти способы либо не позволяют устранить автоколебаний, присущих указанным системам, либо устраняют их лишь при весьма ограниченном10 диапазоне изменения параметров системы. Наиболее близким по технической сущностик предлагаемому является способ автоматического управления, заключающийся в суммирова. нин основного сигнала управления и дополни. тельного.кусочно-постоянного сигнала 3. Причем в этом спбсобе абсолютная величина дополнительного сигнала равна половине зоны люфтаредуктора исполнительного устройства, а знаксовпадает со знаком производной основногосигнала. При использовании этого способа ком.пенсируетсл влияние люфта, благодаря чему в системе устраняются автоколебания. 2Недостатком такого способа является значи тельное перерегулирование и время затухания переходных процессов в слабодемпфированных системах. Кроме того, этот способпредусматривает точное соответствие величины дополнительного сигнала величине зоны люфта. Поэтому при изменении по какой-либо причине величины люфта (например вследствие износа редуктора) в системе могут возникнуть автаколебания.Цель изобретения заключается в повышении точности управления.Эта цель достигается благодаря тому, что в момент равенства нулю линейной комбинации основного сигнала управления и сигнала обрат.ной связи по скорости, запоминают основной сигнал и формируют из него дополнительный постоянный сигнал, определяемый коэффициен. том передачи и постоянными времени системььНа фиг. 1 представлен фазовый портрет автоматической системы с люфтом, скорректированной по предлагаемому способу; на фиг. 2 - . пример конкретного выполнения автоматической системы с люфтом, реализующий предлагаемый способ.372811В описании приняты следующие обозначения:Х - основной сигнал;Ч - сигнал обратной связи по "скоростй;(3 - линейная комбинация основного сигна.ла управления и сигнала обратной свя. "зи по скорости;Кос- коэффициент обратной связи;О - дополнительный корректирующийсигнал;Хо - запомненный основной сигнал;Кн - коэффициент пропорциональности;8 - коэффициент передачи;Т - постоянная времени.Система, реализующая предложенный спо.соб (фиг. 2), содержит датчик рассогласования1, усилительно-преобразовательное устройство 2,исполнительный двигатель 3, редуктор 4, запоминающий элемент 5, нуль-орган 6, элементсравнения 7, устройство 8 обратной связи.20Работает система следующим образом.Предположим, что динамика системы можетбыль описана дифференциальным уравнениемвторого порядка. Для исследования процессовв этом случае воспользуемся методом фазовойплоскости (фиг.1) .Равенство нулю линейной комбинации основного сигнала управления (рассогласования) Хи сигнала обратной связи по скорости ЧО=Х+КосЧ=О (1) .з 0где Кос - постоянное число,на этой плоскости будет соответствовать попаданию изображающей точки на прямую ЙМ(фиг.1),Предположим, чтб система находилась в положении равновесия. В этом случае линейнаякомбинация "6" основного сигнала управленияи сигнала обратной связи по скорости будетравна нулю, поэтому производится фиксацияосновного сигнала Х= О, После этого дополни. 4 отельный корректирующий сигнал О будет под.держиваться равным нулю,Пусть в некоторый момент времени в сис.теме возникает начальное отклонение Х(О);Х (О) (точка А, на фиг.1). Если точка А,не попадает на прямую ММ (то есть линейнаякомбинация 6 начального отклонения и началь.ной скорости не равна нулю), то движение бу.дет происходить при нулевом корректирующемсигнале по траектории 1, В точке В когдаскорость Х -О, происхощит расцепление ведуще.го и ведомого вала редуктора, после чего ведо.:мый вал в течение некоторого времени остаетсянеподвижным, в то время как ведущий вал.движется в обратном направлении. Отрезок:сВ,С, фазовой траектории 11 соответствуетуравниванию скоростей ведущего и ведомоговалов редуктора, после чего из точки С потраектории Щ происходит движение системы 1 4 с зацепленными валами редуктора. Это движение происходит до тех пор, пока изображающая точка не попадает на прямую ЙМ (точка Л,на фиг,1), При этом линейная комбинация (1) становится равной нулю. В этот момент осу. ществляется фиксация значения основного сигнала Хо (фиг. 1), после чего к основному сиг. налу добавляется дополнительный постоянный сигнал, равный части зафиксированного рассогласования О = - КнХо, Под действием его дви.жение системы происходит по траектории 1 Ч(фиг. 1). Коэффициент пропорциональности Кнможно выбрать так, что фазовая траектория1 т попадает прямо в начало координат "О".При этом линейная комбинация 6 = О, поэтомув точке О фиксируется значение основного сигнала Х=О и дополнительный сигнал скачкомстановится равным нулю.Таким образом, за конечное время системаиз произвольного начального состояния переходит точно в положение равновесия и остается в нем,Если в системе возникает новое отклонение (точка Аз на фиг, 1), то процессы проте. кают аналогично (траектория АзВзСздзО на фиг,1),Для обеспечения описанного режима работысистемы необходимо выбрать настроечный пара.метр К в выражении (1) так, чтобы прямаяММ имела наклон не меньше, чем наклон ка.сательной к линии К 1., точки которой соответ.ствуют выравниванию скоростей валов редукто.ра.Если в системе произойдет увеличение зазора в редукторе, то это приведет к смещениюлинии К 1 на фазовой плоскости (см, К,1на фиг. 1), Однако при этом наклон касательной в начале координат к этой линии не изменится,Поэтому изменение зазора,редуктора в ходеэксплуатации системы не требует измененияпараметров закона управления.На входе устройства 2 к рассогласованиюсистемы Х добавляется дополнительный коррек.тирующнй сигнал О. Он формируется запоминающим элементом 5, управляющий вход которо. - .;:.-;=;го связан с нуль-органом б. Нуль. орган даетсигнал на фиксацию основного сигнала управ.ления Х в тот момент, когда равен нулю сиг.нал с выхода элемента сравнения 7, йа одинвход которого поступает основной сигнал Х,а на другой - , сигнал Кос Ч с выхода устройства 8 обратной связи по скорости.Пусть передаточная функция разомкнутойуправляемой системы (звеньев 2, Э, 4 на фиг.9,имеет вид Я/(9)781116где т 1 является решением уравнения 5Покажем, как в этом случае определяютсяпараметры Кос и Кпредлагаемого законауправления по параметрам управляемой системы.В соответствии с траекторией 1 Ч наклонкасательной к линии К 1. в начале координатбудет равен (-1/ВТ).Из уравнения (1) следует, что угловойкоэффициент прямой ЙМ равен (.1/К с).Поэтому значение коэффициента Кос определяется параметрами системы (коэффициентпередачи В и постоянной времени Т)следуюшимобразом 1оС Чю(21 15 Часть КХо основного сигнала Хо, используемаяв качестве дополнительного сигнала О, выбирается так, чтобы фаэовая траекторияЧ(фиг,1)попадала в начало координат.Дифференциальное уравнение, описывающеедвижение системы на этом участке, имеет видд х дкТ,+Вх=й КХ,(О):у,оХ(О) = - Х /КРешая его, получим уравнение фазовой траектории Й в параметрической форме. В случае,. когда корни характеристического уравненияявляются комплексно. сопряженными (й 4 т)получим: 35щ (3) где СО: -2 Т"Д 1 "(а 1 (4) 45 циента Кнк +е Ь-к асов - +- " вв=0 (5) 5 о Чтобы фазовая траектория через время т,после начала движения из точки Д, (фиг.1)попала точйо в начало координат, необходимс. Из условий (4), используя выражение (3),получаем уравнение для определения коэффи. Т М, (4-Кн Тд, Ые- СОЪ - +1(1-К 11 сО+ - 1 --- 131 П -=0 (И Итак, для реализации предложенного сло.соба управления в системе необходимо значенияпараметров Кн и Ко. выбирать в соответствиис соотношениями (2, 5, б),Таким образом, предложенный спосоо автоматического управления, являясь несложным в реализации, в то же время позволяет существенно улучшить показатели качества системы с люфтом: устранить автоколебания, уменыдить время затухания переходных процессов, устранцт перерегулирование, уменьшить интегральную ошибку системы, обеспечить независимость характера переходных процессов от величины зоны люфта. Формула изобретения Способ автоматического управления в системе с люфтом, заключающийся в суммированииосновного сигна з управления и дополнительно.го кусочно-пэстоянного сигнала, о т л и ч а ю.ш и й с я тем, что, с целью повышения точности управления, в момент равенства нулюлинейной комбинации осйовного сигнала управления и сигнала обратной связи по скорости запоминают основной сигнал и формируют иэнего дополнительный постоянный сигнал, опре.деляемый коэффициентом передачи-и постоянными времени системы.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Пальтов И. П. О синтезе линейных корректирующих устройств в йелинейных автоматических системах,-"Анализ и синтез системавтоматического управления". Сборник "Наука", 19 б 8.2, Нелинейные корректируюшие устройствав системах автоматического управления подред Е, П. Попова и Ю, И, Топчеева, "Машиностроение", 1971.3. Авторское свидетельство СССР М 243010,кл, 6 05 В 5/00, 19 б 8,)/ Составитель Г, Романченк Редактор Н. Каменск Техред Н.Ковалева Стец орре Тираж 95 б НИИПИ Государственного комит по долам изобретений и открьгти 5, Москва, Ж, Раушс Подписное аказ 1137 та ССС