Система управления

ОБ ЙСфюз Сфеетскнк Сфцнаинстнчесмнк Ресиубинк(22) Заявлено 251278 (21) 2700948/18-24 (51) М. Кл. с присоединением зеваки Йо С 05 В 17/02 Государственный комитет СССР ио дедам изобретений и открытий(088.8) ЬДата опубликования описания 230181Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В. И. Ульянова (Ленина)(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ 1Изобретение относйтся к системам автоматического управления, в частности к следящим системам, объектом которых является исполнительный дви гатель с нагрузкой на валу, и может 5 быть использовано для управления элек. тромеханическим объектом, в том числе с упругими связями и зазорами, когда выходные и промежуточные координаты нагрузки не все доступны измерению 10 с помощью датчиков, например в станкостроении в системах управления механизмами металлорежущих станков,Известны следящие систеьн, содержащие последовательно соединенные 15 измеритель рассогласования, регулятор и объект. регулирования, вход и выход которого соединены с соответствующими входами устройства для измерения текущих динамических ха" 20 рактеристик нестационарного объекта(идентиФикатором), выход которого соединен со вторым входом регулятоИ и Г 21.звестны также следящие систеьи, 25содержащие последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласо" вания, регулятор и объект, выход которого соединен с первым входом ,сумматора, второй вход которого чераз 30 2в эталонную модель соединен с выходом эадатчика, а выход через устройство управления с бесконечно большим коэффициентом усиления и ограничением соединен со вторым входом регулятора. В такой системе сравнивают реальные выходные координаты объекта с желаемыми, а по их разности Формируется дополнительный сигнал управления )31.Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является самонастраивающая система, содержащая последовательно соединенные блок задакщих сигналов, рагуляятО, усилитель мощности и исполнительный двигатель, кинематически связанный с объектом упраЬления, и последовательно соединенные блок оценки состояний объекта, измеритель ошибки и нелинейный уеилитель,вход которого соединен со вторым входом регулятора, второй вход блока оценки состоянийобъекта соединен со вторым выходом регулятора, а второй вход измерителя ошибки - со вторым выходом блока задающих сигналов 4).Недостатком известной систеьи является то, что при работе с объек" том управления, соединенным с исполнительным двигателем с помощью механической передачи с упругой связью изазором, система становится неработоспособной.Цель изобретения - расширение области применения системы для управления объектом, у которого выход и 5промежуточные координаты нагрузкинедоступны измерению, путем подавления резонансных колебаний объектауправления и расширения полосы пропускания за границу области резонансных частот,Поставленная цель достигается темчто система управления содержит блокмасштабных коэффициентов, вход кото рого соединен со вторым выходом блокаоценки состояний объекта, первый выход - с третьим входом регулятора, авторой выход - со вторым входом нелинейного усилителя.При этом организовывается два контура управления объектом управления, 20координаты нагрузки которого .недоступны измерению. Первый, внутренний, контур управления по состоянию объектаобразованным регулятором, усилителеммощности и исполнительным двигателем 25с датчиком скорости, замкнутым черезблок оценки состояния объекта и блокмасштабных коэффициентов, чем обеспечивается устойчивость и быстродействие при управлении объектом наоснове восстановления блоком оценкисостояния (и) независимых переменных объекта, где и - общий порядокдифференциальных управлений объекта.Восстановление (оценка) недоступных для непосредственного измерениякоординат объекта управления по выходному сигналу исполнительного двигателя возможно потому, что в сигналескорости двигателя содержится информация о динамических процессах в 40объекте управления, накладывающихсяв виде обратной реакции на движениевала двигателя вследствие неоднонаправленных свойств механическойпередачи. 4Второй, внешний, контур управленияпо вычислительному значению выходнойкоординаты объекта управления образуютрегуля тор, усилитель мощности, исполнительный двигатель, замкнутые Ячерез блок оценки состояния объектаизмеритель ошибки и нелинейный уситель. В контуре осуществляетсяправление с обратной связью по тойвычислительной координате объектауправления, которая в процессе управления следует своему эталонному назначению, предписываемому блокомзадающих сигналов. Таким образом,блок оценки состояния объекта наоснове информации об (и) неза- ф 0висимых переменных состояния объекта.управления формирует независимуюпеременную, пропорциональную илиравную той физической координатеобъекта, которая контролируется в про, 45 цессе управления, приобретая смыслвыходной координаты (выхода) объектауправленияБлок задающих сигналов выдает нарегулятор командный сигнал, а наизмеритель ошибки эталонный сигналвыходной координаты объекта управле,ния, вырабатываемый в нем с помощьюэталонной модели системы.Блок оценки состояний объектасостоит из датчика скорости, идентификатора, определяющего (и) независимую переменную состояния объекта,н вычислительного блока, определяющего по известным (и) переменнымсостояния выходную координату объектауправления.На чертеже приведена функциональная схема предлагаемой системы управления объектом с недоступным измерениювыходом,Схема содержит блок 1 задающегосигнала, регулятор 2, усилитель 3 мощ.ности, исполнительный двигатель 4,механическая передача 5, объект 6Управления, блок 7 оценки состоянийобъекта, идентификатор 8 состоянияобъекта, датчик 9 скорости, вычислительный блок 10, измеритель 11 ошибки, нелинейный усилитель 12 и блок13 масштабных коэффициентов.Система управления работает следующим образом.Блок задающего сигнала вырабатывает командный сигнал, который черезрегулятор 2, усилитель 3 мощности,исполнительный двигатель 4 и механическую передачу 5 передается на объектб управления, в котором возбуждаютсярезонансные колебания. Для обеспечения быстродействия и устойчивой отработки объектом управления задающегосигнала идентификатор 8 состоянияобъекта, получая сигнал от датчика9 скорости исполнительного двигателя 4, на скорость которого ввидуобратной .реакции механической передачи накладываются колебания объектауправления, вырабатывает недоступныеизмерению (2 и) независимых координат объекта управления имеющего истепеней свободы, именно: в упругихмоментов, соответствующих в упругимрезонансам, и аобобщенных скоростей. Если объект управления однорезонайсный (ймеет одну степень свободы), то восстанавливается одинупругий момент.Выход идентификатора 8 состоянияподается в блок 13 масштабных коэффициентов, формирующего линейнуюкомбинацию с заданными весовымикоэффициентами сигналов, вырабаты-.ваемых идентификатором 8 состоянияобъекта. Сформированный блоком 13масштабных коэффициентов сигнал через регулятор 2, усилителя мощнос"ти 3, исполнительный двигатель 4и механическую передачу управляетобъектом 6 управления принудительным образом, подавляя резонансынагрузки с помощью исполнительногодвигателя 4, При этом достигаетсяполоса пропускания управления механическим объектом, перекрывающая 5область его резонансных частот. Одновременно вычислительный блок .10, получая сигнал от идентификатора 8состояния объекта, вычисляет выходнуюкоординату объекта управления, а10именно скорость той массы, котораясвязана с рабочим органом объектауправления и движение которой контролируется при управлении в соответствии с задающим сигналом. Затем выход вычислительного блока 10 сравнивается в измерителе 11 ошибки с задающим сигналом блока 1, и полученныйсигнал рассогласования поступает внелинейный усилитель 12, представляющий собой безынерционный усилитель Яс большим усилием и ограничением,причем вблизи нулевой части характеристики усилителя имеется участок сусилением на порядок выше остальнойчасти характеристики. Сформированный 2нелинейным усилителем 12 сигнал управления поступает на вход регулятора2, образуя контур управления объектомпо его вычислительной выходной координате. Пропорционально-интегрирующий регулятор 2 обеспечивает необходимое усилие контура для достиженияпредельного с учетом ограниченийусилителя 3 мощности и исполнительного двигателя 4 быстродействия приуправлении вычислительным выходомобъекта управления, а также придаетему астатические свойства,Одновременно с этим, вырабатывае. мая измерителем 11 ош:бки ошибкамежду вычислительной выходной координатой вычислительного блока 10 изадающим сигналом блока 1 поступаетчерез нелинейный усилитель 12 ирегулятор 2 на второй вход идентификатора 8 состояния объекта и через 45него на вход вычислительного блока10, осуществляя корректированиеоценок этих блоков при изменениипараметров объекта управления в процессе управления и влияния нелиней- урностей как самого объекта управления(зазоров), так и характеристик усилителя 3 мощности, исполнительногодвигателя 4 н механической передачи 5. Нелинейный усилитель 12 позволяет обеспечить выбор режимов работыпредлагаемой системы при устранениинарушающего нормальную работу действия нелинейностей или переменностипараметров, а именно: если превалирует влияние нелинейных свойств, то еОблагодаря участку с повышенным усилием в нелинейном усилителе 12 возбуждается скользящий режим, создающий линеаризацию нейлинейностей(например, заэороз в объекте б управ-И ления и механической передаче 5 и зоны нечувствительности усилителя 3 мощности), Если же преобладает действие изменения параметров объекта управления, то сформированный нелинейным усилителем 12 сигнал управления по своему Функционированию эквивалентен сигнальной адаптации, достигая при этом значений ограничения.Таким образом, вычислительный блок 10 вырабатывает вместе с идентификатором 8 состояния объекта точ-.ную в прантмческом смысле оценку выхохной коордюваты, а вслед за ней также точные оценки промежуточных координат, Выборок коэффициентов в блоке 13 иааатабных коэффмциентов обеспечываетсж устойчивость динамических процессов в системе с иногорезонаыснни обьектом, а также быстродействие к предписанное блоком 1 задакаФх сигналов качество переходных процессов по выходной координате объекта б увравленмя вплоть до ограииченай ресурсов усилителя 3 мощ" ности н исполмнтельыого двигателя 4.Предлагаемая система обеспечивает устойчивость управления объектом с одним и более механическими резонансаии, работающего в условиях изменяющихся,параметров и проявления нелинейных свойств и когда его выходная.и.промежуточные координаты недоступны измеренИю. При этом достигается предельное по энергетйческим возможностям бйстродействие с полосой йропускания, перекрывающей область резонансных частот.Формула изобретенияСистема управления, содержащаяпоследовательно соединенные блок задающих сигналов, регулятор, усилительмощности и исполнительный двигатель,киыеиатически связанный с объектомуправления, и последовательно соедиыеиные блок оценки состояний объекта, изиерытель ошибки и нелинейныйусилитель, вход которого соединен совторым входои регулятора, второй входблока оценки состояний объекта соединен со вторыи выходом регулятора,а второй вход измерителя ошибки " совторым выходом блока задающих сигналов, отличающаяся тем,что, с целью расширения области прииенненик скствию, она содержит блокмасштабных коэффициентов, вход которого соедннен со вторым выходом блокаоценки состояний объекта, первыйвыход - с третьим входом регулятора,а второй выход - со вторым входом нелинейного усилителя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе8 798712 Составитель Г.НефедоваРедактор Н.Рогулич Техред Т.Маточка Корректор Н.в Шш втшщв ивввтв евштт ав вввтс вв ввт вв ая 10044/60 Тираж 951 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб. Филиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, Зака 1. Андреев Ю.О мерными объектами 1975, с 341-351,2. Современные ния САУ. Под ред. фМашиностроение", рис. 10 (.3).. Управление конечно.М., "Наукаф,рис. 31(1).методы проектироваБ.Н.Петрова, М.,1967, с. 219-223,3. Боднер В.А.Теория автоматического уйравления полетом. М., "Наука", 1964, с. 319-320, рис. 7-224. Современные методы проектирования САУ. Под ред. Б.Н.Петрова. М., "Машиностроение", 1967, с, 223-225, рис, 10 (9) (прототип). ПодписноСССРйд. 4/5