Устройство компенсации нелинейности

,я,с 05 В 5 СССРРЫТИЙ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 14 в 1, Я 1Н АВТОРСНОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН(72) Н.В,Градобоева и В.К.Стеклов (71) Киевский институт автоматики им. ХХЧ съезда КПСС,звено, нелинейное звено типа эоны нечувствительности, а также последова"тельно соединенные первую модельинерционного звена и репейный элемент причем вход первой модели инерционного звена соединен с первым входом сумматора, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности устройства и расширения областиего применения, в него введены втораямодель инерционного звена и амплитудный удвоитель сигнала, причем выходрелейного элемента соединен черезамплитудный удвоитель сигнала с вторымвходом сумматора и через вторую модель инерционного звена - с третьимвходом сумматора,2 ОМпенсации нелинейности снижается. Применение известных методов проектирования корректирующих цепей не позволяет устранить указанные недостатки.Реальные корректирующие звенья строятся чаще всего на пассивных ВС-цепях)основным недостатком которых является ослабление полезного сигнала, проходящего через это звено, и поэтомудля восстановления его уровня необходимы дополнительные средства усиления. Кроме того, если на полезныйсигнал накладываются быстроизменяющиеся шумы и помехи, спектр которыхрасположен в области высоких частот,то эти шумы и помехи будут пропускаться устройством без ослабления. Существенное ослабление полезного сиг"нала с одной стороны и пропусканиебез искажения помех с другой приводитк уменьшению соотношения сигнал-шум,что также снижает точность,компенсации,Цель изобретения - повышение точности компенсации инерционной нелинейности типа зоны нечувствительности при высоком порядке инерционногозвена, а следовательно, расширениеобласти применения устройства.Эта цель достигается тем, что вустройство компенсации нелинейности,содержащее последовательно соединенные сумматор, инерционное звено, нелинейное звено типазоны нечувствительности, а также последовательносоединенные первую модель инерционного звена и релейный элемент, причемвход первой модели инерционного звена соединен с первым входом сумматора,введены вторая модель инерционногозвена и амплитудный удвоитель сигнала,причем выход релейного элемента соединен через амплитудный удвоитель сигнала с вторым входом сумматора, ачерез вторую модель инерционногозвена - с третьим входом сумматора. 1 )037Изобретение, относится к автомати" ческому регулированию и может быть использовано в следящих системах, системах стабилизации и программного уп", равления, в приборах вычислительной техники и автоматики и в другой аппа" ратуре, содержащей инерционный нели" нейный элемент типа эоны нечувствительности, и предназначено для улучшения динамических характеристик этих 10 систем.Известно устройство, содержащее последовательно соединенные сумматор и нелинейный элемент типа нечувствительности, а также релейный элемент, 15 вход которого соединен с входом устройства, а выход - с вторым входом сумматора Г 1.Однако это устройство компенсирует только безинерционную зону нечувстви 20 тельности и устраняет ошибку в системе, вызванную этой зоной, И если нелинейное звено с зоной нечувствительности является инерционным, например магнитный усилитель или электрогид равлический усилитель, то ошибка, вызываемая зоной нечувствительности устраняется неполностью, Промежутоквремени, в течение которого эона нечувствительности не компенсируется, 30 будет определяться длительностью переходного процесса в инерционном зве" не, отражающем инерционные свойства нелинейного, элемента.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство компенсации нелинейности, содержащее последовательно соединенные сумматор, инерционное звено, отражающее инерционные свойства нелиней ности, нелинейное звено типа зоны нечувствительности, причем вход устрой-. ства через последовательно соединенные модель инерционного звена, релейный элемент и корректирующее звенср 5 передаточная.функция которого обратна передаточной функции инерционного звена, соединен с вторым входом сум" матора Г 2 3 . Известное устройство учитывает инерционные свойства нелинейного эле" мента, однако точность компенсации достигается только при инерционных звеньях низкого порядка, При высокомпорядке инерционности из-за невозмож. 55 ности точной реализации передаточной функции корректирующего звена и плохой помехозащищенности точность комВведение амплитудного удвоителя, вход которого. соединен с выходом релейного элемента, а выход - с вторым входом сумматора, позволило усилить сигнал компенсационного канала, что дало возможность ускорить поступление требуемой величины компенсационного сигнала на нелинейный элемент. Так, например, для инерционного звена первого порядка, стоящего перед нелинейным элементом, величина половины зоны нечувствительности которого равна Б,3 10372 время переходного процесса равно 3 Т, а если на вход инерционного звена поступает усиленный сигнал компенсации, равный 2 Ь, то время достижения уровня требуемого сигнала компенсации Ь определяется из решения уравнения2 Ь(1 - е у ) = Ь с = 0,695 Т, где Т - постоянная времени инерцион- НОГО звена, 0Благодаря этому компенсационный сигнал поступает на нелинейный элемент почти без задержки, с задержкой 3 Т поступает удвоенный сигнал компенсации, поэтому для исключения влия ния этого удвоенного компенсационного сигнала на точность компенсации включается вторая модель инерционного звена, вход которой соединен с выходом релейного элемента, а выход - 20 с третьим входом сумматора, в результате чего в момент окончания переходного процесса сигнал компенсации принимает требуемое для установившегося процесса значение, равное Ь. 25 При этом требуемый компенсационный сигнал формируется без использования дифференцирующих звеньев, реализовать которые точно в случае высокого порядка инерционного звена практически невозможно. Кроме того, дифференцирующие звенья обладают низкой помехозащищенностью и при реализации на пассивных цепях вызывают существенное ослабление полезного сигнала, В связи с этим в предлагаемом устройстве без использовани дифферецирующих цепей повышается точность компенсации нелинейности для инерционных звеньев вЫсокого порядкав а следовательно, 40 улучшаются технические характеристики устройства, и область его применения расширяется. На фиг.1 изображена структурная схема устройства компенсации нелинейности; на фиг2 - графики формирования выходного напряжения устройства при входном синусоидальном.Устройство компенсации нелинейности включает последовательно соединен ные.сумматор 1, инерционное звено 2, нелинейное звено 3 типа эоны нечувствительности, а также последовательно соединенные первую модель 4 инерционного звена, релейный элемент 5, 55 амплитудный удвоитель 6 сигнала, причем вход устройства соединен с входом первой модели 1 инерционного звена,044а выход амплитудного удвоителя 6 - с вторым входом сумматора 1, и вторую модель 7 инерционного звена, вход ко" торой соединен с выходом релейногоэлемента 5, а выход - с третьим, инвертирующим входом сумматора 1.Работа устройства компенсации нелинейности заключается в следующем.Входной сигнал поступает на два канала - основной и компенсационный. Основной канал включает сумматор 1, инерционное звено 2, нелинейное зве" но 3 типа зоны нечувствйтельности; Компенсационный канал включает пер" вую модель 4 инерционного звена, релейный элемент 5, амплитудный удвои" тель 6 сигналов, вторую модель 7 инерционного звена, На выходе сумматора 1 входной сигнал основного канала суммируется с сигналом компенсационного канала. В силу действия закона супер- позиции выходной сигнал сумматора можно представить в виде суммы входного гармонического и компенса" ционного, поступающего в момент, оп" ределяемый инерционными свойствами нелинейного элемента, формирование компенсационного сигнала начинается в момент окончания переходного процесса на выходе первой модели 1 инер" ционного звена, передаточная функция которой равна передаточной функции инерционного звена 2, Поэтому начало подачи сигнала компенсации совпадает с моментом времени, когда основной сигнал пройдет через инерционное зве" но и достигнет нулевого значения, т.е. момента, когда необходимо подать сигнал компенсации на нелинейность. На фиг.2 кривая 8 изображает входной синусоидальный сигнал в функции времени; кривая 9 - сигнал на выходе первой модели Й инерционного звена Х 4,=Аы и (цй+ттр) . И(уы) =А К(уса) .з 1 п (ий+Ч де А - амплитуда входного сигнала;Ч - фазовый сдвиг, вносимый инерционным звеном;.Црд)- коэффициент передачи инерцион"ного звена. Сигнал Х+ поступает на релейный элемент 5, на выходе которого формируется сигнал Х 5= Ь з 1 оп Х, где Ь- половина величины зоны нечувстви" тельности нелинейного элемента. Сигнал Х поступает на амплитудный удвоитель сигналов и на вторую иодепь 7 1 инерционного звена. Сигналы Х ц(кривая 10) и Х(кривая 11) суммируются04 биспользования дифференцирующих звеньев, и коэффициент передачи в установившемся режиме равен 1. На выходе инерционного звена 2 формируется сигнал, представляющий полуволны входного гармонического сигнала, смещенные друг относительно друга по вертикали на величину зоны нечувствительности (кривая 13), поэтому после прохождения такого сигнала через нелинейный элемент типа зоны нечувствительности на выходе устройства остается чистая синусоида (кривая 14), соответствующая входному сигналу, т.е, инерционный нелинейный элемент не искажает входной сигнал, поэтому такое устройство компенсации нелинейности для системы, куда оно входит, можно считать линейным элементом, благодаря чему повышается чувствительность такой системы в нуле, а следовательно ее качество и точность работы;Введение укаэанных блоков и связей обеспечивает повышение точности компенсации при инерционных звеньях высокого порядка, предшествующих нелинейному закону, благодаря исключению дифференцирующих звеньев. Предложенное уст,ройство можно применять не только для компенсации инерционной нелинейности с высоким порядком инерционности, но и для компенсации нелинейности с предшествующей инерционностью низкого порядка, что расширяет область применения устройства.Анализ этого выражения показывает, что при любом порядке инерционного звена Ч(р) 1/Ч (р) компенсационный сигнал формируется дифференциро- Зо ванием сигнала Х, так как в выражении (1) коэффициент числителя выше коэффициента знаменателя. Следовательно, корректирующий сигнал компенсационного канала сформирован без 35 5 10372 на сумматоре 1, где третий вход является инвертирующим, в результате чего на выходе сумматора 1 формируется сумма входного гармонического сигнала и компенсационного, представляющего разность усиленного сигнала с релейного элемента 5 и сигнала с выхода второй модели 7 инерционного звена ( кривая 12 ). Сигнал с амплитудного удвоителя 6 сигнала поступает на сум О матор, а следовательно, и на коррек. цию без задержки, а сигнал с выхода второй модели 7 инерционного звена задерживается на время переходного процесса в модели 7, вследствие чего сигнал коррекции формируется как потенциальный сигнал, равный Ь с нало",.женным импульсом, амплитуда которого равна 2 Ь. Таким образом, сформирован сигнал компенсации. Математически на 20 выходе сумматора 1 компенсационный сигнал определяется выражениемректор В, Бутяга к Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 аказ 6008/48 ВНИИПИ по 113035, Тираж 874Подписноесударственного комитета СССРлам иэобретений и открытийсква, Ж, Раушская наб д.