Система автоматического регулирования

3(511 Я 05 В 17/ ИСА Е ИЗОБРЕТЕНИЯСВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСИ ГОСУДАРСТВЕККЫЙ, КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Институт электронных управляющих машин(56) 1Авторское свидетельство С РВ 204413, кл. 0 05 В 19/16, 1967.2. Авторское свидетельство СССРР 367413, кл. О 05 В 19/16, 1973.3. Авторское свидетельство СССРВ 723510, кл. О 05 В 17/00, 1980(54)(57) 1. СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГОРЕГУЛИРОВАНИЯ, содержащая последовательно соединенные программноеустройСтво, измеритель рассогласо"вания, сглаживающий фильтр, усилитель, сумматор аналоговых сигналов и йсполнительное устройство,датчик обратной связи, входом подключенный к выходу объекта регулирования, а выходом соединенныйсвторым входом измерителя рассогласования, два блока записи-воспроизведения информации и таймерноеустройство, первый выход которогосоединен с входом управления режимом работы первого блока эаписивоспроизведения, а второй выход -с первыми входами ввода тактовых,импульсов первого и второго .блоков,записи-воспроизведения, о т л ич а ю щ а я с я тем,. что, с цельюобеспечения устойчивости процесса регулирования, в нее дополнительновведены элемент временной задержки,аналого-цифровой и цифроаналоговыйпреобразователи, буферное запоминаю"щее устройство, сумматор дискрет"ных сигналов и инвертор, причемвход аналого-цифрового преобразова-,теля подключен к выходу усилителя,.вход элемента временной задержки подключен к второму выходу таймер- ного устройства, а выход соединен с вторыми каналами ввода тактовых импульсов первого и второго блоков записи-воспроизведения н с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя и буферного запоминающего устройства, входы сумматора дискретных сигналов подключены к выходам буферного запоминающего устройства и аналого-цифрового преобразователя, а выход соединен с инФормационными входами блоков записи- воспроизведения, выходы блоков записи-воспроизведения соединены между собой и с входами цифро-,аналогового преобразователя и буферного ЕР запоминающего устройства.; выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторым входом сумматора аналоговых сигналов, вход инвертора, соединен с выходом таймерного устройства, а выход - с входом управления режимом работы второго блока записи-воспроизведения.2. Система по п.1 о т л и ч а - . ю щ а я с я тем, что блок"записи- воспроизведения информации содержит блок записи, блок считывания, инвертор, схему совпадения, причем инФормационный вход блока записи-воспроизведения подключен к сигнальному входу блока записи, вход управления режимом работы, соединен с разрешающим входом блока записи и с входом инвертора, первый канал ввода тактовых импульсов подключен к тактовому входу блока считывания, второй канал ввода тактовйх импульсов подключен к тактовому входу блока записи, первый и второй входы схемы совпадения соединены соответственно с выходом инвертора и . выходом блока считывания, а выход подключен к выходу блока записи-вос произведения.Изобретение относится к системамавтоматического регулирования иможет найти примеение, когда регулирование ведется в циклическомрежиме с повторяющимся характеромвозмущений. Примерами таких систем 5могут служить системы управленияпрокатными станами или системы числового программного управления(СЧБУ) металлорежущими станками.Известна система автоматическогорегулирования с циклически повторяющимися управляющими воздействиями,которые перед каждым циклом отработки, начиная со второго, корректируются посредством накопления ин"формации об ошибках управления в предыдущих циклах 13.В этой системе регулирования сигнал коррекции, равный сумме ошибокпредыдущих циклов отработки исходной управляющей программы, подается одновременно с нею на вход следящего привода. Исследования динамики процессов в таких системах по.- казывают, что для обеспечения устойчивости процесса необходимо выполнение условия1-Кв)1 (1)в полосе частот Ок с,где К(ю)частотная характеристика замкну- ЗОтого следящего. привода, являющегося основным контуром регулирования,У.овие (1) в указанной системевыполняется лишь в низкочастотнойобласти спектра ошибок, что приводит к уменьшению ошибок управленияпри первых циклах коррекции управляющей программы и увеличению ошибокнри дальнейших циклах, Таким образом, система регулирования сохраняет работоспособность при ограниченном числе циклов коррекции (обычно 3-4 цикла).Известна также система регулирова".,нияр в которой процесс сходится Внеограниченной полосе частот, что одает возможность повышать точностьуправления при неограниченном увеличении числа циклов коррекции 2.Недостатком указанной системы является то, что для корректировки управляющей программы в промежутке между циклами цеобходимо время, равное длительности ее воспроизведения .в реальном масштабе времени. Это приводит к существенной потере про иэводительности автоматизированного "объекта.Кроме того, указанные способы коррекции обладают общим недостатком. Они могут быть реализованы 60 только в системах числового программного управления, использующих в качестве программоносителя магнитную ленту. Поскольку последняя как лрограммоноситель устарела и в но- , 65 вых разработках не используется,способы коррекции потеряли перспективу.Наиболее близкой к предлагаемойявляется система автоматическогорегулирования, в состав которой,входят основной контур регулирования, содержащий последовательносоединенные программное устройство,измеритель рассогласования с подключенным к программному устройствупервым входом, сглаживающий фильтр,усилитель, сумматор аналоговых сигналов, у которого к усилителю под"ключен первый вход, исполнительноеустройство, объект регулирования идатчик обратной связи, выход которого соединен с вторым входомизмерителя рассогласования, и дополнительный контур регулирования,содержащий два блока записи-воспроизведения информации и таймерноеустройство, первый выход которогосоединен с входом управления режимом работы первого блока записивоспроизведения, а второй выход - спервым каналом ввода тактовых импульсов блока записи-воспроизведения 33,Иэвестная система автоматическогорегулирования может быть реализована на средствах вычислительной техники без использования в качествепрограммоносителя магнитной ленты.Однако условие устойчивости (1) вы"полняется лишь в низкочастотнойобласти спектра ошибок, так как издесь корректирующий сигнал вводится в основной контур регулированияодновременно с исходной управляющей программой. Наличие в основномконтуре регулирования сглаживающегофильтра создает дополнительныетрудности в обеспечении выполненияусловия устойчивости (1) иэ-за вносимого фазового запаздывания. Нриработе известной системы ошибка управления Сначала уменьшается от цик.ла к циклу коррекции управляющейпрограммы, а затем начинает увели"чиваться после каждого цикла коррекции. Это делает систему управления малоэффективной и препятствуетее применению при автоматизации производственных процессов с объектамиуправления, описываемыми уравнениями выше первого порядка.Цель изобретения - обеспечениеустойчивости процесса регулированияв неограниченной полосе частот спектра ошибок.Поставленная цель достигаетсятем, что в систему автоматическогорегулирования, содержащую последовательно соединенные программное устройство, измеритель рассогласования,сглаживающий фильтр, усилитель,сумматор аналоговых сигналов и испол45 схему совпадения, причем информационный вход блока записи-воспроизведения подключен к сигнальному входу блока записи, вход, управления режимом работы соединен с разрешающим входом блока записи и с входом инвертора, первый канал ввода тактовых импульсов подключен к тактовому входу блока считывания,. второй канал ввода тактовых импульсов подключен к тактовому входу .блока записи, первый и второй входы схемы совпадения соединены соответственно с вы- ходами инвертора и выходом блока считывания, а выход подключен к ви- . ходу блока записи-воспроизведения.На Фиг.1 приведена блок-схемапредлагаемой системы автоматическогорегулирования; на фиг,2 - блок-схе 50 нительное устройство, датчик обратной связи, входом подключенный к выходу объекта. регулирования, а выходом соединенный с вторым входом измерителя рассогласования, два блока записи-воспроизведения информа ции и таймерное устройство, первый .выход которого соединен с входом управления режимом работы первого блока записи-воспроизведения, а второй выход - с первыми входами 10 ввода тактовых импульсов первого и второго блоков записи-воспроизве" дения, дополнительно введены элемент временной задержки, аналогоцифровой и цифроаналоговый преобразователи, буферное запоминающее уст ройство, сумматор дискретных сигналов и инвертор, причем вход аналогоцифрового преобразователя подключен к выходу усилителя, вход элемента временной задержки подключен к второму выходу таймерного устройства, а выход соединен с вторыми каналами ввода тактовых импульсов первого и второго блоков записи-воспроизве- дения и с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя и буферного запоминающего устройства, входы сумматора дисКретных сигналов подключены к выходам буферного запоминающего устройства и аналого циФрового преобразователя, а выход соединен с информационными входами блоков записи-воспроизведения, выходы блоков записи-воспроизведения соединены между собой и а входами 35 цифроаналогового преобразователя и буферного запоминающего устройства, выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторым входом сумматора аналоговых сигналов, выход 4 О инвертора соединен с выходом таймерного устройства, а выход - с входом управления режимом работы второго блока записи-воспроизведения.Кроме того, блок записи-воспроизведения информации содержит блок записи, блок считывания, инвертор,ма блока записи-воспроизведения информации, используемого в системеавтоматического регулирования.Система автоматического регулирования содержит программное устройство 1, измеритель 2 рассогласования, сглаживающий Фильтр 3,усилитель 4, сумматор 5 аналоговыхсигналов, исполнительное устройство 6, датчик 7 обратной связи,объект 8 регулирования, первый ивторой блоки 9 и 10 записи-воспроизведения цифровой информации, таймерное устройство 11, элемент 12временной задержки, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 13, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 14,буферное запоминающее устройство 15,сумматор 16 дискретных сигналов,инвертор 171 18 (18 )-22(22 ) - входыи выходы блоков 9 и 10 эаписи-воспроизведения (18,18 - информационные входы, 19,19 - выходы,20,20 - входы управления режимомработы, 21, 21 - второй канал ввода тактовых импульсов, 22,22 - первый канал ввода тактовых импульсов.Изображенные на чертеже пунктиромсвязи означают следующее: программное устройство 1 и таймерное устройство 11 в своей работе жесткосвязаны по времени, каждый цикл выдачи управляющей программы с выхода устройства 1 начинается в момент появления первого импульса навыходе элемента 12 временной задержки.Система автоматического регулирования функционирует следующим образом,Узлы системы с 1 по 8 включительно образуют основной контур регулирования, представляющий собойзамкнутую следящую систему. С выхода программного устройства 1 поступает циклически повторяющаясяуправляющая программа. Сигнал навыходе усилителя 4 является аналоговым и представляет собой ошибкууправления, умноженную на суммарный коэффициент передачи сглаживающего Фильтра 3 и усилителя 4. Остальные узлы системы регулирова ния (9-17) образуют дополнительный контур регулирования, который связан с основным контуром через АЦП 13 и ЦАП 14. Задачей вспомогатеЛьного контура является формирование корректирующего сигнала при каждом цикле обработки управляющей программы. Подача корректирующего сигнала на второй вход сумматора 5 приводит к уменьшению снимаемого с выхода усилителя 4 сигнала ошибки со стремлением его к нулю при увеличении числа циклов коррекции. Хранение Фор" мируемого корректирующего сигналаПусть основным контуром осуществляется первый цикл отработки управляющей программы. В блоках 9 и 10записи-воспроизведения информацияеще не записана, поэтому на второй вход сумматора 5 через ЦАП 14 сигнал еще не поступает. Сигнал ошибки управления с выхода усилителя 4 через АЦП 13 и сумматор 16 подается на запись одним из блоков 9 или 10. АЦП 13 осуществляет квантование регистрируемого сигнала по времени в соответствии с тактовыми импульсами на выходе элемента 12 задержки. В следующем цикле записанная информация считывается уже с упреждением по отношению к управляющей программе и через ЦАП 14 подается на сумматор 5 как корректирующий сигнал текущей отработки управляющей программы. Ошибка второго цикла снова через устройства 13 и 16 поступает на запись. В сумматоре 16 она складывается с корректирующим сигналом, считываемым в блоке записи- воспроизведения и пропускаемым через буферное запоминающее устройство 15. В связи с тем, что информация в устройство 15 поступает в моменты действия тактовых импульсов на втором выходе таймера 11, а выво-, дится в моменты действия выходных импульсов элемента 12 задержки, прохождение информации через устройство 15 происходит с запаздыванием, равным опережению при считывании корректирующего сигнала. В резуль" тате этого сигналы ошибок данного и предыдущего циклов, поступающие на входы сумматора 16, уже не имеют временного сдвига между собой. Таким образом, сигнал коррекции каждого цикла оказывается равным сумме оши" бок всех предыдущих циклов и поЮает, - ся в основной контур управления с упреждением по отношению к управляюосуществляется блоками 9 и 10 записи-воспроизведения,Узлы дополнительного контураФункционируют следующим образом.При помощи инициативного сигнала, снимаемого с первого выхода 5таймера 11 в промежутках между циклами обработки управляющей программы,блоки 9 и 10 записи-воспроизведенияпоочередно переводятся из режимазаписи в режим считывания. Если 30инициативный сигнал равен единице,блок 9 находится в режиме записи, аблок 10 благодаря действию инвертора 17 находится в режиме считывания. На вход блока 9 поступаетвыходной сигнал сумматора 16, выходблока отключен, а запись производится в моменты поступления такто"вых импульсов по входу 21. В это вре- мя поступающая на вход блока 10 информация не записывается, а с выхода его на входы ЦАП 14 и буферногозапоминающего устройства 15 снимается информация, считываемая в моменты поступления тактовых импульсныхсигналов на вход 22 . Тактовые импульсные сигналы снимаются с второго выхода таймерного устройства 11. Они проходят через элементзадержки с временным сдвигом, непревышающим периода их следования.Перед следующим циклом отработкиуправляющей програюею инициативныйсигнал на первом выходе таймерногоустройства 11 становится равным нулю, вследствие чего блок 10 переводится в режим записи, а блок 9в режим считывания информации, записанной в предыдущем цикле одновременно с отработкой управляющейпрограммы. Благодаря времениому 40сдвигу между последовательностями тактовых импульсов, используемых для записи и считывания, считывание производится с упреждениемотносительно управляющей программы 45на величину временной задержки элемента 12.Блок 9(10) записи-воспроизведения содержит блок 23 записи, блок 24считывания, инвертор 25, схему 26совпадения (схема И), носитель 27записываемой (и считываемой) информации.Для обеспечения нормальногофункционированйя дополнительногоконтура регулирования блок 9(10)записи-воспроизведения функционирует следующим образом,На усилитель 23 записи поступаетпо входу 18(18 ) входная информация, по входу 21(21 ) - тактовые 60импульсы, совпадающие по времени суправляющей пррграммой;по входу20(20) - сигнал"управления режимом работы блока 9(10),.наличие которого (т,е, равенство единице) яв- Я ляется разрешением .для записи входной информации, Если поступающий по входу 20(20 ) сигнал равен нулю, запись устройством 23 не производится. По входу 22(22 ) на устройство 24 считывания поступают тактовые импульсы с опережением относительно тактовых Импульсов, поступающих по входу 21(21 ). Схема 26 совпадения пропускает считываемые сигналы на выход 19(19) при равном единице выходном сигнале инвертора 25, что имеет место при равном нулю сигнале на входе 20(20 ). Наоборот, при равном единице сигнале на входе 20(20) считываемые устройством 24 сигналы на выход 19(19 ) не проходят.Рассмотрим процесс формирования дополнительным контуром корректирующего сигнала..щей программе, равным временной за; держки элемента 12.Благодаря квантованию по времени регистрируемых ошибок управления, осуществляемому аналого-цифро,вым преобразователем 13, и вводу суммы ошибок предыдущих циклов с упреждением процесс регулирования в предлагаемой системе устойчив в неограниченной полосе частот при произвольных динамических парамет рах реального объекта регулирования, если период следования тактовых импульсов и велиЧина временной задержки элемента 1 приближенно равны между собой и в грубом приближении 35 равны постоянной времени основного контура регулирования. Это подтверждается теоретическими исследованиями с экспериментальной проверкой результатов. Моделирование процессов в предлагаемом объекте и в прототипе показывает эффективность. функционирования предлагаемой системы регулирования с параметрами, объекта регулирования, при которых известная система теряет устойчивость и оказывается неработоспособной,В предлагаемой системе регулирования, помимо обеспечения устойчивости, вспомогательный контур полностью реализуется на стандартных узлах вычислительной техники.1 Экономический эффект достигается, в частности, при внедрении на станках с ЧПУ за счет повышения производительности оборудования и уменьшения брака, а на прокатных станах - в экономии металла. Филиал ППП фПатентф,